Автомобильное колесо как элемент ходовой части автомобиля

В завершение рассмотрения ходовой части рассмотрим автомобильное колесо. Мы уже выяснили, что автомобильное колесо является конечной точкой получения крутящего момента от двигателя автомобиля ( см. устройство двигателя автомобиля ). Задача колеса – придать автомобилю движение. Казалось бы, что проще? Но в реальности автомобильное колесо выполняет несколько важных функций, обеспечивающих, в первую очередь, движение автомобиля и его безопасность вместе с водителем и пассажирами.

Существуют следующие разновидности колес:

На сегодняшний день носителями колес такого типа являются велосипеды и некоторые модели мотоциклов. Достоинства колес спицевого типа заключаются в их высокой энергоемкости, к недостаткам можно отнести невысокую точность геометрии колеса и высокую трудоемкость в процессе изготовления. Также колеса спицевого типа можно встретить на ретро-карах и выставочных моделях.

Стальное колесо (классическое)

Данный тип колес является наиболее дешевым и самым распространенным в мире; как правило, изготавливается из листовой стали, очень уверенно зарекомендовало себя во всех разновидностях транспорта.

Колеса из легких сплавов по технологии производства можно разделить на три категории: комбинированные (сборные), литые и кованые.

Главные преимущества колес из легких сплавов:

• Меньший вес;
• Геометрическая точность;
• Разнообразие оформления колес;
• Улучшенное отведение тепла от тормозных систем.

К примеру, если колесо из стали типоразмерности 5J и весом 5.5 кг, то литое из легких сплавов – 4.7-5 кг, а кованое – примерно 4.3-4.6 кг. Технически снижение массы автомобильного колеса обозначает уменьшение веса неподрессоренных элементов и сил инерции. За счет этого автомобильному колесу проще будет справиться с неровной поверхностью дороги, что обеспечит более четкую реакцию подвески авто. В свою очередь, управляемость и контакт автомобиля с дорожным полотном улучшится в несколько раз. Уменьшение инерционности увеличивает ресурс самого автомобиля, повышает разгонную и тормозную динамику и, как следствие этого, уменьшает потребляемость топлива.

Такие колеса изготавливаются путем отливки в форму. Как правило, применяются магниевые, алюминиевые и реже титановые сплавы. По завершении процесса отливки в некоторых случаях выполняется термообработка (для повышения механических характеристик колеса). Свой завершенный вид автомобильное колесо приобретает, пройдя этапы механической обработки и покраски. По цене – это самая окупающаяся разновидность изготовления колес из легких сплавов.

Данный тип колес производится методом энергоемкой горячей штамповки. Изделие проходит строгую термообработку (старение и закалка). Свой конечный вид диск приобретает, пройдя этапы механической обработки и покраски. По своей стоимости это один из самых дорогих типов изготовления легкосплавных дисков (поковка может весить до 25 кг – выход одного диска 5 кг плюс значительные трудо- и энергозатраты).

Разновидность колес, которая, как правило, состоит из нескольких частей. Каждая составляющая автомобильного колеса может быть изготовлена по разным технологиям (к примеру: обод – вальцовка (титановый прокат), спицы – литьё (алюминиевый сплав)). Спицевое колесо также принадлежит к данной категории.

Сегодня колеса композитного типа устанавливаются на спорт-кары и некоторые модели велосипедов. Широкое распространение этого вида ограничено и достаточно высокой ценой.

Колесо крепится к колесной ступице посредством резьбовых соединений:

• Крепление на шпильках;
• Крепление на болтах;
• Крепление на клиньях;
• Крепление на оси.

Как правило, применяются многоточечные крепления (кроме эксклюзивных автомобилей и спорт-каров).

Устройство колеса автомобиля

Схема устройства колеса автомобиля показана на рисунке ниже.

Два основных элемента автомобильного колеса, как и в велосипеде — это диск и шина. Диск через отверстия крепится болтами к ступице с полуосью. На диск надевается шина, основные задачи которой – надежное сцепление с дорогой и смягчение ударных нагрузок при наезде на неровности. Шины могут быть бескамерными, когда воздух накачивается непосредственно внутрь ее, и камерными, когда внутри шины еще есть резиновая камера с воздухом. Одна из задач шины – защитить камеру от проколов и порезов. Поэтому любая автомобильная шина, кроме плотного слоя резины еще имеет корд. Корд — это кольцо из мягких металлических нитей, проходящих по всему внутреннему диаметру шины, а также по всей ее поверхности. Эти нити образуют каркас, на который наслаивается резина.

На внешнюю окружность шины вулканизируется (наваривается под высокой температурой) еще один слой, называемый протектор. Протектор имеет рельефный вид в виде рисунка. Именно за счет протектора и обеспечивается надежное сцепление с дорогой, крайне необходимое при движении автомобиля. Особенно при таких маневрах как изменение направление движения (поворот, разворот) и торможение, когда от некачественного или изношенного протектора автомобиль может потерять управление.

Стоит упомянуть о понятиях «летней» и «зимней» резины, которые многие уже слышали. Это те самые шины, которые приспособлены к применению в определенное время года. Зимние шины меньше скользят по снегу, устойчивы к низким температурам. Летние шины должны обеспечивать сцепление с мокрой (влажной) дорогой, не терять своих свойств при повышенных температурах (плавление или отслоение при перегреве).

На этом рассмотрение устройства колеса автомобиля можно считать законченным.

Маркировка дисков автомобиля

Любое автомобильное колесо отличается стандартной маркировкой дисков автомобиля, невзирая на то, какого типа это колесо – стальное (штампованное) или легкосплавное (литое).

В качестве примера рассмотрим следующую маркировку дисков автомобиля:

ET48 DIA67.5 или 6,5Jx16H2LZxPCD 5x114,3, Offset48

• 6.5 – монтажная ширина колесного обода в дюймах.
• H2 – число HUMP ("хампов"). Число кольцевых выступов на колесном ободе вдоль закраин (необходимы при увеличении боковых сил для предотвращения схода шины с посадочного места).
• J – профиль колесного обода (пример: HJ, CH, C, JJ и т.д.).
• 16 – монтажный диаметр колесного обода в дюймах.
• LZxPCD 5x114,3 – число крепежных точек (в этом примере их пять). А также диаметр окружности – PCD, на которой находятся центры крепежных отверстий (в данном примере 114,3 мм). У колесных дисков с 4-мя крепежными отверстиями параметр PCD измеряется как отрезок между центрами отверстий, противоположных друг другу. У дисков с пятью отверстиями расстояние измеряется между центрами наиболее отдаленных друг от друга отверстий, а после умножается коэффициент 1.051.
• Offset 48 (или ET48) – Вынос (вылет) привалочной плоскости колеса относительно оси симметрии обода. Вынос бывает как отрицательный (например: ЕТ-4 «Джип», ЕТ40 – легковой автомобиль), так и положительный; измеряется в миллиметрах. В этом примере он равняется 48 мм.
• DIA 67.1 – диаметр центрального отверстия, отвечающего за центровку колеса в сборе на ступице транспортного средства. Процесс измерения выполняется со стороны привалочной плоскости. В данном случае – 67.1 мм.

Большая часть производителей колес изготавливают DIA большего диаметра и используют переходные кольца для центровки на ступице.

Дополнительная маркировка дисков автомобиля

• TUV, ISO, SALE – клеймо контролирующего органа. Данная маркировка говорит о том, что колеса соответствуют международным стандартам или правилам.
• 0407 – Дата изготовления (неделя и год). В нашем случае данные обозначают, что диск был реализован в 4 неделю 2007 года.
• MAX LOAD 2000LB – обозначение пиковой нагрузки на колесо (обозначают в фунтах или килограммах). В нашем случае он составляет 2000 фунтов.
• MAX PSI 50 COLD – данное обозначение отображает максимальное давление в шине. В нашем случае давление не должно быть выше 50 фунтов на один квадратный дюйм, «COLD» (холодный) обозначает, что выполнять измерения необходимо в холодной шине.

Маркировка шин автомобиля

Рассмотрим маркировку шин автомобиля.

При маркировке шин автомобиля используется две системы: метрическая и дюймовая. Рассмотрим каждую из них отдельно.

Например: LT 206/56R1792V

• LT (в качестве опции, обязательное обозначение по DOT) – это функция автомобильной шины; LT (Light Truck) – легкий грузовик; P (passenger car) – легковой автомобиль; ST (special trailer) – для фургонов, телег, прицепов; нельзя применять для пикапов, грузовиков, легковых авто; T – временная (применяется исключительно для запасных шин).
• 206 – ширина профиля в миллиметрах.
• 56 – отношение профильной высоты к ширине, %. Если процент не указан – считается, что равно 82 процентам.
• R – шина имеет радиальный каркас (если буква отсутствует – шина диагонального типа). Очень частая ошибка – букву «R» принимают за обозначение радиуса. Возможные типы: B – диагонально-опоясанная шина. Каркас шины аналогичен каркасу шины диагонального типа, но имеет так называемый брекер, как и у радиальной шины, D – диагональный тип каркаса.
• 17 – посадочный диаметр шины (равняется диаметру обода колесного диска), измеряется в дюймах.
• 92 – индекс нагрузки (на некоторых вариантах колесных шин в дополнение к этому также может быть указана нагрузка в килограммах – Max Load).
• V – определяемый по таблице индекс скорости.

Возможные вариации маркировки шин автомобиля:

• Расположение индекса скорости возможно в различных местах маркировки: 220/45SR18, 225/55 SR17 90S, 215/50R16 91S.
• Присутствие после диаметра буквы С, к примеру, 185/75R15C 105/100R, означает «коммерческий». Данная шина предназначена для грузовиков и пикапов с повышенными грузоподъемными свойствами.
• После размера могут располагаться буквы SL, RF, XL, LL ( к примеру, P 240/70R-17 XL, 280/40R-20 LL). Они обозначают соответственно пониженную (light load), повышенную (reinforced, extra load), стандартную (standard load) несущую способность. В американской маркировке обозначение «XL» соответствует максимально возможному давлению 41 psi (280 kPa), LL и SL – 35 psi (240 kpa), в евро-маркировке XL/RF равняется 42 psi (290 kPa), LL отсутствует. Отсутствие данного обозначения соответствует типу SL.
• Обозначение FR (к примеру, 220/45 R18 88V FR), стоящее после размера, обозначает шину с защитой дискового обода. Бортик защиты, расположенный на боковине низкопрофильной шины, отлично защищает боковину самой шины и диск от повреждения при движении на высокой скорости по неровному дорожному полотну.
• В отдельных случаях посадочный диаметр может быть обозначен в миллиметрах, к примеру, 195 70R390, такие колесные шины называются миллиметровыми. В случае, если после диаметра стоит буква А, то это обозначает асимметричный посадочный обод, то есть разные внешние и внутренние диаметры посадочного обода. К примеру, в случае 240/715R470A 105T посадочный внутренний диаметр будет равен 480 мм, а внешний – 460 мм.

Миллиметровые диски вместе с дюймовыми шинами и наоборот – миллиметровые шины с дюймовыми дисками – совмещать и применять запрещается.

Например: 25x11.50 R 17 LT 114R

• 25 – внешний диаметр колесной шины, измеряется в дюймах.
• 11.50 – ширина колесной шины, измеряется в дюймах (необходимо заострить внимание, что это ширина шины, а не ее протекторной части. К примеру, для шины с шириной 10.5 дюймов ширина протекторной области будет составлять не 26.5 см, а 23 см, а протекторная область 26.5 см будет у колесной шины с указанной шириной в 12.5 см.). В случае если внешний диаметр не указан, то профиль рассчитывается следующим методом: если ширина колесной шины оканчивается на «0» (например 10.50 или 7.00), то высоту профиля принято считать равной 92%. Если же ширина колесной шины на ноль не оканчивается (к примеру, 10.55 или 7.05), то высота профиля равняется 82 процента.
• R – шина имеет радиальный каркас.
• 17 – посадочный диаметр колесной шины, то же что и в метрической системе, обозначается в дюймах.
• LT (light truck, для нетяжелых грузовиков) – функция шины.
• 114 – индекс нагрузки.
• R – скоростной индекс.

Материалы: http://avto-ustroistvo.ru/koleso.php

Колесо, являясь элементом ходовой части, связывает автомобиль с дорогой. С помощью колес осуществляется движение, передаются вертикальные нагрузки от автомобиля, воспринимаются удары и колебания от дороги. Кроме того, ведущие колеса создают при контакте с дорогой тяговое усилие, управляемые колеса обеспечивают маневрирование. Таким образом, от колеса, в конечном счете, зависит управляемость и устойчивость автомобиля.

Автомобильное колесо состоит из двух составных частей – колесного диска и шины.

Колесный диск

Колесный диск служит основой для установки шины и передачи на нее вращения от оси. Конструктивно объединяет собственно диск и обод. Различают два типа колесных дисков – стальные и легкосплавные. В стальном диске обод и диск соединены между собой сваркой. Легкосплавный диск представляет единое целое.

Колесный диск закрепляется на оси колеса с помощью ступицы. Крепление может быть болтовое (легковые автомобили) или шпилечное (грузовые автомобили). Для соединения в диске выполнение несколько (4-6 у легковых автомобилей) крепежных отверстий. Объем внутренней части диска определяет конструкцию применяемого тормозного механизма.

Обод служит для соединения шины с диском. Обод имеет сложную поперечную форму, которая обеспечивает установку шины соответствующего размера. Обод легковых автомобилей имеет утопленный центр, слева и справа от которого последовательно располагаются кольцевой выступ (hump, хамп), полка и борт (закраина).

Кольцевой выступ фиксирует шину на ободе. На полке располагается борт шины. Посадка шины осуществляется в основном на внешнюю полку, но есть конструкции колес с внутренней полкой (шина охватывает обод). Полка может иметь три размера: стандартный, плоский и расширенный (используется в системе Run Flat). Полка плавно переходит в борт, который в профиле имеет различную форму. Наиболее распространены J-образные борта.

Колесный диск характеризуется следующими основными параметрами:

• ширина обода (расстояние между полками);
• диаметр диска (измеряется по уровню полок);
• вылет (выступ) колеса (расстояние от воображаемого центра диска до плоскости контакта со ступицей).

Автомобильная шина

Автомобильная шина выполняет самые ответственные функции, обеспечивая сцепление автомобиля с дорогой и во многом, определяя управляемость и устойчивость автомобиля. Помимо этого шина выдерживает вес автомобиля.

На легковые автомобили устанавливают в основном бескамерные шины, т.е. шины которые имеет только покрышку. Герметичность бескамерной шины достигается за счет конструкции покрышки. Бескамерная шина (покрышка) состоит из нескольких связанных элементов: каркаса, брекера, протектора, боковины и борта.

Каркас является силовой частью шины. Он воспринимает внутреннее давление воздуха, а также передает давление от внешних сил. Каркас состоит из нескольких (от 1 до 10) слоев прорезиненного корда. Нити корда изготавливаются из синтетического волокна, стекловолокна или стали (металлокорд). Корд натянут от одного края шины до другого, т.е. радиально. Такое расположение корда снижает напряжение в нитях и обеспечивает низкое сопротивление качению. Абсолютное большинство современных автомобилей комплектуется радиальными шинами.

Брекер представляет собой слои корда, расположенные между каркасом и протектором. Он предотвращает отслоение протектора, амортизирует ударные нагрузки и повышает прочность каркаса.

Наружная часть покрышки называется протектор. Он обеспечивает сцепление шины с дорогой и защищает ее от повреждения. Протектор состоит из массивного слоя резины и снаружи имеет рельефный рисунок. Рисунок протектора определяет способность шины к работе в определенных условиях.

Протектор плавно переходит в боковины. Место соединения протектора с боковиной носит название плечо протектора. Плечо увеличивает боковую жесткость шины, определяет способность воспринимать боковые нагрузки. Боковина имеет небольшую толщину. На боковину нанесена маркировка шины, включающая:

отношение высоты к ширине в %;

диаметр в дюймах;

(для направленной шины)

(для асимметричной шины)

Боковина шины заканчивается бортом, который служит для ее крепления и герметизации на ободе колеса. Основу борта составляет нерастяжимое кольцо, придающее соединению жесткость и прочность.

В зависимости от условий эксплуатации (по характеру рисунка протектора) различают следующие типы шин: летние (дорожные), повышенной проходимости (внедорожные), универсальные (дорожно-внедорожные), зимние (шипованные и нешипуемые), всесезонные.

Рисунок протектора шины может быть симметричный (ненаправленный), направленный и асимметричный.

Протектор шины подвергается постоянному износу. Степень износа во многом определяет длину тормозного пути. Это утверждение особенно актуально для движения по мокрой дороге. Установлено, что 1 мм износа протектора шины увеличивает тормозной путь в среднем на 10-15%.

Предельная глубина протектора составляет 1,6 мм для летних шин и 4 мм для зимних шин. Существует несколько способов контроля износа шин (глубины протектора):

1. классический индикатор износа (специальный протекторный блок высотой 1,6 мм, расположенный в продольной канавке шины);
2. цифровой индикатор износа (каждая цифра на протекторе соответствует глубине протектора в мм, цифры стираются по мере износа шины);
3. цветовой индикатор износа (шина меняет цвет при изнашивании за счет окрашенной внутренней части, перспективная разработка Yanko Design);
4. электронный индикатор износа (функция системы контроля давления в шинах, перспективная разработка Continental).

Поведение шины на дороге определяется рядом других параметров, таких как скорость, нагрузка на колесо, характеристики шины (ширина, рисунок протектора, состав резины), состояние дорожного полотна. Во избежание аквапланирования на мокрой дороге помимо указанных параметров необходимо учитывать толщину водяного слоя. На скользкой дороге большое значение имеют температура наружного воздуха и характер льда (снега).

Всем водителям шершавой дороги!

Материалы: http://systemsauto.ru/pendant/car_wheel.html

Устройство автомобильного колеса:

В зависимости от конструкции обода и соединительного элемента колеса могут быть разборными и неразборными, дисковыми и бездисковыми. Ступица колеса обеспечивает его свободную установку на оси автомобиля.

Неразборное колесо с глубоким ободом

Глубокий обод жестко соединяется с диском, который служит для крепления колеса к ступице с помощью болтов или гаек со шпильками. Полки глубокого обода имеют конусную форму для плотной посадки шины на обод. Угол наклона полок составляет, как правило (5±1)°. Полки обода заканчиваются закраинами, имеющими определенную форму и служащих боковыми упорами для шины.

Расстояние между закраинами называется шириной профиля обода. В средней части обода имеется углубление, необходимое для облегчения монтажа и демонтажа шины на обод. Это углубление (ручей) может быть расположено симметрично относительно плоскости колеса или со смещением.

Пример маркировки: 5J × 13H2 ET 30, где:

5 — ширина обода в дюймах;

13 — диаметр обода в дюймах;

J и H2 — конструктивные особенности профиля обода;

ET 30 — вылет (от немецкого слова Einpresstiefe — ET) 30 мм.

Положительное (а) и отрицательное (б) плечо обката управляемого колеса

Величина вылета особенно важна для управляемых колес, потому что положение пятна контакта относительно оси поворота колеса играет важную роль в определении характеристик поворота автомобиля.

Колесные диски легковых автомобилей изготавливаются штамповкой из стали с последующей сваркой обода и диска или из легких сплавов (алюминиевых или магниевых). Наиболее прочные колеса из легких сплавов — кованые. Они имеют мелкозернистую структуру и высокую прочность при малой массе. Легкосплавные колеса дороже стальных, но эстетически привлекательнее. Колеса изготавливались и из композитных материалов: например, еще в 70-е гг. фирма Citroёn выпускала армированные углепластиковые колеса, которые весили в два раза меньше металлических. Однако из-за высокой стоимости таких колес они устанавливаются только на дорогих спортивных автомобилях.

Конструкция разборного обода грузового автомобиля:

3 — разрезная часть обода;

М — ширина обода;

D — диаметр обода

Бездисковое колесо, его общий вид (а) и крепление колеса (б):

1 — секторы колеса;

Ступицы колес изготавливают из стали или ковкого чугуна. К ним крепятся элементы тормозных механизмов, диски и барабаны. Ступица устанавливается на подшипниках, которые должны воспринимать не только радиальные, но и осевые усилия от действия боковых сил. В ступицах устанавливают конические роликовые или шариковые радиально-упорные подшипники.

В подшипники колес закладывается смазка, выдерживающая высокие температуры. Для предотвращения вытекания смазки и попадания грязи подшипники уплотняются сальниками.

Материалы: http://wiki.zr.ru/%D0%A3%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE_%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D1%81%D0%B0