Колесо автомобиля

Колеса – составляющие ходовой части, обеспечивают связь автомобиля с дорогой, причем это единственные элементы в конструкции машины контактирующие с дорожной поверхностью. Основная функция колес – обеспечение движения авто. Именно они за счет взаимодействия с дорожным полотном преобразуют вращение, полученное от силовой установки и трансмиссии, в перемещение автомобиля.

Назначение, функции

В целом, колеса автомобиля делятся на три категории, в зависимости от выполняемой ими функции, — ведущие, управляемые, поддерживающие. На ведущие колеса подается вращение и благодаря контакту с дорогой они заставляют автомобиль двигаться. Но в процессе передвижения авто необходимо изменять направление движение, маневрировать и за это отвечают управляемые колеса.

Грузовые авто предназначены для транспортировки грузов и для снижения нагрузки на ведущие и управляемые колеса, в конструкцию ходовой части добавлены поддерживающие. Они не приводят в движение авто, не участвуют в обеспечении маневрирования, их задача – принятие части нагрузки «на себя».

В легковых авто используется 4 колеса, в грузовиках же их количество может достигать и 12, а в спецтехнике – до 24. Примечательно, что на грузовиках обычно колеса разделены по категориям – одни из них ведущие, вторые – управляемые, остальные – поддерживающие.

Что касается легкового транспорта, то у них используемые виды колес автомобиля могут делиться как по назначению, так и быть совмещенными. К примеру, в заднеприводных моделях колеса, установленные на задней оси – ведущие, а на передней – управляемые. А вот в переднеприводных версиях – колеса передней оси являются одновременно и ведущими, и управляемыми, задние же выполняют лишь поддерживающую функцию.

Требования к колесам. Составные элементы

Конструкция этих составляющих ходовой части включает в себя два компонента – диск и шину. Но несмотря на это, устройство колеса автомобиля – достаточно сложное и к ним выдвигается немало требований:

• быть прочными;
• обеспечивать хорошее сцепление с дорожным покрытием;
• надежно крепиться к ходовой части;
• поглощать воздействия от мелких неровностей дороги;
• служить длительный срок.

Колесный диск выступает в качестве посадочной основы для шины и одновременно обеспечивает крепление колеса к ходовой части. На эту составляющую воздействуют значительные нагрузки во время движения, поскольку они первые принимают на себя колебания от неровностей дороги и передают их на подвеску.

Колесный диск состоит из двух элементов – самого диска и обода. Выпускается четыре вида автомобильных дисков – стальные сварные (штампованные), цельнолитые (легкосплавные, кованные), комбинированные и композитные. В первом виде диск и обод – два разных элемента, соединенных между собой при помощи сварки. В литых дисках его составляющие – единая неразъемная конструкция.

Третий тип – это так называемые комбинированные или разборные диски, бывают двух- или трехсоставными. Являются лучшими дисками по всем характеристикам, поскольку центральная секция обычно выполняется литой и соответственно можно получить любой дизайн, а обод выполняется методом штамповки. Четвертый и самый редкий тип – композитные, стоимость их просто запредельная из-за сложной технологии производства и поэтому увидеть их можно только на спорткарах.

Диск – элемент обеспечивающий крепление колеса. Для этого в нем по центру проделано посадочное отверстие, по окружности которого расположены крепежные отверстия. Количество крепежных отверстий на легковых авто варьируется от 3 до 5, на грузовых же их обычно 6-8. Фиксация диска на ступице осуществляется либо болтами, либо шпильками с гайками.

Конструкция литого диска

Обод предназначен для установки шины. Он обладает сложным поперечным профилем, которое необходимо для правильной и надежной посадки ската. Если рассматривать обод в профиль, то он имеет ступенчатую форму.

Центр обода представлен в виде утопленной площадки, к которой примыкается диск. С обоих сторон от центра сделаны ступеньки, которые сформированы кольцевым выступом (хампом), полкой и бортом.

Хамп предназначен для фиксации шины в ободе и предотвращает ее уход к центру обода. Полка выступает в качестве посадочной площадки для борта ската. Борт обода удерживает шину на полке и не дает ей «слезть».

Отметим, что это самый распространенный тип диска. Но на грузовых авто и спецтехнике можно встретить иные виды дисков авто – с фиксирующим кольцом, разборные (диск состоит из двух половин, стягивающихся болтовым соединением).

Устройство шины

Шина – вторая составляющая колеса. Она также обладает достаточно сложной конструкцией, поскольку в ее задачу входит обеспечение сцепления с дорожным полотном, принятие и гашение колебаний от мелких неровностей, удержание веса. Для выполнения своих функций шина должна быть прочной, но при этом и эластичной. Отметим, что шина является своего рода оболочкой, которая заполняется наполнителем – воздухом или специальными газами.

Шина состоит из эластичного радиального каркаса, задающего форму изделию, на который последовательно нанесены резиновая прослойка, брекер (силовой металлический корд), бандаж из нитей (капроновый корд) и протектор. По внутренней окружности радиальный каркас формирует посадочный борт шины, в который для жесткости установлено проволочное кольцо.

Одна из схем шины

Видимыми элементами шины являются протектор, выступающий в качестве основной рабочей поверхности (он контактирует с дорожным полотном) и боковины. Переход между этими элементами получил название – плечо.

Для обеспечения сцепления с дорогой, протектор обладает сложным узором, который формируется ребрами, блоками с канавками и ламелями.

Разновидности шин

Поскольку автомобили эксплуатируются при разных дорожных условиях, то производителями выпускаются различные виды шин автомобиля. Это позволяет обеспечить оптимальные ходовые качества при тех или иных условиях. Достигаются необходимые показатели двумя факторами – материал изготовления и рисунок протектора.

В целом, все выпускаемые шины можно разделить на две категории по таким критериям как сезонность использования и характер дорожного полотна.

По сезонности использования шины делятся на:

При изготовлении летнего варианта используется твердая резина, что обеспечивает отличное сцепление с дорогой. Предназначены они для использования по твердому сухому покрытию.

Зимние делаются мягкими чтобы в условиях пониженных температур обеспечивалась должная эластичность изделию. Также такие шины отличаются глубоким рисунком протектора. Помимо этого, многие модели оснащаются стальными шипами, обеспечивающими хорошее сцепление колеса на ледяной поверхности.

Что касается всесезонных шин, то в мире такой тип используется только в некоторых северных странах. Эти шины делаются из резины средней жесткости, что обеспечивает приемлемое сцепление с дорогой летом и сохраняет эластичность зимой.

Что касается типов шин, разделяющихся по характеру дорожного полотна, то они делятся на:

Дорожный вариант предназначен для использования на твердом покрытии. Внедорожные шины, отличающиеся более развитым протектором с сильными грунтозацепами, позволяют передвигаться на рыхлых поверхностях – песок, грязь. Универсальные же совмещают в себе качества дорожных и внедорожных шин.

Помимо этих двух критериев шины можно разделить еще по одному критерию – рисунку протектора. Он бывает симметричным, направленным и ассиметричным.

Симметричные шины обладают хорошими ходовыми качествами на сухой поверхности и имеют рисунок, который позволяет устанавливать колеса любым способом (менять местами, перекручивать на 180 град.).

Направленный рисунок обеспечивает самые лучшие ходовые качества в условиях движения по мокрой поверхности, но их ставить нужно только в строго определенном направлении.

Ассиметричные шины отличаются тем, что одна часть протектора обладает направленным рисунком, а вторая – симметричным. Это обеспечивает таким колесам неплохие показатели во время движения как по сухой, так влажной дороге.

Напоследок отметим, что при своей внешней простоте колеса автомобилей играют очень важную роль в обеспечении безопасности движения, поэтому подходить к их выбору следует очень тщательно.

История автомобильного колеса

Статья об истории создания и эволюции автомобильного колеса — экскурс в историю, стальные и литые изделия, взгляд в будущее. В конце статьи — интересное видео о создании колеса.

Содержание статьи:

• Немного истории
• Колеса для автомобилей
• Стальные изделия
• Литые диски
• Взгляд в будущее
• Видео об истории создания колеса

Не секрет, что такое изобретение, как колесо, является важнейшим атрибутом нашей жизни. Но мало кто знает, что первые колеса появились много тысячелетий назад и служили для лепки горшков и других изделий. После появления подобного предмета в обыденном обиходе жизнь людей стала более комфортной и продуктивной. Колесо послужило своеобразным катализатором, подтолкнувшим человека к новым плодотворным открытиям. Какова же А история создания автомобильного колеса?

Немного истории об автомобильном колесе

Путём продолжительных исследований учёным удалось определить дату пояления первого колеса. Считается, что это произошло примерно 3500 лет до нашей эры, а родиной его стала Месопотамия, на территории которой сейчас расположен Ирак. Но лишь через несколько столетий, в 3200 году до нашей эры, изобретение начали применять как неотъемлемую часть транспортных средств. Именно в те времена появились первые «месопотамские» колесницы.

Но, скорее всего, в те далекие времена его заменяли обычные бревна и овальные предметы, которые устанавливались под крупные (например, под тушу мамонтов, камни, деревья) для более продуктивной транспортировки. Принцип действия такой технологии был простой: после перемещения объекта на небольшое расстояние очередной ролик укладывали спереди. В результате предмет медленно, но двигался.

Потом люди изобрели новое транспортное приспособление, которое подразумевало соединение двух бревен по краям крупной деревянной платформы. К сожалению, изобретение не оправдало себя из-за многих недостатков и плохой износостойкости.

Через 1500 лет произошло ещё одно изменение в жизни колеса. Перед людьми встала задача создания эффективного приспособления для более быстрой транспортировки грузов и экономии расходуемого материала. В результате появились колеса со спицами. Ученые считают, что родиной колесниц является Древний Египет, но модернизированную версию деревянного изделия нашли и в Греции.

Первый вариант полноценного стального колеса был найден на территории, которую больше 3 000 лет назад населяли племена кельтов. Но в понимании «металлическое» подразумевается стальной круг, а спицы по-прежнему делали из дерева, пока Ф. Бауэр не представил прототип металлических спиц. В их качестве использовалась железная проволока повышенной прочности, проходящая сквозь обод. Для обеспечения хорошего баланса спицы плотно натягивали. Аналогичные изделия до сих пор применяются на велосипедах.

Ещё одно очень важное открытие произошло в 1845 году, когда Р. В. Томсон зарегистрировал патент на первую пневматическую шину для автомобилей. Идею усовершенствовали в конце 19 века, и вскоре такое изобретение появилось на всех велосипедах тех времен. Твёрдая резина усиливала сцепление транспортного средства с дорогой, делая перемещение комфортным и быстрым. Именно в этот период эволюция колеса вышла на совершенно новый уровень.

Колеса для автомобилей

Начиная с 19 века, в развитии науки и техники произошла настоящаа революция. Открытия в разных научных областях заставляли людей искать более оптимальные решения для перемещения. Тогда появились первые прототипы полноценного автомобиля. После выпуска легендарного транспортного средства под названием Motorwagen в 1885 году создатель патента Карл Бенц начал усиленно заниматься разработкой подходящих колес для своей машины. Его трёхколесный автомобиль получил велосипедные колеса, оборудованные более жесткой, не пневматической резиной.

Пневматическую версию представили знаменитые братья Андре и Эдуард Мишлен, которые через некоторое время, стали основателями компании с одноименным названием. Кстати, её продукция пользуется спросом до нашего времени. Кроме того, в1910 году сотрудники компании BF Goodrich реализовали выпуск первых высококачественных шин с большим эксплуатационным сроком и отличной износостойкостью. При производстве в резину добавили определенное количество углерода. Вскоре технологию стали использовать и другие производители автомобильных шин.

На далёком Западе долгое время применялись деревянные колеса от артиллерии, но в середине 20 века их сменили сварные спицевые конструкции. Они устанавливались на автомобилях серии Ford T. И если сравнивать ситуацию с европейскими странами, где большим спросом по-прежнему пользовались жесткие покрышки от Мишлен, то Америку покорили пневматические разработки Данлопа. Но используемые в те времена покрышки существенно отличались от современных — их производили из белой резины Carbonless, а срок службы редко превышал расстояние в 3-3,5 тысячи километров. Но после прохождения 40-60 километров шины нуждались в срочном и долгом ремонте, т.к. их поверхность быстро лопалась или прокалывалась.

Как ни странно, но следующий рывок в эволюционном развитии колес имел сходства с ранее существующей твердой конструкцией. Это объяснялось необходимостью снизить расходы за счет использования изделий из стали. Оправу изготавливали из полосы металла, а диск — из листового металла, который выбивали с помощью прессового оборудования. Затем два элемента приваривали друг к другу для создания лёгкого и устойчивого к интенсивным нагрузкам изделия. Основным плюсом такой технологии стала быстрота, что позволило выпускать колеса в крупных масштабах. Применение автоматизированного производственного оборудования сделало процесс изготовления доступным и массовым.

В настоящее время существует две разновидности автомобильных колес:

• Колеса из сплавов — литые;
• Стальные.

Оба вида колес имеют свои плюсы и минусы.

Стальные колеса

Стальные колеса применяются на протяжении долгих лет с момента запуска массового автомобилестроения, и до 80-х годов прошлого века они не имел эффективной альтернативы. Диски изготавливаются на основе прямого куска стали, который поддаётся воздействию пресса для формирования двух половинок будущего колеса. После этого отдельные части соединяются между собой точечной сваркой. В завершении остаётся добавить защитное антикоррозийное покрытие, и всё – диск готов!

Плюсы стальных дисков:

• Основной плюс подобной технологии заключается в невысокой стоимости. Средняя цена изделия отечественного производства равна 500-100 рублей;
• Превосходные пластичные свойства, из-за чего диск принимает всю энергию при столкновении с препятствиями, например, во время езды по пересеченной местности, на себя, снижая воздействие на подвеску и покрышку;
• Ремонтопригодность. Даже сильно деформированный стальной диск можно быстро восстановить. Достаточно провести рихтовку конструкции, и её можно будет использовать снова;
• Интенсивность краж стальных колес относительно невысокая.

Из минусов следует выделить:

1. Внушительный вес. Применение стальных листов негативно сказывается на толщине металла, ведь если её уменьшить, износостойкость и прочностные показатели существенно упадут. Тяжелые колеса дают интенсивную нагрузку на автомобиль и вызывают усиленное потребление топлива.
2. Непрезентабельный дизайн. Даже применение передовых производственных стандартов не позволяет придать конструкции уникальный дизайнерский вид. Приходится прикрывать некрасивую стальную конструкцию колпаками;
3. Непереносимость коррозийных процессов. В частности, такой показатель свойственен бюджетным моделям, выполненным по упрощённой технологии.

Литые диски

При производстве автомобильных дисков из алюминиевых сплавов примеряется технология литья. Отливку проводят тремя различными способами:

• кокильным литьем;
• литьем под низким давлением;
• литьем под противодействием.

Метод литья под низким давлением позволяет создавать удивительные конструкции с высоким качеством сборки и большим сроком службы, превосходящим кокильное литьё на 15-25%.

Преимущества литых дисков очевидны:

1. Отсутствие громадного веса и большой нагрузки на ходовую часть автомобиля. В результате рабочие свойства транспортного средства улучшаются, а интенсивность износа резины существенно падает. Также качественный литый диск предотвращает перегрев тормозных колодок;
2. Внешность дисков, выполненных с помощью технологии литья, впечатляет. Если дизайн колёс игрывает для вас важную роль, использование литых дисков — самое лучшее решение.

Недостатки включают в себя:

• Заметную хрупкость конструкции. Если автомобиль столкнётся с каким-нибудь препятствием, вполне вероятно, что диск расколется и станет непригодным для дальнейшего использования;
• Недостаточно хорошие антикоррозийные свойства и образование гальванических пар со стальными элементами конструкции. По-особому это заметно в изделиях из магниевого сплава. Если защитное покрытие уменьшается, то процесс разрушения диска будет происходить намного быстрее.

Без сомнений, выполненные с учётом всех требований качества и безопасности диски обладают большим эксплуатационным сроком и надёжностью. Их устойчивость к воздействиям в виде столкновений, коррозии и т.д. максимальная.

Взгляд в будущее на колеса для авто

Хотя технологии постоянно развиваются, найти какие-то способы для модернизации автомобильных колёс достаточно сложно. Это объясняется тем, что диски давно получили свою завершенную форму. Тем не менее, некоторые производители подобной продукции продолжают усердно трудится над изготовлением новых колёс и созданием необычных футуристических концептов. В качестве примера можно взять экзотические прототипы от компании «Michelin».

В 2006 году сотрудники известного бренда показали миру свою уникальную разработку — бескамерные колеса, изготовленные по совершенно новой технологии. Они не пневматические, так как полностью состоят из резиновых протекторов и эластичных спиц, которые поглощают удары и другие воздействия, снижая интенсивность износа колёс и подвески.

Но масса преимуществ не исключает наличие недостатков. Главный из них заключается в ограничении допустимой скорости до 80 км/ч. После преодоления этого рубежа машина начинает сильно вибрировать.

Все же революционные бескамерные шины Michelin — это новое слово в мире автомобилестроительной отрасли. Но они станут актуальными исключительно для электрических автомобилей.

Видео об истории создания колеса: