Устройство автомобилей

Колеса автомобилей

Общие сведения о колесах

Колесо – одно из величайших изобретений человека. В природе ни одно живое существо не снабжено подобным движителем – кто-то бегает на ногах, кто-то плавает при помощи плавников и хвоста, кто-то летает, ползает, использует реактивную энергию, в общем – животные и даже некоторые растения передвигаются по поверхности и недрам нашей планеты, в ее атмосфере и водной среде при помощи самых разнообразных средств перемещения, но колесами не пользуется никто.
А ведь во многих случаях колесо – незаменимый движитель, способный быстро и экономично перемещать по земной поверхности тела любой массы и формы. По этой причине можно считать колесный движитель уникальным продуктом человеческого гения. И этот движитель в качестве средства передвижения по суше используется автомобилями.

Конечно же, колеса современных автомобилей существенно отличаются от тех примитивных катков и деревянных кругов, которые использовались человеком в качестве движителя древних повозок и колесниц. Конструкция автомобильного колеса в результате «технической эволюции» претерпела значительные изменения, поскольку на этот элемент автомобиля возлагаются важные функции, влекущие за собой строгие требования.

Требования, предъявляемые к колесам

Колеса обеспечивают связь автомобиля с дорогой, воспринимая всю массу автомобиля с пассажирами и грузом, а также динамические нагрузки, передаваемые на раму или кузов автомобиля. Они обеспечивают поступательное движение автомобиля и изменение направления его движения, а обладая эластичной шиной, они смягчают толчки и удары, возникающие при движении.
От характера взаимодействия колес с дорогой зависят тяговые и тормозные свойства автомобиля, плавность хода, экономичность, проходимость, устойчивость, управляемость, и, конечно же, комфорт и безопасность самого перемещения.

К автомобильным колесам предъявляются следующие требования:

• минимальное сопротивление качению;
• высокие долговечность и износостойкость;
• демпфирующие (смягчающие) свойства;
• бесшумность работы;
• легкость монтажа и демонтажа;
• самоочищаемость беговой части шины при движении по деформируемым грунтам;
• минимальные биение и дисбаланс;
• для повышения плавности хода автомобиля колеса должны иметь минимальный вес.

К основным элементам автомобильного колеса относятся шины, ободья, соединительные элементы и ступицы. Все эти составные части могут быть выполнены в широком диапазоне конструктивных особенностей в зависимости от назначения автомобиля, условий его эксплуатации и других требований.

Типы автомобильных колес

Автомобильное колесо состоит из следующих элементов (рис. 1): шины, ободьев 3, 10, соединительных частей с деталями крепления и ступицы. Соединительной частью может быть диск 4, неразборно присоединенный к ободу (дисковое колесо) или спицы, представляющие собой часть ступицы (бездисковое колесо или спицевое колесо).

Ступица обеспечивает установку колеса на балке моста на подшипниках. Если ступица отсутствует, колесо устанавливается на фланце полуоси, которая, в свою очередь, устанавливается на подшипниках в балке моста.

Автомобильные колеса классифицируются по двум основным показателям – назначению и конструкции.

По назначению различают ведущие, управляемые, комбинированные и поддерживающие колеса.

Ведущие колеса преобразуют подводимый к ним крутящий момент в тяговую силу, а свое вращение – в поступательное движение автомобиля.

Управляемые колеса изменяют направление движения автомобиля, оставаясь ведомыми, т. е. они не воспринимают крутящий момент от трансмиссии автомобиля и служат лишь для маневрирования.

Поддерживающие колеса также являются ведомыми и служат для восприятия осевой нагрузки и толкающей силы от рамы или кузова автомобиля, преобразуя ее в свое вращательное движение. Поддерживающие колеса часто выполняют на специальной подъемной оси грузовых автомобилей или полуприцепов, и при движении автомобиля без груза они вместе с осью поднимаются к раме автомобиля, чтобы уменьшить сопротивление качению. Колеса задних осей автомобильных прицепов тоже в большинстве случаев являются поддерживающими.

Комбинированные автомобильные колеса являются одновременно и ведущими и управляемыми. К такому типу колес, например, относятся передние колеса переднеприводных легковых автомобилей.

По конструкции колеса бывают дисковые, бездисковые и спицевые.

В дисковых колесах стальной штампованный диск приваривается к ободу, а в литых колесах из легких сплавов (алюминиевых, магниевых) диск отливается совместно с ободом.

Бездисковые колеса имеют соединитель, изготовленный совместно со ступицей. Бездисковые колеса имеют ряд существенных преимуществ перед дисковыми – они проще по конструкции, имеют меньшую массу (на 10…15%), большую долговечность, более низкую стоимость, удобнее при монтаже и демонтаже, обеспечивают лучше охлаждение тормозных механизмов.
Кроме того, они дают возможность устанавливать на одной и той же ступице ободья разной ширины, что позволяет использовать различные шины на одном и том же автомобиле. Бездисковые колеса устанавливаются, например, на автомобилях марки «КамАЗ».

В спицевом колесе в качестве соединителя используют спицы. Спицевые колеса применялись на первенцах автомобилестроения, в конструкции колес современных автомобилей спицы встречаются крайне редко, главным образом – на спортивных автомобилях, обеспечивая меньшую массу колеса и лучшее охлаждение тормозных механизмов.
В настоящее время в массовом производстве спицевые колеса для автомобилей практически не применяются из-за недостаточной надежности соединительных элементов – спиц, которые, к тому же, нуждаются в постоянном обслуживании. Их чаще можно увидеть в колесах велосипедов и мотоциклов, где весу колеса уделяется большое внимание.

Колеса и шины автомобиля. Их устройство и маркировка

Что такое колеса?

Колесо — это вращающийся и передающий элемент ходовой части, расположенный между шиной и ступицей.

Колеса транспортных средств подразделяются на одинарные и сдвоенные. Одинарное колесо устанавливается на одной ступице и несет одну шину, а сдвоенное имеет два обода, смонтированных на одной ступице и несущих две шины.

На автомобилях применяются следующие виды колес:

• дисковые колеса
• колеса с разборным ободом
• составные колеса

Дисковое колесо — это неразборный узел, состоящий из обода колесного диска. Дисковое колесо грузового автомобиля может иметь составной обод, один из бортов которого состоит из съемного разрезного замочно-посадочного кольца и съемного бортового кольца, которые в сборе образуют обод. Варианты исполнения дисковых колес представлены на рисунке:

Рис. Исполнения дисковых колес:
а — колесо с цельным неразборным ободом (1 — посадочная полка; 2 — монтажный ручей; 3 — диск колеса); б — колесо со вставным ободом (1 — бортовое кольцо; 2 — замочно-посадочное кольцо; 3 — диск колеса)

Колесо с разборным ободом — это колесо, в котором один или два разборных обода крепятся непосредственно на ступице, развитой до размера обода. Такие колеса широко применяются на тяжелых автомобилях и автобусах.

Составное колесо состоит из двух элементов, каждый из которых включает часть обода. После сборки элементы образуют обод с двумя закраинами. Такие колеса применяются для крупногабаритных широкопрофильных шин и шин с регулируемым давлением.

Типоразмер колесного диска может быть обозначен следующим образом:

5,5 J x 15 H2 ET30

Здесь: 5,5 — указание ширины обода в дюймах. Данное значение выбирается из стандартного ряда: 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5; 7,0 дюймов (размер а на рисунке);

J — тип конструкции боковых закраин обода диска (может быть J, JJ, JK, К или L);

15 — монтажный диаметр обода в дюймах. Стандартный ряд для легковых автомобилей — 10; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; l9 дюймов, для грузовых автомобилей и прицепов — 16; 20; 22,5; 24 дюйма (размер dM на рис. 4.25);

H2 — тип конструкции кольцевых выступов на посадочных полках обода, служащих для надежного удержания бескамерной шины на диске (например, Н, Н2, FH, АН и др.);

ET30 — вылет колеса в миллиметрах. Вылет — это расстояние между продольной плоскостью симметрии обода и привалочной плоскостью ступицы колеса.

Рис. Колесо с разборным ободом: 1 — обод, 2 — прижим; 3 — ступица

Соединение колеса со ступицей обеспечивает передачу крутящего момента и центрирование колеса на ступице. Крепление штампованных дисковых колес легковых автомобилей производится, как правило, с помощью болтов или гаек, имеющих коническую центрирующую поверхность. Центрирование литых дисков колес осуществляется по посадочному пояску ступицы. Узел крепления включает шпильки и унифицированные гайки, снабженные свободно вращающимися шайбами, которые исключают возможность повреждения диска. Вместо шпилек и гаек могут использоваться болты.

Соединение дискового колеса со ступицей грузовых автомобилей осуществляется с помощью шпилек и гаек со сферической опорной поверхностью или шпилек и унифицированных гаек со свободно вращающимися шайбами.

Крепление колес с разборным ободом производится специальными крепежными элементами (прижимами), которые прижимают коническую посадочную поверхность обода к соответствующей поверхности ступицы, имеющей угол наклона 28°.

Пневматическая шина — это упругая оболочка, предназначенная для установки на ободе колеса и заполняемая воздухом под давлением. Основным элементом шины является покрышка, непосредственно воспринимающая нагрузки на шину со стороны дороги. Она состоит из каркаса, протектора, брекера, бортов и боковин.

Каркас — это силовая часть покрышки, состоящая из одного или нескольких слоев корда, закрепленных на боковых кольцах.

Протектор — наружная резиновая часть покрышки с рельефным рисунком, обеспечивающая сцепление шины с дорогой предохраняющая каркас от повреждений.

Брекер — часть покрышки, состоящая из слоев корда или резины и способствующая более равномерному распределению по поверхности колеса действующих на него нагрузок.

Борта — это жесткие части покрышки, служащие для крепления шины на ободе.

Боковины — резиновый слой, покрывающий боковые стенки каркаса и предохраняющий его от механических повреждений и проникновения влаги.

По конструкции каркаса и брекера различают диагональные и радиальные шины. По способу герметизации внутренней полости (при сборке с ободом) шины бывают камерные и бескамерные.

Рис. Типы рисунков протектора шин

По типу рисунка протектора различают шины:

• с дорожным рисунком в виде шашек или ребер, разделенных канавками; предназначены для эксплуатации преимущественно на дорогах с усовершенствованным капитальным покрытием
• с универсальным рисунком в виде шашек и ребер в центральной зоне беговой дорожки и грунтозацепами по ее краям; предназначены для эксплуатации на дорогах с усовершенствованным и облегченным покрытием
• с рисунком повышенной проходимости, в котором имеются высокие грунтозацепы, разделенные выемками; предназначены для эксплуатации в условиях бездорожья и на мягких грунтах
• с зимним рисунком, имеющим острые кромки выступов; предназначены для эксплуатации на заснеженных и обледенелых дорогах и могут оснащаться шипами противоскольжения
• с направленным рисунком, не симметричным относительно радиальной плоскости колеса
• с всесезонным рисунком

Маркировка автомобильных шин

При изготовлении шины легкового автомобиля на ее борт может наноситься следующая маркировка:

175 / 70 R 13 82 Т

Здесь: 175 — ширина профиля шины в миллиметрах;

70 — высота профиля шины, выраженная как процентное отношение к ширине. В указанном случае высота составляет 70 % от ширины (175 мм), т.е. 122,5 мм. Часто высоту профиля называют серией. Иногда в обозначениях шины номер серии отсутствует. Эти шины называют полнопрофильными. Отношение высоты к ширине такой шины составляет 80…82 %;

R — буквенный индекс радиальной шины (R). В диагональных шинах буквенный индекс отсутствует;

13 — обозначение посадочного диаметра шины, соответствующее монтажному диаметру обода в дюймах;

82 — индекс или коэффициент нагрузки. Это условный показатель, указывающий на допустимую нагрузку на шину. Иногда нагрузка указывается на самой шине. Например, за надписью Max Load
следуют два числа: первое — в килограммах, второе — в фунтах;

T — индекс скорости. Данный показатель указывает на максимально допустимую скорость, при которой производитель гарантирует сохранение заложенных эксплуатационных характеристик шины. Соответствие скоростей и индексов приведено на рисунке.

Рис. Соответствие индексов предельно допустимой скорости шины

Помимо типоразмера на боковине покрышки обязательно указываются товарный знак, наименование фирмы-производителя и название модели шины.

Кроме перечисленных на шину могут быть нанесены другие обозначения:

• TUBE TYPE — камерная конструкция шины
• TUBELESS — бескамерная конструкция шины
• Е — знак официального утверждения типа с номером страны, выдавшей такое утверждение в соответствии с требованиями Правил ЕЭК ООН № 30 и № 54
• DOT — соответствие шины стандартам США
• MAX LOAD — максимальная нагрузка, кг (фунты)
• MAX PRESSURE — максимальное внутреннее давление в шине, кПа
• ROTATION > — направление вращения (иногда указывается в виде стрелки)
• LEFT — шина устанавливается на левую сторону автомобиля
• RIGHT — шина устанавливается на правую сторону автомобиля
• OUTSIDE (Side Facing Out) — внешняя сторона установки
• INSIDE (Side Facing Inwards) — внутренняя сторона установки
• TWI — указатель расположения индикатора износа протектора
• REGROOVABLE — шина допускает углубление рисунка протектора нарезкой
• M+S, M*S, WINTER — обозначение шины с зимним типом рисунка протектора
• ALL SEASONS — обозначение шины со всесезонным типом рисунка протектора
• TEMPERATURE — температурный режим, характеризующий способность шины противостоять температурным воздействиям. Подразделяется на три категории: А, В и С

Шины грузовых автомобилей и автобусов могут обозначаться следующим образом:

Здесь: 10,00 — ширина профиля шины в дюймах
R — буквенный индекс радиальной шины
20 — обозначение посадочного диаметра обода колеса
146/143 — индексы несущей способности шины для одинарных и сдвоенных колес
j — индекс скорости

Широкопрофильные шины с регулируемым давлением могут иметь следующую маркировку:

Здесь: 1300 — условный наружный диаметр шины, мм
530 — условная ширина профиля шины, мм
533 — условный диаметр обода, мм

На восстановленных покрышках и бескамерных шинах должна быть сохранена или восстановлена первоначальная маркировка.

На боковине должны быть дополнительно обозначены:

• наименование или товарный знак предприятия, проводившего восстановление
• класс восстановления
• дата восстановления (месяц и год)
• штамп ОТК
• заводской номер шины
• балансировочная метка (для шин, проходивших балансировку)