Устройство автомобильного колеса

Устройство автомобильного колеса:
1 — шина;
2 — обод;
3 — ступица

Колесо автомобиля состоит из пневматической шины, обода, соединительного элемента (диска), ступицы и пневматических шин.
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

Обод служит для соединения шины с колесом. С этой целью ему придается специальная форма. Колесо в сборе должно быть сбалансировано, балансировочные грузики крепятся к ободу с помощью пружинных зажимов или клея. На большинстве легковых автомобилей и грузовых небольшой грузоподъемности используются глубокие, неразборные ободья.
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.

Размеры и профиль обода регламентированы соответствующими стандартами. На каждый обод наносится соответствующая маркировка, из которой можно узнать размеры и профиль. Основные размеры обода, ширину профиля и диаметр, как правило, все изготовители указывают в дюймах, за исключением компании Michelin, которая применяет для этого миллиметры.
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

Вылет колеса (выступ) является важным параметром. Любое колесо должно «охватывать» ступицу, к которой оно крепится, потому что центр пятна контакта шины с дорогой смещается относительно вертикальной оси, проходящей через центр ступицы на небольшую величину, которая рассчитывается при конструировании подвески и рулевого управления автомобиля.
Величина вылета особенно важна для управляемых колес, потому что положение пятна контакта относительно оси поворота колеса играет важную роль в определении характеристик поворота автомобиля.

Неразборные колеса с глубоким ободом обычно центрируются на ступице с помощью центрального отверстия. Если диаметр центрального отверстия больше, чем у посадочной части ступицы, то центрирование осуществляется по коническим (или сферическим) поверхностям в отверстиях диска, предназначенных для крепления болтами или гайками. Иногда для лучшего центрирования и облегчения монтажа используют пластмассовые кольца, которые устанавливаются перед монтажом колеса на ступицу в центральное отверстие диска.
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:
1 — закраина;
2 — обод;
3 — разрезная часть обода;
М — ширина обода;
D — диаметр обода

Разборные ободья применяют для колес большинства грузовых автомобилей и автобусов. Разборные ободья могут быть дисковыми и бездисковыми. Наиболее часто используются разборные ободья с коническими посадочными полками.

Бездисковое колесо, его общий вид (а) и крепление колеса (б):
1 — секторы колеса;
2 — ступица;
3 — крепление;
4 — шпилька;
5 — гайка

Шины грузовых автомобилей имеют большие размеры и высокую жесткость, поэтому монтаж таких шин на неразборные ободья затруднен. Разборные ободья позволяют облегчить эту задачу. Для некоторых шин грузовых автомобилей большой грузоподъемности применяют разборные ободья с распорными кольцами. Такие ободья состоят из двух частей, соединяемых между собой болтами. Такая конструкция надежно удерживает шину на колесе независимо от значения давления воздуха в шине.
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.

Устройство ходовой части

Устройство шин и колес

Шины и колеса

Европейская экономическая комиссия в сотрудничестве с технической организацией европейских производителей шин и ободьев в 1975 г. приняла Правило ЕЭК ООН, определяющее типовые испытания шин и их дополнительные обозначения, необходимые для проведения этих испытаний.

Устройство ободья колес автомобилей: а — легкового; б — грузового с ободом, имеющего разрезное замочное кольцо; в — грузового с ободом, имеющего разрезное бортовое кольцо; г — высокой проходимости; д — с бездисковым колесом со съемным плоским ободом, состоящим из трех частей; 1 — обод; 2 — диск; 3 — гайка; 4 — шпилька; 5 — ступица; 6 — колпак; 7 — неразрезное бортовое кольцо; 8 — разрезное замочное кольцо; 9 — разрезное бортовое кольцо; 10— болт;11— наружный обод; 12— распорное кольцо.

Ручей обода служит для временного размещения части борта шины в процессе ее монтажа (демонтажа) и должен быть достаточно глубоким.
Неразъемные ободья являются наиболее жесткими и технологичными, имеют малую массу. Однако на них возможен и монтаж шин с достаточно эластичными бортами и боковинами, т. е. шины легковых автомобилей и грузовых автомобилей малой грузоподъемности.

В случае применения бескамерных шин к колесу предъявляются дополнительные требования:

• герметичность обода;
• одинаковые посадочные размеры для бескамерной и камерной шин одного и того же размера;
• возможность применения камеры.
Классификация колес. Колеса различают по классам, видам и типам. По эксплуатационному назначению транспортных средств колеса имеют следующую классификацию:
• класс 1 — для внутризаводского транспорта (автопогрузчики, электрокары);
• класс 2 — для автомобилей с полной массой до 2,0 т и для прицепов к ним;
• класс 3 — для грузовых автомобилей с полной массой от 2 до 20 т;
• класс 4 — для грузовых автомобилей с полной массой свыше 20 т;
• класс 5 — для автомобилей повышенной проходимости и прицепов;
• класс 6—7 — для тракторов и сельхозмашин.
Колеса могут быть предназначены для следующих типов шин:
• камерных;
• бескамерных;
• с регулируемым давлением;
• арочных;
• пневмокатков.
По конструктивным особенностям колеса подразделяются по следующим признакам:
• по типу обода — с неразъемным и разъемным ободом, с профилированным ободом, с ободом из фасонных профилей, со штампованным или литым ободом и т. д.;
• по месту соединения диска с ободом — с диском, соединенным с ободом в средней части, то же в замочной части, то же в бортовой части;
• по способу соединения диска с ободом — не регулируемые по вылету диска относительно обода и регулируемые;
• по способу соединения колеса со ступицей — дисковые и бездисковые;
• по числу колес, одновременно устанавливаемых на ступицу, — одинарные или сдвоенные.
Ободья. Основные типы ободьев колес (рис. 122):
• неразъемный;
• разъемный посредине;
• разъемный по радиусу — сегментный;
• разъемный двух-, трех-, четырех- и пятиэлементный.

Неразъемный обод состоит из закраин, полок и ручья. Закраины обода
воспринимают усилия, передаваемые бортами шины, ограничивают их перемещение и защищают боковины шины от внешних повреждений.
Полки являются посадочными местами для бортов шины с углом наклона к середине на 5°. Наклон полок обеспечивает натяг бортов при накачивании шины после монтажа и соответственно их плотную посадку на полки.
Ручей обода служит для временного размещения части борта шины в процессе ее монтажа (демонтажа) и должен быть достаточно глубоким.
Неразъемные ободья являются наиболее жесткими и технологичными, имеют малую массу. Однако на них возможен и монтаж шин с достаточно эластичными бортами и боковинами, т. е. шины легковых автомобилей и грузовых автомобилей малой грузоподъемности. Для обеспечения безопасности бескамерных шин применяется специальный безопасный контур полок обода.
Ободья изготавливаются из качественных конструкционных сталей, допускающих глубокую вытяжку. В ряде случаев колеса в целом, т. е. обод совместно с диском, изготовляются из легких, преимущественно магниевых или алюминиевых сплавов.
Разъемные ободья применяют для шин грузовых автомобилей и автобусов. Борта и боковины этих шин настолько жесткие, что не позволяют смонтировать шину через закраины обода.
Наиболее распространенными являются плоские ободья с одной отъемной закраиной. Они имеют цилиндрический либо с неглубоким ручьем обод с одной закраиной. Шина беспрепятственно надевается на такой обод, после чего устанавливается вторая закраина, так называемое съемное бортовое кольцо, которая фиксируется на ободе.
В двухэлементной конструкции съемная закраина выполнена с косым сквозным разрезом и монтируется в канавку на краю обода за счет ее радиальной упругой деформации.
Трехэлементный обод имеет неразъемную жесткую съемную закраину и разрезное замочное кольцо с конической полкой.
Четырехэлементный обод имеет неразъемную закраину, сплошное посадочное кольцо с конической полкой и разрезное (пружинное) замочное кольцо.
Пятиэлементный обод отличается от четырехэлементного наличием уплотнительной вставки, позволяющей герметизировать обод при монтаже бескамерной шины.
Дисковые колеса. В конструкции колеса диск является частью, соединяющей обод со ступицей. Диску придается чашеобразная форма, которая обеспечивает более высокую поперечную жесткость. В диске имеются центральное и крепежное отверстия, оси которых параллельны оси вращения колеса, а также ряд дополнительных отверстий разнообразной формы. Центральное отверстие служит для размещения ступицы колеса и центрирования диска на ступице. Дополнительные отверстия в диске используются для его облегчения, вентиляции тормозных механизмов, а также выполняют декоративные функции.
Бездисковые колеса. На тяжелых автомобилях используются барабанные (спицевые) ступицы и бездисковые колеса, которые имеют конический поясок на поверхности обода, обращенный к ступице. Соединительная часть выполнена непосредственно на ступице и имеет коническую поверхность. По этим коническим поверхностям осуществляется центрирование обода относительно ступицы. Крепление этих колес осуществляется прижимами путем затяжки гаек на шпильках.
Крепление дисков колес к фланцам ступиц осуществляется резьбовыми соединениями — болтами либо шпильками с гайками. Центрирование и крепление диска одинарных колес осуществляется конической частью гаек или болтов с правой резьбой и углом конуса 60°, которые упираются в соответствующие фаски крепежных отверстий диска. При сдвоенных колесах внутреннее колесо может притягиваться к фланцу колпачковой гайкой (футоркой) со сферической опорной поверхностью и наружной резьбой, на которую наворачивается основная гайка, крепящая наружное колесо. Резьба крепежных деталей правых колес — правая, левых — левая. Длительное время считалось, что такая дифференциация резьб способствует предотвращению самоотворачивания гаек. Однако практика показала, что это не имеет большого значения.

Конструктивные особенности колеса автомобиля

Под словом «колесо» многие подразумевают автомобильное колесо в сборе, состоящее из собственно колеса и шины. Между тем в авто промышленности колесом считают только промежуточный (между ступицей автомобиля и шиной) элемент конструкции автомобиля. Обычное (серийное для легковых автомобилей) дисковое колесо состоит из двух элементов — обода и диска, соединенных между собой точечной контактной сваркой.

Обод — это кольцеобразная (определенного профиля) часть колеса, на которую монтируется и опирается шина.

Диск — центральная часть колеса, несущая обод и имеющая посадочные отверстия для крепления к ступице. Часто дисковое колесо называют просто диском (во избежание путаницы между колесом в сборе и колесом как элементом конструкции автомобиля), что неверно. На самом деле бывают разборные колеса, где обод и диск скреплены резьбовыми соединениями, а так же бездисковые колеса или колеса с дисками в виде кольцевых фланцев (автомобили ЗАЗ).

Конструктивные особенности и отличия

Автомобильные колеса различают по принадлежности к тому или иному автомобилю, по типу применяемых шин, по конструкции и технологии изготовления. По технологии изготовления такие колеса могут быть стальными сварными (из прокатанного обода и штампованного диска), литыми и коваными.

Технология изготовления литых колес включает заливку расплавленного металла (обычно это алюминиевый или магниевый сплав) в форму, его остывание, последующее обтачивание посадочных поверхностей и сверление отверстий в полученной отливке. К числу недостатков литых колес относятся чрезмерно толстые стенки, возможность наличия скрытых пор и раковин, недостаточную прочность (при ударе они деформируются и даже раскалываются) и невозможность восстановления.

При ковке (или объемной штамповке) из заготовки выковывают так называемую поковку, которая затем обрабатывается на токарном станке. Такая технология сложна и дорога, однако кованые диски прочнее и легче. Например, 13-дюймовое кованое колесо весит 4,9 кг против 6,0 кг у литого, а толщина стенок составляет только 3,0 мм против 5,5 мм у литого. При этом кованый диск лучше «переносит» удары. Поэтому для российских дорог кованые диски предпочтительнее, несмотря на их дороговизну.

Главное преимущество легкосплавных колес перед обычными стальными — в меньшей массе. Снижение массы колеса в сборе с шиной ведет к уменьшению неподрессоренных инерционных масс и улучшению условий работы подвески, так как колесо быстрее «повинуется» возвращенному действию пружины, амортизатора и быстрее восстанавливает потерянный контакт с дорогой. Это улучшает комфортабельность езды и делает более безопасным движение на большой скорости.

Основные элементы колеса легковой машины

• А — закраина обода;
• Б — полка;
• В — кольцевой выступ («хамп») для дополнительной фиксации бортов бескамерной шины;
• Г — плоскость крепления;
• а — монтажный диаметр
• б — ширина обода;
• в — вылет (расстояние между плоскостью симметрии обода и крепёжной плоскостью колеса);
• г — диаметр центрального отверстия под ступицу;
• д — диаметр окружности расположения крепёжных болтов (шпилек);

Для зарубежных колес размер «в» обозначается «ЕТ», «г» — «DIA» и «д» — «PCD».

Колесо обозначается основными размерами обода — монтажным (посадочным) диаметром (а) и шириной (б). Например, обычное дисковое колесо обозначается как 114J-330 (в миллиметрах) или 4 1/2J-13 (в дюймах). Первые цифры означают ширину обода, буква J — форму профиля обода, а последние цифры — монтажный диаметр колеса.

Легкосплавные литые или кованые колеса обычно имеют дюймовое обозначение. Например, бескамерное колесо имеет обозначение 4 1/2J-13H2 или 5J-13H2, где дополнительная маркировка Н2 означает наличие на ободе «хампов» определенного профиля.