Устройство автомобилей

Ободья, ступицы и соединители колес

Обод колеса

Обод служит для установки пневматической шины. По профилю обод может быть глубоким неразборным (рис. 1), который применяется на легковых автомобилях, и плоским, разборным (рис. 2), который устанавливается на большинстве грузовых автомобилей средней грузоподъемности (например, марок ЗиЛ, ГАЗ и т. п.).

Для облегчения монтажа и демонтажа шины в средней части глубокого обода выполняется выемка В. По обеим сторонам обода расположены конические посадочные полки, на которые монтируют борта шин. Наклоны посадочных полок на угол примерно 5˚ обеспечивает плотную посадку шины на ободе.

Обод для бескамерной шины должен иметь на своих посадочных полках специальные кольцевые выступы 4 (рис. 1) тороидальной формы («хэмпы»), предотвращающие самопроизвольное соскальзывание бортов шины (саморазбортовку) в случае критической ситуации во время движения.

Среди разборных ободьев наиболее распространен обод с конической посадочной полкой (рис. 2). Этот обод характеризуется сравнительной простотой монтажа и демонтажа шин грузовых автомобилей, которые имеют большие массы, размеры и жесткость. Бортовое кольцо 1 имеет коническую посадочную полку, которая прижимается к борту шины. Пружинное распорное кольцо 2 устанавливается между ободом и бортовым кольцом, фиксируя последнее.

Шины широкопрофильные, арочные и с регулируемым давлением имеют разборные ободья с распорными кольцами. Распорное кольцо устанавливается по центру плоского обода и обеспечивает надежное зажатие бортов шины между ним и закраинами обода, что исключает проворачивание шины на ободе при снижении давления в ней.

Ступица колеса

Ступица конструктивно объединена с мостом автомобиля, но традиционно считается элементом колеса. Она служит для установки колеса на балке моста и обеспечения его вращения. Ступица устанавливается на мосту посредством конических роликовых или шариковых (на некоторых легковых автомобилях) подшипников. К ней также крепятся тормозные барабаны и фланцы полуосей ведущих мостов грузовых автомобилей.

Ступица передних колес, показанная на рисунке 3, установлена в поворотном кулаке 10 на двух конических роликовых подшипниках 1. Наружные кольца (обоймы) подшипников запрессованы в ступицу, а внутренние установлены в цапфу 5. Регулировочная гайка 3 через шайбу 4 обеспечивает нормативный зазор в подшипниках. Подшипники смазываются при сборке, а для защиты их от пыли и грязи с внутренней стороны в ступицу запрессовывается уплотнительная манжета, а с наружной стороны устанавливается защитный колпак 2.

Ступица передних колес переднеприводного легкового автомобиля установлена в поворотном кулаке на двухрядном шариковом подшипнике закрытого типа. Подшипник фиксируется в поворотном кулаке стопорными кольцами.
Ступица с помощью внутренних шлицов соединена с хвостовиком корпуса наружного шарнира привода передних колес и крепится на нем гайкой, которая закрывается пластмассовым колпаком.
К ступице крепится направляющими штифтами тормозной диск. Штифты центрируют относительно ступицы колесо, которое крепится к ней сферическими болтами. Этими же болтами к ступице крепится тормозной диск.

Ступица задних колес у заднеприводных легковых автомобилей обычно отсутствует. Ее заменяет фланец полуоси, которая устанавливается на подшипниках в балке моста.

Соединитель колеса

Соединитель колеса обычно выполняется в виде диска. Такие колеса называются дисковыми. Стальной штампованный диск 1 (рис. 1) для увеличения жесткости выполняется выгнутым с выемками В или отверстиями Б. Вырезы и отверстия облегчают колесо и улучшают охлаждение тормозных механизмов. Отверстия А для крепления колеса имеют сферические фаски. Крепление производится с помощью сферических болтов или сферических гаек.

Бездисковые колеса имеют соединитель, изготовленный совместно со ступицей. Они могут быть разъемными в продольной и поперечной плоскостях. Бездисковое колесо (рис. 4) с разъемом в поперечной плоскости состоит из трех секторов 1, которые соединены в единое кольцо с помощью специальных вырезов (скосов), выполненных на торцах секторов 1. При монтаже секторы колеса устанавливаются в определенной последовательности в лежащую шину, а затем вместе с шиной прикрепляются к ступице 2 специальными прижимами 3, шпильками 4 и гайками 5. Такие колеса устанавливаются на грузовые автомобили и автобусы.

По технологии изготовления колеса легковых автомобилей могут быть обычными стальными сварными (из прокатного обода и штампованного диска), литыми и кованными.

Литые колеса изготовляют из сплава алюминия с кремнием путем обтачивания посадочных поверхностей отливок и сверления в них отверстий. Основное преимущество литых колес – их небольшая масса. Малая масса колеса положительно влияет на плавность хода автомобиля и облегчает его обслуживание. Кроме того, применение литых колес позволяет эффективнее охлаждать колесные тормозные механизмы.
Недостатками литых колес являются чрезмерно толстые стенки, возможность появления скрытых пор и раковин, недостаточная прочность при ударной нагрузке и сложность восстановления при повреждении.

Кованые колеса выполняют методом ковки с последующей обработкой. При ковке (или объемной штамповке) из заготовки выковывают поковку, которая затем обрабатывается на токарном станке. Такая технология сложна и дорога, однако кованые диски прочнее и легче литых. Например, 13-дюймовое кованое колесо весит примерно 4,5 кг, а литое колесо такого же размера – почти 6 кг. При этом толщина стенок у кованого колеса составляет 3 мм, а у литого – 5,5 мм. Немаловажным преимуществом кованых колес является большая стойкость к ударным нагрузкам.

Основные размеры обода колес : посадочный диаметр под покрышку и ширина. Например, обычное дисковое колесо для автомобиля ВАЗ-2109 обозначается как 114J-330 (в миллиметрах) или 4 1/2J-13 (в дюймах). Первые цифры обозначают ширину обода, буква J – форму профиля обода, а последние цифры – монтажный диаметр колеса.

Легкосплавные литые или кованые диски обычно имеют дюймовое обозначение. Например, колесо автомобиля ВАЗ-2110 обозначается 5 1/2J13Н2, где дополнительная маркировка Н2 означает наличие на ободе «хэмпов» определенного профиля.

Так как колеса и шины изготовляются со значительными допусками, колесо в сборе может обладать значительной неуравновешенностью (дисбалансом), приводящей к осевому и радиальному биению при вращении колеса. В результате возрастает вибрация, сокращается срок службы шин, амортизаторов, рулевого управления, снижается комфортность езды и т. п.
Для устранения неуравновешенности колес их подвергают балансировке на специальных балансировочных стендах, закрепляя в определенных местах балансировочные грузики. Особенно это актуально для автомобилей, передвигающихся с большими скоростями, поскольку инерционные нагрузки дисбаланса возрастают в квадратичной зависимости от частоты вращения колес.

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Колеса для грузовых автомобилей

Колеса для грузовых автомобилей технологи­чески значительно сложнее колес легковых автомобилей. В то время как колеса легковых автомобилей «заточены» на максимальную скорость, колеса грузовых автомобилей перевозят большой тоннаж при одновременно высокой скорости. К примеру, в Европе грузовики дальнего следования перевозят 40 тонн груза на скорости 80 км/ч. Вот о том, чем отличаются колеса для грузовых автомобилей, мы и поговорим в этой статье.

При определении минимального размера шин для оси грузовика необходимо всегда исходить из конструктивно обусловленной допустимой нагрузки на ось и максимальной скорости. Основными функциями колеса яв­ляются принятие нагрузки автомобиля и сил воздействия дорожного полотна, передача крутящего момента с осей на шины и при­нятие и передача сил торможения и ускоре­ния, а также боковых сил при прохождении поворотов.

Обод колеса для грузового автомобиля

В ежедневном использовании понятия «обод» и «колесо» часто путают. Понятие «обод» часто используют, когда на самом деле имеется в виду целое колесо. Обод — это радиально крайняя внешняя часть колеса (кроме шины), которая служит для монтажа и герметизации шины. Кроме того, обод яв­ляется фундаментальным соединительным элементом между диском колеса и шиной. Все типичные задачи для грузовиков, такие как монтаж колеса, центровка и передача динамических движущих сил, выполняются колесным диском.

Требование к ободу грузового автомобиля

Чем больше передаваемая нагрузка и гру­бее дорога, тем важнее учитывать следую­щие — иногда противоречащие друг другу — требования к конструкции обода. Высокая грузоподъемность должна достигаться путем проектирования колеса соответствующей формы и использования оптимальных ма­териалов. Для повышения безопасности движения совершенно необходима высокая усталостная прочность. Малая масса колеса оптимизирует полезную нагрузку и необхо­дима, поскольку колесо, как неподрессоренная, вращающаяся масса, оказывает влияние на всю вибросистему автомобиля в целом.

Стальные диски грузового автомобиля

Современные стальные ободья большей частью изготавливаются из стали горячего проката с высоким пределом текучести при растяжении. Конструкция представляет собой колесо (рис. «Конструкция колеса грузового автомобиля» ), состоящее из соб­ственно обода и колесного диска. Обе ча­сти свариваются между собой внутренними поверхностями. Расположение и тип этих сварных швов выбираются таким образом, чтобы обеспечить высокую усталостную прочность. Колесо крепится к ступице бол­тами, вставляемыми в монтажные отверстия. Ступица центрует колесный диск с помощью центрального отверстия. Вентиляционные отверстия и щели в колесном диске с одной стороны служат для уменьшения массы, а с другой — для вентиляции тормозной системы и улучшения общего вида. Стальные диски очень прочные.

Строение обода колеса

Обод состоит из следующих элементов (рис. «Строение обода» ). Борт обода выполняет роль бокового упора для бортовой проволоки шины поглощает силы, возникающие под действием давления шины и осевой нагрузки шины. Посадочная полка обода центрует шину в радиальном направлении и поглощает в частности, силы, создаваемые весом автомобиля. В зависимости от типа используемого обода V-образные посадочные полки располагаются под углом 5 или 15°. Хамп увеличивает высоту по всей окружности посадочной полки, чтобы бортовая проволока бескамерной шины надежнее сидела на ободе при низком давлении. Основание обода соединяет посадочные полки с обеих сторон и может принимать форму плоского основания в многоручьевых, или глубокого основания в одноручьевых ободах.

Типы конструкций ободов колес грузового автомобиля

Типы конструкций ободов (рис. «Типы конструкций ободов» ) и их раз­меры зависят от предназначения шины. Могут использоваться следующие различные типы ободов.

Обод с утопленным центром (рис. а, «Типы конструкций ободов» ) состоит из одной части. Основание обода углублено для монтажа шины. Размер колеса обозначается как «х». Обод с утопленным центром используется на легких грузовиках.

Коническая 15° посадочная полка обода (рис. b и с, «Типы конструкций ободов» ) состоит из одной части. Основание обода углублено на 15° для мон­тажа шины. Размер колеса обозначается как «х». Коническая 15° посадочная полка обода с прогнутым основанием требуется для реа­лизации преимуществ бескамерной шины, в том числе и на тяжелых грузовиках.

Коническая 5° посадочная полка обода (рис. d, «Типы конструкций ободов» ) состоит из нескольких частей. Тот факт, что обод состоит из нескольких частей, означает необходимость использования камеры. Основание обода углублено на 5°. Размер колеса обозначается как «-». Шина удерживается с одной стороны монтируемой комбинацией боковины и стопорного кольца. Преимущества этих систем ободов проявля­ются при замене колес. Однако они тяжелы и не имеют таких же хороших ходовых свойств, как у одноручьевых ободов.

Размер колеса грузового автомобиля

Базовый размер обода у грузового автомо­биля на диске с конической 15° посадочной полкой составляет в показанном примере 22,5×8,25 дюйма. Ширина обода — это внутренний размер между бортами обода (рис. 7). Высота борта — это внутренняя вы­сота борта обода. Номинальный диаметр — это расстояние от одной посадочной полки обода до другой.

Колесный диск грузового автомобиля

Колесный диск соединяет обод со ступицей. Из монтажных размеров колеса — централь­ного отверстия, диаметра окружности под отверстия крепления колеса к ступице, от­верстий под болты и вылета обода (рис. «Поперечное сечение колеса» ) — последний является ключевым для движения шины во всех положениях колеса. Вылет обода равен нулю, когда центр обода совме­щается с поверхностью крепления колесного диска к ступице. У двойных шин их двойной промежуток вычисляется на основе двойного вылета обода плюс двойная толщина колес­ного диска.

Центрирование колеса

Различают центровку по ступице и центровку по болтам. Колесо, центрованное по сту­пице, имеет цилиндрические отверстия под болты. Колесо центрируется путем надевания колеса на ступицу. Точность центровки по ступице можно повысить с помощью цен­трующих втулок (3-4 втулки на колесо), вставляемых поверх болтов в отверстия для болтов в диске.

Центровка по болтам производится путем сферического или конического фрезерова­ния отверстий под болты в диске. Центровка по болтам оказывается очень точной при пре­цизионном сверлении отверстий под болты.

Радиальное и поперечное биение колеса

Хорошая центровка колеса крайне важна для грузовиков, движущихся с большой скоро­стью, а также тогда, когда колеса большие и тяжелые. В частности, для грузовиков, движущихся с большой скоростью, сведение радиального и поперечного биения к мини­муму и на посадочных площадках, и на бортах обода совершенно необходимо для обеспече­ния плавности хода. Это повышает безопас­ность и экономию топлива.

Колеса грузовых автомобилей из легких сплавов

Колеса из легких сплавов используются, в частности, при перевозках, когда экономия массы имеет большое значение. Сюда от­носится перевозка цистерн, где очень важно не превышать максимальной снаряженной массы. В этих ситуациях более дорогие легко­сплавные диски обычно окупаются в течение первого года эксплуатации.

Кованое легкосплавное колесо состоит из монолитного блока высокопрочного алю­миниевого сплава. Блок прессуется в форму колеса на мощных прессах. После ковки колесо подвергается тепловой обра­ботке для улучшения своих механических свойств.

Эта высокоточная обработка обеспечивает абсолютно точное вращение каждого колеса, без биения. Радиальное и поперечное биение отсутствуют. Перед полировкой колеса до блеска в нем сверлятся вентиляционные от­верстия и отверстия под болты.

Преимуществами легкосплавных колес являются улучшенные вибрационные харак­теристики, чуткое реагирование подвески, снижение расхода топлива и более высокая полезная нагрузка.