Колесо автомобиля

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:

в том числе:
ширина в мм;
отношение высоты к ширине в %;
конструкция шины;
диаметр в дюймах;
индекс нагрузки;

индекс скорости

195
65
R (Radial)
15
91
T

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.

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.