Устройство диска грузового автомобиля

Колеса грузовых автомобилей отличаются от колес легковых автомоби­лей не только размерами, но и конструкцией.

Разнообразие конструкций ко­лес в основном объясняется широким диапазоном нагрузочных режимов и ус­ловий эксплуатации автомобилей. Более жесткие каркас, боковина и борт шины грузового автомобиля не позволяют монтировать ее на неразборный обод. Кроме того, обод, способный выдерживать высокие нагрузки, должен, иметь большую толщину профиля, что, в свою очередь, создает значительные трудности для его изготовления. Поэтому почти все колеса грузовых авто­мобилей выполняют с ободьями разборной конструкции.

Дисковые колеса. Дисковое колесо грузового автомобиля со­стоит из основания обода 4 (см. рис. 1,6), съемного разрезпога замочно-посадочного кольца 5 и съемного бортового кольца 6, которые в сборе образуют обод. К основанию обода, в его за­мочной части, приваривают диск 3.

Конструкцию обода совершенствуют в связи с возрастанием требований к надежности его соединения с шиной, необходи­мостью повышения несущей способности, снижения массы,, момента инерции, радиального и бокового биений.

Рис. 7. Конструкции колес грузовых автомобилей:

А — с плоским основанием обода;

Б — с ободом, имеющим коническую полку

Первые конструкции колеса имели обод с плоским основа­нием. Обод состоял из основания 3 (рис. 7,а), разрезного замоч­ного кольца 2 и бортового кольца ). Для повышения безопасности конструкции замочное и бортовое кольца, иногда соединя­ли заклепками. Такая конструк­ция обода не обеспечивала на­дежного крепления бортов шины, что снижало ходимость шин и ухудшало эксплуатационные свойства автомобилей. Устранить отмеченные недостатки удалось путем введения на основании 3 (рис. 7, б) обода конической посадочной полки с углом накло­на 5°, объединения бортового и замочного колец в одну деталь 4. В результате в зоне пятки ши­ны обеспечилась более плотная посадка шины, однако осталь­ная часть борта по-прежнему сопрягалась с ободом с зазором. Это значительно улучшило закрепление шины на ободе.

Устранить отмеченные недостатки удалось путем введения на основании 3 (рис. 7, б) обода конической посадочной полки с углом накло­на 5°, объединения бортового и замочного колец в одну деталь 4. В результате в зоне пятки ши­ны обеспечилась более плотная посадка шины, однако осталь­ная часть борта по-прежнему сопрягалась с ободом с зазором. Это значительно улучшило закрепление шины на ободе.

На следующем этапе развития конструкции ободьев были созданы одинаковые условия для посадки обоих бортов. Для это­го у колес, предназначенных для шин с нежестким каркасом, уд­линили носок съемного бортового кольца, лежащий под бортом шины, а у колес, которые собирали с усиленными шинами повы­шенной грузоподъемности, съемную бортовую закраину стали изготовлять из двух самостоятельных деталей: бортового коль­ца и замочно-посадочного кольца. В настоящее время обе кон­струкции стандартизированы и их широко применяют.

В ГОСТ 10409—74* приведены основные геометрические пара­метры ободьев. Для колес грузовых автомобилей принят единый диаметр обода, равный 508 мм. При этом посадочный диаметр больше на удвоенную величину подъема посадочной полки, наклоненной под углом 5°, и равен 514,3 мм. Ободья существен­но отличаются шириной и толщиной сечения профиля, формой бортовой закраины. Определенным сочетаниям геометрических размеров элементов бортовых закраин присвоены буквенные обозначения.

Результаты, полученные в ходе экспериментальных исследо­ваний напряженного состояния колес, позволили улучшить рас­пределение металла по сечению обода. Например, в зонах кон­центрации напряжений, таких, как переход центральной части обода в посадочную полку и ее радиусное сопряжение с борто­вой закраиной, толщину профиля увеличили, а в центральной части, где напряжения незначительны и распределены более равномерно, — уменьшили. В целях унификации конструкции дискового и бездискового колес повысили кольцевую жесткость замочной части обода, а на внутренней поверхности ввели кони­ческую поверхность с углом наклона 28° для установки бездис­кового колеса на ступицу.

Рис. 8. Замочные устройства разборных ободьев

Для вывода вентиля камеры на ободе выполняют отверстие. В зависимости от типа устанавливаемой шипы (камерная или бескамерная) отверстие делают продолговатым или круглым. Форма, размеры и расположение вентильного отверстия стан­дартизованы. Чтобы облегчить разборку замочного устройства обода, на съемных разрезных деталях выполняют паз для раз­мещения рабочих концов монтажного инструмента.

Значительные резервы для совершенствования конструкции колеса заложены в конструкциях съемной бортовой закраины и замочных устройств обода. В настоящее время разработаны ободья с укороченной съемной посадочной полкой (рис. 8, а) и со смещенным зубом замочно-посадочного кольца (рис. 8,6). Уменьшить расход металла и обеспечить универсальность (для камерных и бескамерных шин) ободу позволяет конструкция колеса, изображенная на рис. 9. Применение тороидальных по­садочных полок в сочетании с монтажным ручьем малой глу­бины способствует одинаковому закреплению бортов шины, а при установке бескамерной шины — надежной герметизации ее внутренней полости без использования каких-либо дополни­тельных деталей для уплотнения. Расчеты показывают, что если заменить конструкцию серийного колеса с ободом 178—508 на конструкцию с тороидальными посадочными полками, то непод-рессоренная масса автомобиля ЗИЛ-130 уменьшится на 20—25 кг.

У грузовых автомобилей на переднем мосту обычно устанав­ливают одинарные колеса, а на заднем и промежуточном мостах — сдвоенные. Это делают в целях обеспечения равномер­ного распределения полной массы автомобиля по мостам и воз­можности применения единого типоразмера шин на всех мостах автомобиля. В отечественных и зарубежных стандартах регла­ментированы расстояния между сдвоенными колесами и допуск на него. Если это расстояние недостаточно, то в процессе каче­ния колес боковины шин протираются вследствие соприкосно­вения в зоне наибольшей деформации.

Рис. 10. Колеса грузовых автомобилей диском

А — раскатанным; б — нераскатанным

Рис. 11. Схема ротационной раскатки диска:

А — исходное положение; б — конечное положение; 1 — оправка; 2 — заготовка; 3 — ролики; 4 — диск

При чрезмерно большом расстоянии нагрузка распределяется неравномерно между сдво­енными колесами. Чтобы исключить это, привалочную плоскость диска смещают относительно центра основания обода на опре­деленную величину, а соприкасающиеся поверхности дисков колес выполняют плоскими.

Указанные выше условия определяют конструкцию дисков колес грузовых автомобилей. На протяжении нескольких десяти­летий применяют плоскосферическую форму дисков (рис. 10). Вначале диски колес штамповали из листового проката, предва­рительно раскатанного в горячем состоянии (рис. 10,а). В ре­зультате раскатки центральная часть диска имела толщину 8—11 мм, а периферийная 3—4 мм. Уменьшение толщины про­филя диска в направлении места соединения его с ободом целе­сообразно, так как одновременно с уменьшением сечения сни­жается изгибающий момент от нормальной нагрузки. Конструк­ция получается равнопрочной. Однако при горячей раскатке требуются значительные затраты труда, использование нагрева­тельных устройств и раскатных станов.

Для снижения трудоемкости изготовления диска уменьшили его ширину и исключили операцию раскатки (рис. 10,6). Вместо приклепывания диска к центральной части основания обода стали приваривать диски к замочной части обода. Это упро­стило технологию изготовления и снизило расход металла. Например, диски четырехспицевой конструкции для колес с ободьями 178—508 штампуют в холодном состоянии из квад­ратной заготовки. Изготовление такой конструкции рациональ­но, но при этом требуется более высокое качество выполнения сварных прерывистых швов, расположенных на одной из ответ­ственных зон основания обода — замочной части.

В настоящее время за рубежом для изготовления дисков колес грузовых автомобилей применяют ротационную раскатку роликами 3 (рис. 11). Заготовка 2 прижимается к оправке 1, имеющей форму диска. Периферийную часть 4 диска раскаты­вают в холодном состоянии и одновременно формуют по поверх­ности оправки. Такой процесс изготовления позволяет значи­тельно повысить качество поверхности и применить стали, труд­но поддающиеся штамповке, с более высокими механическими свойствами. В результате использования такой технологии изго­товления уменьшается расход металла и повышается сопротив­ление усталости диска.

В диске делают центральное отверстие для выхода ступицы, отверстия для прохода болтов крепления и вентиляционные отверстия. Число и размеры крепежных отверстий, а также гео­метрические параметры центрального отверстия стандарти­зованы.

В связи с тем что долговечность колеса в целом опреде­ляется уровнем сопротивления усталости диска, для ее повыше­ния на сферической части диска обычно выполняют кольцевые ребра жесткости различной высоты. Их размеры подбирают экс­периментально. Исследования показывают, что даже незначи­тельные изменения формы периферийной части диска позволяют более чем в 2—2,5 раза повысить его долговечность [10].

Перспективными направлениями повышения сопротивления усталости колес, снижения их металлоемкости и трудоемкости изготовления являются оптимизация формы и толщины диска колес, схем их крепления и механических свойств применяемых материалов.

Бездисковые колеса. В настоящее время такие колеса все более широко применяются на грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности, у которых нормальная нагрузка на колесо превышает 20 кН. Так как долговечность дисковых колес определяется в основном сопротивлением усталости дис­ка, то бездисковая конструкция должна иметь более высокие надежность, долговечность. Следовательно, используя бездиско­вое колесо, можно повысить грузоподъемность автомобиля без изменения размеров используемых колес. Производство таких колес более экономично, так как не требуется оборудования для изготовления диска и последующей сборки его с ободом. При отсутствии диска улучшается вентиляция тормозных механиз­мов, облегчается вывод вентиля внутреннего сдвоенного колеса наружу и т. д. Все это позволяет считать конструкцию бездис­ковых колес перспективной.

Маркировка грузовых дисков

При выборе дисков для грузового транспорта необходимо ориентироваться на параметры транспортного средства. С ними можно ознакомиться в техническом паспорте авто. Эти показатели имеют немаловажное значение для правильной установки и эксплуатации колеса.

Особенности и виды грузовых дисков

Независимо от производителя, диски для грузового транспорта состоят из нескольких частей. Например:

1. Обод. На его выполняется монтаж шины.
2. Фланец. Посредством его использования колесо крепится к ступице транспортного средства.

Есть такие виды дисков, конструкция которых не имеет фланца. В данном случае колесо крепится к ступице при помощи использования клиньев для крепления. Они прижимают обод к полым дискам.

Существует несколько видов дисков. Среди них можно выделить следующие:

1. Бескамерные и камерные. Бескамерные отличаются меньшим весом и высоким показателем герметичности. Они гарантируют безопасность эксплуатации, в отличие от камерных.
2. Неразборные и разборные. Вторые характеризуются высоким уровнем безопасности и надежности. Неразборные представлены в виде цельной конструкции.
3. Литые, кованные и штампованные. Отличаются между собой технологией процесса изготовления.
4. Из черных и легкосплавных металлов. Использование легких металлов обуславливает уменьшение веса на 30% по сравнению с дисками, выполненных из черных металлов.

Следует отметить и внешние признаки, по которым можно отличить бескамерные и камерные грузовые диски. Например:

• форма хампов (у дисков без камер посадочная платформа расположена под углом 15 градусов, а у камерных – практически ровная. Угол наклона не превышает 5 градусов);
• воздушный вентиль (вентиль у бескамерных дисков крепится прямо на сам диск. У дисков с камерой вентиль через отверстие выходит наружу).

Грузовой транспорт, осуществляющий международные перевозки, оснащен преимущественно диски без камер. Они могут быть выполнены, как из сплава черных металлов, так и легких металлов. Дабы снизить количество расхода топлива на грузовом транспорте, в Европе предпочитают использовать бескамерные диски, изготовленные из легких металлов.

Критерии правильного выбора колес

Несмотря на визуальную схожесть, существует ряд признаков, которые отличают колеса. Их необходимо учитывать при выборе. В противном случае не исключена возможность того, что транспортное средство выйдет из строя.

Особенно важно учитывать эти критерии при осуществлении перехода от колес с одним типоразмером на другой. В данном случае рекомендуется обращать внимание на данные, указанные на маркировке колес.

Среди них следует выделить такие критерии выбора:

1. Величина вылета. Вылет колеса представляет собой расстояние между привалочной плоскотью и серединой диска. В случае установки нового колеса, вылет которого отличается от предыдущего, изменяется ширина колеи, что приводит к сложности при управлении транспортным средством. Это связано с тем, что проворачивание колес машины, каждое из них имеет свой радиус, а нарушение вылета приводит к смене радиуса окружности движения колеса и его проскальзывании в момент поворота.

2. Ширина колесного обода. Увеличение или уменьшение этого показателя может привести к его несовместимости с данными типоразмера шины и ширины колесного обода. В результате нарушается корректность эксплуатации колеса. Нередко ради увеличения грузоподъемности транспортного средства водители прибегают к замене шин 280 – 508 на шины 300 – 508, не меняя колес. Это может привести к касанию боковин сдвоенных шин. Специалисты не рекомендуют устанавливать колеса с разной шириной, располагая их на одной оси. В результате нагрузка на 4 колесах, с одинаковым давлением распределяется неравномерно. Это приводит к тому, что шины изнашиваются намного быстрее, сокращается пробег шин.

3. Грузоподъемность. Этот показатель считается не менее важным, чем предыдущие. Не всегда его можно определить визуально. Это связано с тем, что внешне похожие колеса имеют разную способность к нагрузке. Колеса с разной способностью выдерживать нагрузку заменять не рекомендуется. В противном случае не исключена возможность их быстрого износа, а также понижается степень безопасности эксплуатации транспортного средства.

4. Крепление колес. К выбору гаек, посредством которых выполняется крепление колес к ступице, следует относиться очень внимательно и требовательно. Форма крепежных отверстий гаек может бать с плоской, конусной либо сферической плоскостью прилегания. Гайки, обладающие разной формой крепежных отверстий не являются взаимозаменяемыми. Если пренебречь этим правилом, не исключена возможность того, что колесо отсоединится во время движения автомобиля.

5. Маркировка колес. Современные производители не всегда указывают маркировочные данные на колесах. Как правило, указывается код колеса, который дает возможность найти все необходимые параметры колеса в каталоге. Сегодня можно заметить некоторые изменения в указании маркировки на колесах. Например, при указании данных вылета сдвоенных колес не используется обозначение ЕТ. Его заменяет обозначение OS (используется в том случае, если привалочная плоскость выступает в виде наружной поверхности диска. Эта величина всегда имеет отрицательное значение) либо IS (применяется в том случае, когда привалочная плоскость расположена внутри пространства колеса. Этот показатель имеет всегда положительное значение). Некоторые производители при нанесении маркировки на колесах указывают данные ширины обода и диаметр посадочных полок на ободе. Редко производители прибегают к указанию таких данных как разновидность центровки колеса, диаметр отверстия на ступице, расстояние между крепежными отверстиями, их форма.

Если возникают проблемы с точной информацией о маркировке колес при их выборе, рекомендуется обратиться за помощью к консультанту.

Как определить соответствие диска шине

Основой любого транспортного средства считаются диски и шины. Для обеспечения нормальной эксплуатации автомобиля необходимо чтобы они имели сходные силовые показатели:

• индекс уровня допустимой нагрузки;
• допустимый индекс скорости.

Кроме этого одинаковыми также должны быть и сопрягаемые размеры соответствия:

• типоразмер шины;
• ширина ее диска;
• диаметр отверстия посадки шины и диска.

Существует также дополнительный признак устройства диска, который считается определяющим ее особенностей и возможностей монтажа на разные ступицы оси. К ним относятся, например, показатель вылета консоли.

Одним из определяющих параметров, указывающих на соответствие и совместимость диска и шины, является их типоразмер. Этот показатель должен быть одинаковым для шины и диска.

Специалисты отличают 2 вида типоразмеров диска:

1. Рекомендуемый. Размер, который максимально точно совпадает с размером шины.
2. Допустимый. Допустимое расхождение, которое не влияет на эксплуатацию и качество колес. Это связано с тем, что шина, которая правильно закреплена на диске, обязательно надежно защемляется на диске. Полностью исключена возможность проворачивания шины. Если защемление выполнено очень крепко или не достаточно сильно, это отрицательно сказывается на эксплуатации не только колеса, но и всего транспортного средства.

Существует негласное правило, согласно которому величина посадочной ширины диска должна быть на 30% меньше, чем показатель ширины профиля шины. Соблюдение этого правила позволяет минимизировать износ шины во время эксплуатации транспортного средства.

Если допущена ошибка, о время которой шины установлены на диски с разными показателями, не исключена возможность возникновения таких отрицательных последствий:

• возникает отличие между пятнами контакта разных шин;
• инерционные характеристики правых и левых колес отличаются между собой;
• автомобилем становится сложно управлять, его начинает вести в сторону;
• увеличивается вероятность деформации шины, что влечет за собой неравномерное распределение нагрузки на все элементы конструкции ходовой части транспортного средства.

Не стоит пренебрегать рекомендациями специалистов и ради повышения уровня грузоподъемности транспортного средства устанавливать шины и диски с разными показателями максимальной нагрузки. Соблюдение указанных критериев и показателей, которые необходимо учитывать при выборе шин и дисков, помогут продлить срок эксплуатации колес, а также обеспечить безопасную эксплуатацию транспортного средства.