Конструкция дисков

Колесо – движитель транспортного средства (автомобиля), промежуточная между ступицей и пневматической шиной часть ходовой системы автомобиля. От качества изготовления, прочности и надежности колес в большой степени зависит надежность работы шин и безопасность движения.

Состоит из диска, несущего обод (наружную часть, на которую монтируют шину) и имеющего отверстия для крепления к ступице. Обод и колесный диск, как правило, соединены сваркой (разборное колесо) или выполнены как единое целое литьем, штамповкой (неразборное).

В основу классификации колес по видам (типам) положены типы применяемых на них шин. В зависимости от типа шины колеса можно разделить на колеса для камерных и для бескамерных шин. При этом на колеса для бескамерных шин можно монтировать и камерные шины.

В зависимости от конструктивных особенностей колеса классифицируют:

• по способу крепления колеса на ступице автомобиля – на дисковые и бездисковые (на легковых автомобилях не применяются);

• по числу колес, устанавливаемых на ступицу – на одинарные и сдвоенные. Для легковых автомобилей применяют одинарные колеса; сдвоенными колесами оснащают задние мосты легких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости;

• по конструкции обода – на колеса с неразъемным однокомпонентным ободом, с разъемным двухкомпонентным ободом, с разъемным трехкомпонентным ободом;

• по конструкции диска – со штампованным, литым или кованым диском.

В зависимости от материала, из которого изготавливают колеса, их подразделяют на:

• из легких сплавов (легкосплавные);

• комбинированные – обод из стали, а диск из легкого сплава. Существуют колеса из композитных материалов, но их применение крайне редко.

Рис.1 Конструкция колеса:

1 – обод; 2 – диск; D – посадочный диаметр обода;А – ширина обода; В – ширина закраины обода; Р – ширина посадочной полки обода; Н – глубина монтажного ручья;L – вылет обода (ET); d – диаметр крепежного отверстия; d1 – диаметр расположения крепежных отверстий; d2 – диаметр центрального отверстия диска (PCD); t – толщина диска

В зависимости от расположения обода относи.тельно диска колеса могут быть:

а) с положительным вылетом L обода (Рис.2а) — колесо изготовлено таким образом, что продольная плоскость симметрии А обода смещена относительно привалочной плоскости диска к ступице автомобиля, т.е. в сторону продольной оси автомобиля;

б) с нулевым вылетом L обода (Рис.2б), когда колесо собрано таким образом, что привалочная плоскость диска совпадает с продольной плоскостью сим.метрии обода;

в) с отрицательным вылетом L обода (Рис.2в) — колесо изготовлено так, что продольная плоскость симметрии обода смещена относительно привалочной плоскости диска в сторону от продольной оси автомобиля.

а) б) в)

Рис. 2. Конструктивные схемы колес:

а) с положительным вылетом; б) с нулевым вылетом; в) с отрицательным вылетом

1 – обод; 2 – диск; 3 – ступица; А – продольная плоскость симметрии обода; L – вылет обода; С — привалочная плоскость диска

Вылет обода является важным параметром колеса. Для каждой марки автомобиля вылет обода выби.рается на базе расчетов с тем, чтобы обеспечивались оптимальная устойчивость и управляемость, а также наименьшая нагрузка на подшипники ступиц колес и подвеску. Колеса, предназначенные для боль.шинства марок автомобилей, имеют положительный вылет обода, составляющий 10-50 мм. Выпускаются колеса и с нулевым вылетом обода (ГАЗ-2410, -31029 «Волга» и др.)

На ряд марок, таких как Mitsubishi, Рajero, Nissan, Тoyota, Land Cruiser и др. устанавливают колеса с отрицательным вылетом обода, составляющим 10 мм.

Виды и параметры колесных дисков

Колесный диск является одним из составляющих элементов колеса автомобиля. Он служит основой для крепления шины, а также для передачи на нее крутящего момента от приводных валов. В зависимости от технологии и применяемого материала различают несколько видов дисков колес, каждый из которых имеет как преимущества, так и недостатки. А параметры колесных дисков, такие как: их диаметр, ширина и прочие показатели определяют выбор в пользу того или иного варианта.

Назначение и конструкция колесных дисков

Колесные диски помимо того, что улучшают внешний вид колеса, также являются необходимым элементом для движения автомобиля по дороге. Непосредственно на них одевается сама шина. А диск с надетой на него шиной представляет собой автомобильное колесо, закрепленное на ступице.

Шина на диске фиксируется за счет кольцевого выступа. Борт шины располагается на полке, отличающейся тремя размерностями: стандартной, плоской и расширенной. Посадка шины, как правило, происходит на внешнюю полку. Полка плавно переходит в борт, имеющий различную форму профиля.

Главным назначением диска колес является обеспечение правильной посадки шины и ее эффективной работы во время движения. Именно поэтому основными требованиями, предъявляемыми к диску, являются прочность и жесткость. Также диск должен иметь относительно небольшую массу и геометрические параметры, заданные производителем. Это связано с тем, что колеса, как неподрессоренная масса, оказывают влияние на динамику движения автомобиля и на его управляемость.

Виды колесных дисков

В зависимости от материала изготовления и технологии производства существует следующая классификация колесных дисков:

Штампованные или стальные диски

Считаются самыми простыми и доступными. Конструктивно они представляют собой сваренные друг с другом стальные штампованные детали.

Плюсы этого типа:

1. Приемлемая цена.
2. Относительно высокая прочность.
3. Возможность восстановления даже в случае сильного удара.

К минусам можно отнести:

1. Непритязательный дизайн.
2. Большая масса.
3. Невысокая стойкость к коррозии.

Литые диски

Литые диски (иногда их еще называют легкосплавными) изготавливаются из алюминиевых или магниевых сплавов. Эти диски обладают высокой прочностью и хорошей балансировкой. Кроме того, они отличаются красивым внешним видом. Если в стальном диске сам диск соединен с ободом сваркой, то легкосплавный диск – это единое изделие.

Литой диск на автомобиле

К общим преимуществам легкосплавных дисков относятся:

1. Высокая точность изготовления.
2. Различные варианты дизайна дисков.
3. Легкость.
4. Хорошо отводят тепло от тормозных механизмов.

Среди недостатков литого диска можно отметить его относительную хрупкость. Такой диск имеет зернистую внутреннюю структуру металла, которая плохо сопротивляется ударам. В процессе движения по неровностям накапливаются микротрещины, в результате которых диск рано или поздно может расколоться. Как вариант – увеличение толщины стенок, что приведет к увеличению веса. Также его дорого и трудно восстанавливать.

Кроме того, этот тип диска нуждается в защите поверхности. В противном случае литье потеряет свой товарный вид.

Кованые диски

Дальнейшее совершенствование литых дисков привело к появлению кованых дисков или “ковки”. Производится этот тип штамповкой алюминиевых сплавов с добавлением магния и титана и последующей механической обработкой. Это обеспечивает волокнистую структуру диска, состоящую из нескольких слоев. В результате изделие отличается высокой прочностью, низкой массой и устойчивостью к ударным нагрузкам.

Главный минус “ковки” – высокая цена.

Комбинированные или составные диски

Этот тип дисков сочетает в себе прочность “ковки” и дизайн “литья”. В основе изделия литая конструкция с коваными ободьями, прикрученными болтами. Высокая стоимость дисков перекрывает множество их достоинств.

Параметры колесных дисков

Колесные диски характеризуются следующими параметрами:

• шириной обода (расстоянием между полками);
• диаметром дисков;
• вылетом диска;
• количеством отверстий для крепления и диаметром их расположения;
• диаметром центрального отверстия диска.

Ширина обода

Ширина обода должна быть на 25-30% меньше ширины профиля шины. Эксплуатация слишком широких (равно как и слишком узких) дисков нежелательна. За счет нарушения проектного профиля шины ухудшаются ездовые характеристики автомобиля.

Допустимое отклонение от нормы в расстоянии между полками составляет 0,5-1,0 дюйм для дисков диаметром до 14 дюймов и 1-1,5 дюйма – для дисков диаметром более 15 дюймов.

Диаметр диска

Монтажный диаметр диска или размер посадочного обода колесного диска под шину измеряется по уровню полок. Существует размерный ряд дисков диаметром от 10 до 22 дюймов. Наибольшее распространение получили средние его показатели: от 13 до 16 дюймов.

Вылет диска

Вылет диска или его выступ представляет собой расстояние от вертикальной оси симметрии диска до привалочной плоскости контакта со ступицей колеса.

Вылет диска может быть нулевым и положительным, когда ступица диска выступает наружу относительно оси симметрии диска. В случае, при котором ступица утоплена относительно середины диска, вылет будет отрицательным.

Величина вылета выражается в миллиметрах и обозначается как ET. При положительном вылете максимальное значение ET составляет 30 мм. В случае с отрицательным вылетом критическая величина ET составит также 30 мм, но с отрицательным знаком.

Данный показатель должен соответствовать указаниям производителя автомобиля. В противном случае управляемость автомобиля может измениться в худшую сторону, а также может снизиться ресурс элементов подвески и трансмиссии (приводных валов, ступицы и т.д.). Это происходит, поскольку изменение вылета влечет за собой изменение плеча действия сил и моментов, приложенных к колесу во время движения. Также в зависимости от вылета может изменяться плечо обкатки, что негативно сказывается при торможении.

Диаметр расположения отверстий для крепления и их количество

Этот показатель имеет обозначение PCD. Первая цифра в показателе указывает на диаметр расположения отверстий, а вторая – на их количество.

Стандартными значениями диаметра считаются от 98 до 140 мм, а количество отверстий колеблется в пределах от 4 до 6.

Очень трудно на глаз определить соответствие размера диска и ступицы. А установка диска неверного диаметра может привести к перекосу колеса, что приведет к его «биению».

Диаметр центрального отверстия диска

Диаметр центрального или посадочного отверстия диска колеблется от 50 до 70 мм. Точность подбора диска в соответствии со ступицей является очень важной. Но это относится к штатным колесам автомобиля. Производители запчастей часто изготавливают отверстие чуть большего диаметра, а в комплекте с диском предлагают набор переходных колец. В этом случае колеса будут центрироваться по PCD.

Расшифровка маркировки дисков

Маркировка дисков характеризует его размерность. Наносится она, как правило, на внутреннюю часть ступицы литого диска. Представим обозначение каждого из показателей следующим примером: 5.0×16″ 4×113 ET28 d58.4, где

• 5,0 – ширина диска в дюймах;
• 16″ – диаметр диска в дюймах;
• 4×113 – количество отверстий крепления и их диаметр;
• ET28 – вылет диска;
• d58.4 – диаметр центрального отверстия.

Заключение

При выборе колесных дисков необходимо учитывать как их технические характеристики (такие, как: диаметр, ширина диска и прочие показатели), так и качество и происхождение самих дисков. В остальном покупка зависит от предпочтений автолюбителя и его готовности, приобретая диски, расстаться с той или иной суммой.

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.