Что такое ось колеса автомобиля
Для облегчения поворота цапф с колесами между осью и нижней частью вилки поворотного кулака на шкворне установлен упорный подшипник.
На цапфе на двух конических роликоподшипниках установлена ступица. К фланцу ступицы прикреплено колесо, на ободе которого монтируется пневматическая шина. Подшипники регулируют и закрепляют на цапфе гайкой, которую надежно стопорят. Снаружи гайка закрыта колпаком. В ступицу закладывают смазку. Чтобы смазка не вытекала, в ступице поставлен сальник.
У автомобилей высокой проходимости передней осью является балка переднего ведущего моста, к полуосевым пукавам котопого на шкворнях присоединяются корпусы с поворотными цапфами. На цапфах устанавливаются на подшипниках передние колеса, являющиеся ведущими и управляемыми.
Задней осью у двухосных автомобилей служит балка заднего ведущего моста. У грузовых автомобилей на концах полуосевых рукавов балки заднего моста на подшипниках установлены ступицы с колесами, соединенные с полуосями. У легковых автомобилей подшипники установлены внутри полуосевых рукавов и колеса крепятся к полуосям.
У трехосных автомобилей рама в задней части опирается через рессоры на тележку, состоящую из двух ведущих мостов, балки которых являются осями для установки ведущих колес.
Оси автомобиля поддерживают раму или несущий кузов вместе с подрессоренными частями, воспринимая от них вертикальные нагрузки, и передают на раму или кузов продольные, боковые нагрузки и моменты от колес. Передняя ось всегда представляет собой управляемый мост, который может быть ведущим и неведущим. Задняя ось — это почти всегда ведущий мост, по конструкции сходный с передним ведущим мостом.
Передняя ось, имеющая тип неведущего моста, может быть цельной и составной.
Передняя цельная ось состоит из балки, упруго связанной с рамой через рессоры, и двух поворотных цапф, шарнирно соединенных с концами балки с помощью шкворней (рис. 2).
Балка штампуется из стали и для повышения прочности и жесткости имеет в сечении двутавровый профиль. На ее верхней плоскости расположены площадки для установки и крепления рессор. Балка изогнута так, что ее средняя часть позволяет установить двигатель ниже, тем самым снизить центр тяжести автомобиля и улучшить обзор с места водителя. Концы балки имеют цилиндрическую форму со сквозным отверстием для шкворней.
Поворотная цапфа, штампованная из стали, имеет ось с фланцем и вилку. На две цилиндрические шейки оси устанавливаются подшипники ступицы переднего колеса, к фланцу привертывается тормозной щит колеса. В соосные отверстия верхней и нижней частей вилки запрессовываются бронзовые втулки, на которых цапфа поворачивается около шкворня. Поворот цапф и колес осуществляется посредством рычагов, закрепленных в боковых отверстиях вилки. Левая цапфа получает усилие поворота от рулевого механизма через продольную рулевую тягу и рычаг. Это усилие передается рычагом через поперечную рулевую тягу правой цапфе.
Шкворень изготовляется из стального прутка и после установки в отверстия вилки и конца балки стопорится от перемещения в отверстии балки клиновым штифтом с гайкой, Штифт и шкворень имеют лыски на цилиндрической поверхности, благодаря чему шкворень заклинивается.
Балка и ось цапфы испытывают вертикальную нагрузку силы веса автомобиля, горизонтальную нагрузку сил инерции при торможении и повороте, кроме этого балка получает скручивающую нагрузку от тормозного момента. В связи с этим балка и ось цапфы рассчитываются на прочность при изгибе, а балка — еще и при кручении. Материалом балки и цапфы служат среднеуглеродистые малолегированные стали, содержащие небольшое количество хрома.
Шкворень подвергается действию нагрузки того же характера, что и балка оси, в нем возникают напряжения, требующие расчета на прочность при изгибе, смятии и срезе. Чтобы обеспечить высокую прочность и износостойкость, шкворень изготовляется из среднеуглеродистых сталей с последующей поверхностной закалкой или из малоуглеродистых низколегированных сталей, требующих цементации и закалки.
Передняя ось автомобиля ГАЭ -53А включает в себя балку, к которой шкворнями присоединены поворотные цапфы (рис. 3).
Балка двутаврового сечения имеет две площадки с четырьмя сквозными отверстиями для стремянок крепления рессоры и глухим отверстием для головки центрального стяжного болта рессоры. На боковой поверхности балки расположены два отверстия для стопорных штифтов шкворня и два отверстия для пальцев телескопических амортизаторов.
Поворотная цапфа имеет ось для подшипников ступицы колеса. К ее фланцу шестью болтами крепится тормозной щит, в отверстия вилки цапфы запрессованы две бронзовые втулки шкворня.
Шкворень снабжен упорным подшипником, который воспринимает вертикальную нагрузку от веса автомобиля, приходящуюся на переднюю ось. Подшипник состоит из металлокера-мической (средней) шайбы и двух стальных шайб, заключенных в обойму.
Втулки шкворня смазываются солидолом через масленки, ввернутые в боковые отверстия верхней и нижней частей вилки. От нижней втулки смазка поступает по специальной канавке на шкворне к его упорному подшипнику.
После установки шкворня отверстия вилки закрываются крышками, которые ставятся на картонные уплотнительные прокладки и привертываются двумя болтами.
Между верхним торцом цилиндрического конца балки и торцом верхней части вилки должен быть зазор не более 0,15 мм. Его величина определяется толщиной регулировочной шайбы.
Поворотные рычаги устанавливаются на шпонках в конусных боковых отверстиях вилки и крепятся гайками, которые стопорятся шплинтами. Рычаги имеют регулировочные болты, которые при повороте колес в обе стороны упираются в специальные бобышки балки, ограничивая угол поворота.
На цилиндрические шейки цапфы устанавливаются конические роликоподшипники, запрессованные в ступицу колеса. Подшипники закреплены через упорную шайбу гайкой, которая позволяет регулировать затяжку подшипников и стопорится шплинтом. Для подшипников в ступицу закладывается смазка, и, чтобы предотвратить ее вытекание, с внутренней стороны ступи-ды ставится сальник, а с наружной — колпак.
Тормозной барабан ставится на болты ступицы и кре-ягатся к ней тремя винтами. Диск колеса надевается на эти же болты и крепится вместе с тормозным барабаном к ступице гайками.
Передняя ось автомобиля ЗИЛ -130 не имеет принципиальных отличий от оси автомобиля ГАЭ -53А, обладая некоторыми конструктивными особенностями (рис. 4).
Упорный подшипник шкворня включает в себя две шайбы: нижнюю металлокерамическую и верхнюю стальную с кольцевой прорезью для двух уплотнительных полуколец. Зазор между верхним торцом цилиндрического конца балки и торцом верхней части вилки регулируется подбором толщины двух анайб.
Подшипники ступицы закрепляются и регулируются упорней гайкой, которая стопорится замочным кольцом, замочной шайбой и контргайкой. Полость подшипников с наружной стороны закрыта через прокладку крышкой, привернутой винтами.
Тормозной барабан соединен со ступицей запрессованными болтами, обрабатываются они в сборе, поэтому разъединять их надо только при замене болтов.
Оси автомобиля
Рама со всеми укрепленными на ней агрегатами и механизмами опирается через рессоры на оси автомобиля. Оси автомобиля через рессоры воспринимают и передают на колеса вес самого автомобиля и вес нагрузки в его кузове, а от колес на раму — толкающие и тормозные усилия.
Передними осями автомобилей со всеми ведущими колесами служат балки ведущих мостов, на цапфах поворотных кулаков которых устанавливаются на подшипниках ступицы колес.
У автомобилей, не имеющих ведущего моста, передняя ось представляет собой стальную балку 7 двутаврового сечения.
Рис. Передняя ось автомобиля КрАЗ-219: 1 — контргайка; 2 — стопорное кольцо; 3 — замочное кольцо; 4 — гайка затяжки переднего подшипника ступицы; 5 — сальник; 6 — поворотный кулак; 7 — балка оси; 8 — площадка для крепления рессоры; 9 и 13 — бронзовые втулки; 10 и 15 — масленки; 11 — гайка шкворня; 12 — шкворень; 14 — упорный шарикоподшипник; 16 и 17 — роликоподшипники ступицы; 18 — ступица колеса; 19 — шип поворотной цапфы; 20 — крышка
К балке жестко крепятся рессоры, при помощи которых она соединена с рамой. Концы балки обрабатываются, и на них при помощи стальных шкворней 12 устанавливаются вильчатые поворотные кулаки 6, которые могут свободно поворачиваться вокруг шкворней в горизонтальной плоскости. Шкворни в обработанных концах оси в большинстве случаев крепятся клиньями с гайками. В некоторых конструкциях средняя часть шкворня и отверстие для шкворня в балке делаются конусными, а шкворень, имеющий на одном конце резьбу, при помощи гайки 11 наглухо затягивается. При этом в верхнее ушко вилки поворотного кулака устанавливается распорная втулка, обеспечивающая свободное вращение поворотного кулака на шкворне. Для уменьшения трения шкворня в ушки вилки поворотного кулака запрессовываются латунные или бронзовые втулки 9 и 13, к которым через масленки 10 и 15 подводится смазка.
Для облегчения поворота колес между осью и нижней вилкой кулака на шкворне ставится упорный шарикоподшипник 14.
Поворотный кулак имеет шип 19, на конце которого нарезана резьба. На этот шип на двух роликоподшипниках 16 и 17 устанавливается и крепится гайкой 4 ступица 18 колеса. Гайка надежно стрцорится шплинтом или замочным кольцом 3 и контргайкой 1 со стрпорным кольцом 2. Во внутреннюю полость ступицы закладывается смазка для подшипников. Вытекание смазки из ступицы при ее нагреве предотвращается сальником 5 и защитным колпаком или крышкой 20.
На автомобилях со всеми ведущими колесами передней осью служит балка переднего ведущего моста. Поворотные кулаки колес в этом случае соединяются шкворнями 12 с шаровой опорой 9, которая своим фланцем при помощи болтов крепится к фланцу кожуха полуоси. Поворотный кулак с закрепленными на нем шкворнями поворачивается во втулках 25.
Внутренняя полость корпуса поворотного кулака заполняется маслом до уровня контрольного отверстия, закрываемого пробкой на резьбе или масленкой. Для предотвращения вытекания масла на корпусе поворотного кулака установлен сальник 11. К корпусу поворотного кулака крепятся поворотные рычаги.
Задней осью всех автомобилей является балка заднего моста, на кожухах полуосей которой устанавлцраются на конических роликоподшипниках ступицы с колесами.
Что такое ось ходовой части автомобиля?
Ось ходовой части автомобиля – это зафиксированный на основании кузова прямой вал, на который устанавливаются колеса и/или шестерни зубчатых передач. Колесо и зубчатые передачи могут оснащаться встроенным в них подшипником или втулкой. Подшипник или втулка встраиваются в центр колеса и шестерен, что позволяет осуществлять их вращение без оказания силы трения на саму ось. Цель использования оси заключается в удержании колес или шестерен в заданном им по отношению к другим колесам или шестерням месте.
Любое колесное транспортное средство имеет ось. Каждый раз, «переобуваясь» с летней резины на зимнюю и обратно, вы сталкиваетесь с этой самой осью, снимая и устанавливая на нее колесо. Без использования оси, колеса просто на просто не могли бы оставаться в положенном им месте, а сила и масса автомобиля просто раздавили бы их.
В автомобиле ось ходовой части принимает на себя нагрузки, образующиеся при торможении и ускорении транспортного средства, а также несет массу самого автомобиля. Ось формирует центр конструкционной прочности автомобиля и берет на себя всю самую тяжелую нагрузку, защищая и облегчая работу колес и других соединений автомобиля. В современном автомобиле ось принимает непосредственное участие при езде, разгоне, торможении и рулевом управлении транспортным средством. Чтобы соответствовать постоянно возрастающим требованиям, с течением времени конструкция оси изменялась, обеспечивая автомобилю должную опору.
Кинематическая цепь автомобиля, это механизм преобразования энергии двигателя в силы, вращающие ось. Это вращение, в свою очередь, передается на колеса, при помощи которых и движется автомобиль. Когда вы нажимаете на педаль тормоза, то под действием силы трения вращение оси замедляется, и, соответственно, замедляется скорость вращения колес. Руль крепится на ось рулевого управления, которая через соединение с осью передних колес контролирует направление их вращения.
В автомобилях применяется три вида осей: прямая, усиленная и сдвоенная ось. В прямой оси используется один вал, параллельно соединяющий два колеса. Каждое колесо крепится на своей стороне оси. Скорость и направление вращения колеса определяются осью. Преимущество такой конструкции заключается в фиксации колес в заданном месторасположении и равномерном распределении больших нагрузок.
В случае с усиленной осью, у каждого колеса имеется свой вал. Цель такой конструкции заключается в том, чтобы помимо фиксации колеса в заданном месторасположении, колеса могли вращаться независимо друг от друга. Такой тип оси обычно используется в пассажирских легковых автомобилях с повышенной проходимостью. Если же речь идет о сдвоенной оси, то имеется ввиду конструкция, где несколько осей расположены на относительно близком расстоянии друг от друга. Целью использования такой конструкции является увеличение грузоподъёмности автомобиля, и чаще всего она применяется в тяжелых грузовых автомобилях.
Колесо и ось — Wheel and axle
Колесо и ось представляет собой машину , состоящий из колеса , прикрепленного к меньшей оси так , что эти две части вращаются вместе , в которых сила передается от одного к другому. Колесо и ось можно рассматривать как вариант рычага, с движущей силой, приложенной по касательной к периметру колеса, и силой нагрузки, приложенной к оси, соответственно, которые уравновешиваются вокруг шарнира, который является точкой опоры.
СОДЕРЖАНИЕ
История
Халаф культура 6500-5100 BCE была зачислена с самым ранним изображением колесного транспортного средства, но это сомнительно , поскольку нет никаких доказательств Halafians с использованием либо колесных транспортных средств или даже гончарного колеса.
Одним из первых появившихся применений круга стал гончарный круг , который доисторические культуры использовали для изготовления глиняных горшков. Самый ранний тип, известный как «турнетты» или «медленные колеса», был известен на Ближнем Востоке к 5-му тысячелетию до нашей эры. Один из самых ранних образцов был обнаружен в Тепе Пардис, Иран , и датирован 5200–4700 годами до нашей эры. Они были сделаны из камня или глины и прикреплены к земле штифтом в центре, но для поворота требовалось значительное усилие. Настоящие гончарные круги, которые свободно вращаются и имеют колесико-осевой механизм, были разработаны в Месопотамии ( Ирак ) к 4200–4000 годам до нашей эры. Самый старый из сохранившихся образцов, который был найден в Уре (современный Ирак ), датируется примерно 3100 годом до нашей эры.
Свидетельства колесных транспортных средств появились к концу 4 — го тысячелетия до нашей эры . Изображения колесных повозок, найденные на пиктограммах на глиняных табличках в районе Эанна в Уруке , в шумерской цивилизации Месопотамии, датируются 3700–3500 гг. До н. Э. Во второй половине IV тысячелетия до нашей эры свидетельства колесных транспортных средств появились почти одновременно на Северном Кавказе ( Майкопская культура ) и Восточной Европе ( Кукутеньско-Трипольская культура ). Изображения колесной повозки появились между 3500 и 3350 годами до нашей эры в глиняном горшке Броночице, раскопанном в поселении воронковиков на юге Польши . В соседней Ольшанице была построена дверь шириной 2,2 м (построены двери шириной 2,2 м) для входа в вагон; Сарай имел длину 40 м и имел 3 двери. Сохранившиеся свидетельства комбинации колесо-ось из Старе Гмайне близ Любляны в Словении ( Люблянское болото деревянное колесо ) датируются с точностью до двух стандартных отклонений 3340–3030 до н.э., ось — 3360–3045 до н.э. Известны два типа европейских колес и осей раннего неолита; circumalpine тип вагона конструкции (колеса и оси вращаются вместе, как в Любляне Болота колеса), и что из культуры Баден в Венгрии (ось не вращается). Они оба датируются c. 3200–3000 гг. До н. Э. Историки считают, что распространение колесных транспортных средств с Ближнего Востока в Европу произошло примерно в середине 4-го тысячелетия до нашей эры.
Ранний образец деревянного колеса и его оси был найден в 2002 году на Люблянских болотах примерно в 20 км к югу от Любляны , столицы Словении. Согласно радиоуглеродному датированию , ему от 5100 до 5350 лет. Колесо было изготовлено из ясеня и дуба и имело радиус 70 см, а ось длиной 120 см была изготовлена из дуба.
В римском Египте , Герон Александрийский определил колесо и ось в качестве одного из простых машин , используемых для весов подъема. Считается, что это было в форме лебедки, которая состоит из кривошипа или шкива, соединенного с цилиндрическим цилиндром, который обеспечивает механическое преимущество для наматывания троса и подъема груза, такого как ковш, из колодца.
Колесо и ось были определены учеными эпохи Возрождения как одна из шести простых машин, взяв за основу греческие тексты по технологиям.
Механическое преимущество
Простая машина называется колесо и ось относится к узел , образованный двумя дисками, или цилиндров, разного диаметра , установленных таким образом , они вращаются вместе вокруг одной и той же оси. Тонкий стержень, который нужно повернуть, называется осью, а более широкий объект, прикрепленный к оси, к которой мы прикладываем силу, называется колесом. Тангенциальная сила, приложенная к периферии большого диска, может оказывать большее усилие на нагрузку, приложенную к оси, достигая механического преимущества . При использовании в качестве колеса в виде колесного транспортного средства , меньший цилиндр является осью колеса, но при использовании в лебедке , лебедках , и другие подобные приложения (см средневековой добычи лифта направо) меньший цилиндр может быть отделен от оси установлена в подшипниках. Его нельзя использовать отдельно.
Предполагая, что колесо и ось не рассеивают и не накапливают энергию, то есть не имеют трения или упругости , мощность, подводимая силой, приложенной к колесу, должна равняться выходной мощности на оси. Когда система колеса и оси вращается вокруг своих подшипников, точки на окружности или крае колеса перемещаются быстрее, чем точки на окружности или крае оси. Следовательно, сила, приложенная к краю колеса, должна быть меньше силы, приложенной к краю оси, потому что мощность — это произведение силы и скорости.
Пусть a и b — расстояния от центра подшипника до краев колеса A и оси B. Если входная сила F A приложена к краю колеса A, а сила F B — на краю колеса. ось B — это выход, тогда отношение скоростей точек A и B задается как a / b , поэтому отношение выходной силы к входящей силе или механическое преимущество определяется выражением
M А знак равно F B F А знак равно а б . <\ displaystyle MA = <\ frac 
Механическое преимущество простой машины, такой как колесо и ось, вычисляется как отношение сопротивления к усилию. Чем больше соотношение, тем больше создаваемая сила (крутящий момент) или достигнутое расстояние. Изменяя радиусы оси и / или колеса, можно получить любое механическое преимущество. Таким образом, размер колеса может быть увеличен до неудобной степени. В этом случае используется система или комбинация колес (часто зубчатых, то есть шестерен ). Поскольку колесо и ось представляют собой тип рычага, система колес и осей подобна составному рычагу.
На колесном транспортном средстве трансмиссия воздействует на ось с меньшим радиусом, чем у колеса. Таким образом, механическое преимущество намного меньше 1. Колесо и ось автомобиля, следовательно, не являются репрезентативными для простой машины (целью которой является увеличение силы). Трение между колесом и дорогой на самом деле довольно низкое, поэтому даже небольшого усилия на ось достаточно. Фактическое преимущество заключается в большой скорости вращения оси благодаря трансмиссии.
Идеальное механическое преимущество
Механическое преимущество колеса и оси без трения называется идеальным механическим преимуществом (IMA). Он рассчитывается по следующей формуле:
я M А знак равно F из F в знак равно р а d я ты s колесо р а d я ты s ось <\ displaystyle \ mathrm
Фактическое механическое преимущество
Все настоящие колеса имеют трение, которое рассеивает часть мощности в виде тепла. Фактическое механическое преимущество (АМА) колеса и оси вычисляется по следующей формуле:
А M А знак равно F из F в знак равно η ⋅ р а d я ты s колесо р а d я ты s ось <\ displaystyle \ mathrm
η знак равно п из п в <\ displaystyle \ eta =
> \ over P _ <\ text КПД колеса, отношение выходной мощности к входной.
Рекомендации
Дополнительные ресурсы
Основные машины и как они работают, США. Бюро военно-морского персонала, Courier Dover Publications 1965, стр. 3–1 и следующий предварительный просмотр в Интернете.