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.

Классификация колес и шин

Обычно автомобильное колесо состоит из шины, обода, ступицы.

Классификация колес производится в зависимости от их назначения и конструкции:

• дисковые
• бездисковые (со спицевыми или барабанными ступицами)

Классификация шин производится по следующим основным параметрам:

по способу герметизации:

по форме профиля:

• обычного — Н/В = 1,0…0,9
• широкопрофильные (низкопрофильные) — Н/В = 0,6…0,8
• арочные — Н/В = 0,4…0,5
• пневмокатки — Н/В = 0,25…0,4

по возможности изменения внутреннего давления:

• с нерегулируемым давлением
• с регулируемым давлением

по конструкции каркаса:

• с диагональными нитями
• с радиальными нитями

Основные требования к колесам следующие:

• полное соответствие применяемой шине по размерам, жесткости и конструкции обода;
• надежное крепление к ступице, обеспечивающее легкость монтажа и демонтажа колеса;
• высокие прочность, долговечность и коррозионная стойкость;
• минимальные биение и дисбаланс.

Основные требования к шинам следующие:

• хорошее сцепление с дорогой;
• малое сопротивление качению;
• соответствие упругих свойств параметрам автомобиля и условиям движения;
• низкий уровень шума при движении автомобиля;
• высокие прочность и долговечность;
• малое давление на грунт (для автомобилей повышенной и высокой проходимости).

Кроме того, к автомобильным шинам и колесам, как и к остальным механизмам и системам автомобиля, предъявляют также общие требования:

• обеспечение минимальной массы (масса колеса легкового автомобиля из стального листа составляет около 6,5 кг, литое алюминиевое колесо на 1 кг легче, а штампованное — на 1,5 кг)
• высокая надежность
• минимальное обслуживание
• технологичность

Рассмотрим, какими конструктивными мероприятиями обеспечивается выполнение требований к шинам.

Хорошее сцепление с дорогой обеспечивается в основном подбором состава резины в шине, оптимальным для данных условий эксплуатации рисунком протектора, поддержанием требуемого давления в шине. Однако увеличение коэффициента сцепления шины с дорогой за счет изменения состава резины в некоторых случаях может привести к значительному сокращению срока службы шины из-за ее быстрого износа.

Малое сопротивление качению обеспечивается в основном теми же мероприятиями, что и хорошее сцепление с дорогой, но уменьшение сопротивления качению может в некоторых случаях сопровождаться уменьшением коэффициента сцепления шины с дорогой.

Высокие прочность и долговечность включают в себя и требования безопасности, а именно:

• исключение разрыва шины от повышения давления свыше заданного (обычно гарантируется сохранение прочности при повышении давления в шинах легковых автомобилей на 0,2 МПа) — обеспечивается в основном конструкцией каркаса шины;
• исключение разрыва шины от центробежных сил, возникающих при высоких скоростях движения — обеспечивается в основном конструкцией каркаса шины; при этом на шинах проставляется маркировка, соответствующая максимальной скорости, при которой может применяться данная шина;
• надежность герметичного и прочного прилегания бортов шины к бортам обода — обеспечивается в основном высоким качеством изготовления обода и отсутствием на нем дефектов, возникающих в процессе эксплуатации;
• замедление или предотвращение резкого падения давления при проколе шины — наиболее безопасна бескамерная шина, так как герметизирующий слой заполняет прокол, для легковых автомобилей некоторые фирмы предлагают шины с внутренней торовой вставкой, опираясь на которую при полном падении давления в шине автомобиль может проехать несколько десятков километров.

Малое давление на грунт обеспечивается увеличением поверхности контакта за счет увеличения ширины, диаметра шины и снижения в ней давления.

Последнее наиболее эффективно и применяется в виде системы регулирования давления в шинах.

Остальные свойства обеспечиваются в основном подбором состава резины в шине.

Автомобильное колесо выполняет многообразные функции:

• это опора, через которую передается вес автомобиля на дорогу
• это движитель, который, взаимодействуя с дорогой, передает тяговую и тормозную силы, противодействует боковым силам, обеспечивает изменение направления движения.

Автомобильные шины обладают значительной эластичностью, и их деформации в радиальном, продольном и поперечном направлениях оказывают значительное влияние на эксплуатационные свойства автомобиля.

Автомобильные шины выпускаются в России в соответствии со стандартами и подразделяются на легковые, грузовые (включая прицепы, полуприцепы и автобусы); с регулируемым давлением: для большегрузных автомобилей, строительных, дорожных и подъемно-транспортных машин.

Шины изготавливают с различными рисунками протектора:

• дорожным (Д)
• универсальным (У)
• повышенной проходимости (ПП)
• зимним (З)
• карьерным (Кар)

Шины выпускаются в обычном, тропическом и северном исполнении.

Рис. Схема колес:
а — велосипеда; б — мотоцикла; г — легконого автомобиля

Максимальная нагрузка на шину определяется в основном объемом и давлением воздуха, находящегося в шине, а также числом слоев корда. На рисунке показаны при гсв = 0,3 м приблизительные соотношения размеров В и гсв (b = B/гсв) шин велосипеда (b = 0,1), мотоцикла (b = 0,3), легкового автомобиля (b = 0,5). В стандартах указаны основные параметры автомобильных шин, в том числе максимальная допустимая нагрузка и давление, соответствующее этой нагрузке, а также максимальная допустимая скорость автомобиля с этими шинами.