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.
Устройство автомобилей
Ободья, ступицы и соединители колес
Обод колеса
Обод служит для установки пневматической шины. По профилю обод может быть глубоким неразборным (рис. 1), который применяется на легковых автомобилях, и плоским, разборным (рис. 2), который устанавливается на большинстве грузовых автомобилей средней грузоподъемности (например, марок ЗиЛ, ГАЗ и т. п.).
Для облегчения монтажа и демонтажа шины в средней части глубокого обода выполняется выемка В. По обеим сторонам обода расположены конические посадочные полки, на которые монтируют борта шин. Наклоны посадочных полок на угол примерно 5˚ обеспечивает плотную посадку шины на ободе.
Обод для бескамерной шины должен иметь на своих посадочных полках специальные кольцевые выступы 4 (рис. 1) тороидальной формы («хэмпы»), предотвращающие самопроизвольное соскальзывание бортов шины (саморазбортовку) в случае критической ситуации во время движения.
Среди разборных ободьев наиболее распространен обод с конической посадочной полкой (рис. 2). Этот обод характеризуется сравнительной простотой монтажа и демонтажа шин грузовых автомобилей, которые имеют большие массы, размеры и жесткость. Бортовое кольцо 1 имеет коническую посадочную полку, которая прижимается к борту шины. Пружинное распорное кольцо 2 устанавливается между ободом и бортовым кольцом, фиксируя последнее.
Шины широкопрофильные, арочные и с регулируемым давлением имеют разборные ободья с распорными кольцами. Распорное кольцо устанавливается по центру плоского обода и обеспечивает надежное зажатие бортов шины между ним и закраинами обода, что исключает проворачивание шины на ободе при снижении давления в ней.
Ступица колеса
Ступица конструктивно объединена с мостом автомобиля, но традиционно считается элементом колеса. Она служит для установки колеса на балке моста и обеспечения его вращения. Ступица устанавливается на мосту посредством конических роликовых или шариковых (на некоторых легковых автомобилях) подшипников. К ней также крепятся тормозные барабаны и фланцы полуосей ведущих мостов грузовых автомобилей.
Ступица передних колес, показанная на рисунке 3, установлена в поворотном кулаке 10 на двух конических роликовых подшипниках 1. Наружные кольца (обоймы) подшипников запрессованы в ступицу, а внутренние установлены в цапфу 5. Регулировочная гайка 3 через шайбу 4 обеспечивает нормативный зазор в подшипниках. Подшипники смазываются при сборке, а для защиты их от пыли и грязи с внутренней стороны в ступицу запрессовывается уплотнительная манжета, а с наружной стороны устанавливается защитный колпак 2.
Ступица передних колес переднеприводного легкового автомобиля установлена в поворотном кулаке на двухрядном шариковом подшипнике закрытого типа. Подшипник фиксируется в поворотном кулаке стопорными кольцами.
Ступица с помощью внутренних шлицов соединена с хвостовиком корпуса наружного шарнира привода передних колес и крепится на нем гайкой, которая закрывается пластмассовым колпаком.
К ступице крепится направляющими штифтами тормозной диск. Штифты центрируют относительно ступицы колесо, которое крепится к ней сферическими болтами. Этими же болтами к ступице крепится тормозной диск.
Ступица задних колес у заднеприводных легковых автомобилей обычно отсутствует. Ее заменяет фланец полуоси, которая устанавливается на подшипниках в балке моста.
Соединитель колеса
Соединитель колеса обычно выполняется в виде диска. Такие колеса называются дисковыми. Стальной штампованный диск 1 (рис. 1) для увеличения жесткости выполняется выгнутым с выемками В или отверстиями Б. Вырезы и отверстия облегчают колесо и улучшают охлаждение тормозных механизмов. Отверстия А для крепления колеса имеют сферические фаски. Крепление производится с помощью сферических болтов или сферических гаек.
Бездисковые колеса имеют соединитель, изготовленный совместно со ступицей. Они могут быть разъемными в продольной и поперечной плоскостях. Бездисковое колесо (рис. 4) с разъемом в поперечной плоскости состоит из трех секторов 1, которые соединены в единое кольцо с помощью специальных вырезов (скосов), выполненных на торцах секторов 1. При монтаже секторы колеса устанавливаются в определенной последовательности в лежащую шину, а затем вместе с шиной прикрепляются к ступице 2 специальными прижимами 3, шпильками 4 и гайками 5. Такие колеса устанавливаются на грузовые автомобили и автобусы.
По технологии изготовления колеса легковых автомобилей могут быть обычными стальными сварными (из прокатного обода и штампованного диска), литыми и кованными.
Литые колеса изготовляют из сплава алюминия с кремнием путем обтачивания посадочных поверхностей отливок и сверления в них отверстий. Основное преимущество литых колес – их небольшая масса. Малая масса колеса положительно влияет на плавность хода автомобиля и облегчает его обслуживание. Кроме того, применение литых колес позволяет эффективнее охлаждать колесные тормозные механизмы.
Недостатками литых колес являются чрезмерно толстые стенки, возможность появления скрытых пор и раковин, недостаточная прочность при ударной нагрузке и сложность восстановления при повреждении.
Кованые колеса выполняют методом ковки с последующей обработкой. При ковке (или объемной штамповке) из заготовки выковывают поковку, которая затем обрабатывается на токарном станке. Такая технология сложна и дорога, однако кованые диски прочнее и легче литых. Например, 13-дюймовое кованое колесо весит примерно 4,5 кг, а литое колесо такого же размера – почти 6 кг. При этом толщина стенок у кованого колеса составляет 3 мм, а у литого – 5,5 мм. Немаловажным преимуществом кованых колес является большая стойкость к ударным нагрузкам.
Основные размеры обода колес : посадочный диаметр под покрышку и ширина. Например, обычное дисковое колесо для автомобиля ВАЗ-2109 обозначается как 114J-330 (в миллиметрах) или 4 1/2J-13 (в дюймах). Первые цифры обозначают ширину обода, буква J – форму профиля обода, а последние цифры – монтажный диаметр колеса.
Легкосплавные литые или кованые диски обычно имеют дюймовое обозначение. Например, колесо автомобиля ВАЗ-2110 обозначается 5 1/2J13Н2, где дополнительная маркировка Н2 означает наличие на ободе «хэмпов» определенного профиля.
Так как колеса и шины изготовляются со значительными допусками, колесо в сборе может обладать значительной неуравновешенностью (дисбалансом), приводящей к осевому и радиальному биению при вращении колеса. В результате возрастает вибрация, сокращается срок службы шин, амортизаторов, рулевого управления, снижается комфортность езды и т. п.
Для устранения неуравновешенности колес их подвергают балансировке на специальных балансировочных стендах, закрепляя в определенных местах балансировочные грузики. Особенно это актуально для автомобилей, передвигающихся с большими скоростями, поскольку инерционные нагрузки дисбаланса возрастают в квадратичной зависимости от частоты вращения колес.
Автотранспорт — правила, нормы, положения
эксплуатация автомобильного транспорта
9. Виды ободьев для колес.
Виды ободьев для колес.
Автомобильное колесо состоит из металлической части (обода, диска) и элластичной части – шины.
Различают дисковые и бездисковые колеса.
1. Дисковое колесо состоит из обода, диска и шины.
Обод — часть колеса, на которую монтируется и опирается шина. Диск — часть колеса, являющаяся соединительным элементом между ступицей и ободом.
Обод соединяется с диском при помощи сварного соединения.
Ободья дисковых колес бывают глубокими и плоскими.
Глубокие ободья имеют уступы для бортов покрышки и применяются на легковых автомобилях.
Плоские ободья применяют на грузовых автомобилях, их делают разборными для облегчения монтажа шины.
Разборные ободья бывают трех типов.
1ый тип — с разрезным бортовым кольцом. В этом случае роль второго борта обода играет это самое разрезное бортовое кольцо. Оно же выполняет функцию замочного кольца.
2ой тип – с неразрезным бортовым кольцом, которое надевается на обод и удерживается на нем разрезным замочным кольцом.
3ий тип – с неразрезным бортовым кольцом. В этом случае одна часть обода крепится к диску болтами. Применяется на автомобилях повышенной проходимости с системой регулирования давления в шинах.
Дисковые колеса крепят к фланцу ступицы автомобиля с помощью шпилек и гаек.
2. Бездисковые колеса.
На автомобилях большой грузоподъемности используются бездисковые колеса, состоящие из цельнолитых ступиц со спицами, на конусные торцы которых устанавливаются и крепятся с помощью прижимов и болтов плоские разборные ободья.
Обод состоит из основания, изготовленного из двух деталей (замочной части и посадочного кольца), бортовых колец, съемного посадочного разрезного кольца и разрезного замочного кольца. Замочная часть имеет коническую поверхность для монтажа обода на бездисковую ступицу, а посадочные кольца – конические поверхности для прочной посадки бортов шины.
Обод изготавливается методом профилирования, из горячекатаных профилей, раскатки.
С декабря 2009 года компания ООО «ТД Русторг» получила официальное дилерство на кованые ободья для грузовых шин от компании Keimax и осуществляет их регулярные поставки на рынок для карьерных автосамосвалов БелАЗ грузоподъемностью 130-320 тонн.
Ссылка для сайта компании ободы для грузовых машин
3. Изготовление дисков колес (для легковых и грузовых автомобилей).
По технологии изготовления диски делятся на три типа: штампованные, литые и кованые. .
Наиболее распространенным вариантом являются штампованные стальные диски.
Штампованные диски в силу своей простоты имеют ряд преимуществ: относительно невысокую стоимость, прочность, возможность восстановления после повреждения. Но есть и существенные недостатки — большая масса и низкая коррозионная стойкость, непритязательный дизайн, не слишком качественная балансировка.
Литые колесные диски изготавливаются методом литья из легких сплавов на основе алюминия и магния. Такой диск — это одна большая деталь, которая на 30-40% легче стального диска. Конструкция диска обеспечивает высокую прочность и отличную балансировку, диск имеет привлекательный внешний вид.
Но у литых дисков есть и один существенный недостаток — это хрупкость. При высокой прочности и жесткости литой диск может просто расколоться от удара, восстановление в этом случае невозможно.
Кованые колесные диски — это дальнейшее развитие идеи литых дисков. Они также изготавливаются из легких сплавов алюминия и магния, но по методу объемной горячей штамповки (ковки). На первом этапе небольшую цилиндрическую болванку (слитки, из которых делают колеса, имеют форму цилиндрических столбов различного диаметра, которые нарезают на болванки нужной длины) на первом прессе осаживают, превращая в диск. Затем этот диск проходит несколько прессов, имеющих различное усилие, постепенно превращаясь в окончательную заготовку. На определенном этапе, еще в заготовке, прошивается центральное отверстие. Перед каждым прессованием заготовка и рабочие штампы нагреваются до температуры в несколько сотен градусов. Сами прессы, несмотря на большую мощь (до 20 тыс. тонн), производят горячую штамповку медленно и плавно. Нагрев и малая скорость деформирования исключают возможность возникновения нежелательных разрывов и трещин в теле заготовки. Полученная заготовка закаливается и проходит процедуру искусственного старения. Первая процедура добавит колесу прочности, а вторая необходима для снятия напряжения, возникающего в процессе деформации. Старение производится в специальной печи при высокой температуре в течение 12 часов. Затем, после многочисленных проверок и выборочного контроля качества заготовки, она проходит механическую обработку на токарных и фрезерных станках, в результате превращаясь в готовое изделие. При пластическом деформировании за счет измельчения кристаллической сетки и ликвидации внутренних микродефектов металл упрочняется. Благодаря такой технологии с формированием у металла волокнистой структуры прочность колеса получается выше, чем у стальных колес, в 2,5 раза, а пластичность ниже всего на 20-30%. Можно делать стенки на 20% меньшей толщины по сравнению с литыми. Опять же, ковка исключает появление в металле скрытых литьевых раковин, полостей и трещин. В результате вес такого колеса на 15-20% ниже литого и на 40-50% стального штампованного. Недостаток – высокая себестоимость изготовления.