Ободом автомобильного колеса называется часть колеса, на котором монтируется пневматическая шина. Ободья, как правило, состоят из трех основных компонентов (рис. 9.1): центральной цилиндрической части 7, полок 2 и фланцев 3, называемых также закраинами обода.
Рис. 9.1. Основные элементы конструкции автомобильного колеса: 1 - центральная цилиндрическая часть обода: 2 - полки обода; 3 - фланцы (закраины обода); 4 - диск колеса
Конструктивное исполнение и геометрические параметры ободьев определяются, в первую очередь, размером и типом шин, для которых они предназначены: для легковых, грузовых, авиационных или других, для камерной или бескамерной конструкции, для специальных, безопасных и т. д. Основными переменными параметрами ободьев при этом являются их посадочный диаметр (рис. 9.2), угол наклона полок и расстояние между закраинами. Конструкции ободьев внутри каждого типа колес унифицированы. Конкретные геометрические параметры — толщина обода, их радиусы скругления и другие образуют комплекс размеров и определяются изготовителями колес в зависимости от нагруженности.
Рис. 9.2. Основные элементы неразборного обода пневматической шины
Центральная цилиндрическая часть по своему профилю может быть плоской в сечении или иметь ручьевые углубления, облегчающие монтаж/демонтаж шин, что определяется типом и размером шин, которые должны монтироваться на ободе.
Фланцы (закраины) обода непосредственно взаимодействуют с бортами шины и воспринимают передаваемые ими усилия. Они ограничивают деформацию бортов шины и защищают их от внешних повреждений.
Полки обода служат опорой для подошвы борта шины. Они передают усилия и моменты между колесом и шиной, а также обеспечивают герметичность посадки шин бескамерной конструкции.
По своему конструктивному исполнению ободья могут быть разборными и неразборными. Разборные ободья имеют съемный фланец (закраину) 3 (рис. 9.3) и/или полку обода. В некоторых конструкциях съемный фланец выполняется единой деталью с полкой. Конструкцией таких ободьев предусматривается запорное устройство, в простейшем случае представляющее собой пружинное запорное кольцо 4, крепящееся в специальной проточке на цилиндрической центральной части обода. Если разборный обод применяется для бескамерной шины, то герметизация стыка осуществляется уплотнительным резиновым кольцом 2. Основным преимуществом разборной конструкции обода является простота операций монтажа/демонтажа шин, так как при этом не требуется деформировать борт шины (рис. 9.4). Особенно это свойство ценно для шин больших размеров высокой грузоподъемности.
Рис. 9.3. Разборный трехкомпонентный обод: 1 - цилиндрическая часть; 2 - уплотнительное резиновое кольцо; 3 - съемный фланец; 4 - пружинное запорное кольцо
Рис. 9.4. Установка запорного кольца при монтаже шины на разборный обод
К недостаткам этого типа ободьев относятся трудность их надежной герметизации, необходимость повышенных требований безопасности при монтаже/ демонтаже, поскольку пружинное запорное кольцо при неаккуратном обращении может нанести травму.
Кроме того, разборная конструкция обода имеет ограничение по надежности в эксплуатации, так как запорное кольцо при определенных условиях, например при потере давления шиной или ПО недосмотру шиномонтажника, может разблокироваться при движении автомобиля. Разборные ободья применяются в основном для камерных грузовых шин, крупногабаритных шин, сельскохозяйственной техники и некоторых других машин.
Ободья неразборной конструкции, в которых фланцы, полки и центральная часть выполнены единой деталью, являются лучшим решением для бескамерных шин, поскольку целостность изделия автоматически обеспечивает его герметичность. Посадочный диаметр шины меньше, чем наружный диаметр закраины обода, поэтому при монтаже/демонтаже шины на неразборный обод ее борта необходимо деформировать (рис. 9.5).
Рис. 9.5. Деформирование борта шины в процессе монтажных работ
Для того чтобы уменьшить эту деформацию и снизить вероятность повреждения шины, закраины безразборного обода имеют относительно небольшой диаметр, а центральная часть выполняется с глубоким ручьем. Уже продетый через закраину первый борт покрышки свободно размещается внутри ручья (рис. 9.6) и обработка второго борта облегчается. Для удобства монтажа широкопрофильных шин ручей обода может быть смещен к одной из закраин. Такой обод называют глубоким и асимметричным.
Рис. 9.6. Глубокий обод: а - симметричный; б - асимметричный
Иногда глубокие ободья имеют двухручьевый профиль. Например, такая конструкция применяется для некоторых типов сельскохозяйственных шин.
Камерные легковые шины обычно монтируются на те же ободья, что и бескамерные. Такая унификация возможна, поскольку конструкция борта у обоих типов легковых шин близка по наполнению, жесткости и геометрическим параметрам. Конструкции борта грузовых шин в камерном и бескамерном исполнении существенно отличаются друг от друга. С точки зрения применения обода наиболее существенным отличием является разница в посадочных диаметрах. Например, посадочный диаметр обычных среднегрузовых камерных шин приблизительно равен 20 дюймам (508 мм), а соответствующие им бескамерные шины имею посадочный диаметр 22,5 дюйма (571,5 мм). Посадочные диаметры ободьев соответствует этим размерам.
Обод и смонтированная на нем шина не должны прокручиваться относительно друг друга в процессе эксплуатации. Иными словами, крутящий момент, подводящийся к автомобильному колесу, должен без потерь передаваться шине. Выполнение этого условия обеспечивается в первую очередь созданием достаточной силы трения в контакте между подошвой борта шины и полкой обода. Для этого посадка шины на обод осуществляется с натягом за счет разницы в диаметрах и геометрии (углов наклона) между бортом шины и полкой обода. Таким образом, величина натяга задается конструкцией бортовой зоны шины с учетом параметров полки обода и может несколько отличаться для разных моделей и типоразмеров шин в зависимости от их нагруженности и условий эксплуатации, для которых они предназначены. Величина натяга бортов камерных шин на посадочных полках обода составляет 0,75—1,0 мм на диаметр, а бескамерных — 1.2—1,5 мм.
Ободья могут иметь плоские или конические полки (рис. 9.7). Угол наклона конических полок ободьев составляет (5°±1°), что создает необходимую надежность посадки и обеспечивает герметичность колеса в сборе с бескамерной шиной. Выпускаются также ободья с углом наклона полок 10° и 15°. Больший угол наклона облегчает посадку шины на обод. Полки обода с углом 5° делают для шин общего назначения, 10° — для арочных шин и пневмокатков, 15°, в сочетании с глубокими ободьями, — для бескамерных шин.
Рис. 9.7. Профиль разборного «плоского» обода (в) и обода с коническими полками (б)
Смонтированная на ободе шина окончательно «садится на место» после накачивания. Очевидно, что прочность посадки шины ухудшается при снижении внутреннего давления. Если шина недостаточно накачана или потеряла давление в результате прокола, атакже при резком изменении крутящего момента, на крутых поворотах и других подобных условиях, окружные или боковые силы могут преодолеть силы трения, удерживающие шину на ободе. При этом борт шины начинает проскальзывать относительно обода, что в конечном итоге может привести к самопроизвольному демонтажу шины. Что бы снизить опасность этого, на полке обода могут быть сделаны кольцевые выступы (хампы) (рис. 9.8), фиксирующие борт шины и препятствующие его смещению внутрь обода.
Рис. 9.8. Обод с кольцевыми выступами (хампами): 1 - кольцевой выступ
Для шин с регулируемым давлением применяются разборные ободья с распорным кольцом, которое прижимает борт шины к закраинам обода. Известно и запатентовано множество иных решений, направленных на улучшение фиксации шины на ободе, но они не нашли широкого применения на практике.
По способу крепления на автомобиле колеса могут быть дисковыми или бездисковыми. Колесо называется бездисковым, если диски, спицы или другие крепежные элементы, осуществляющие посадку, центрирование и крепление обода к ступице автомобиля, не составляют единое целое с ободом, а являются элементами ступицы колеса 4 (рис. 9.9). Бездисковые колеса применяются, как правило, на грузовых автомобилях, автобусах, прицепах различного назначения и сельскохозяйственной технике. Бездисковая конструкция позволяет сдваивать колеса для машин большой грузоподъемности. В этом случае между сдвоенными колесами устанавливается специальная промежуточная вставка 2, регулирующая зазор между шинами. Если сдвоенные шины оказываются расположенными слишком близко друг другу, то ухудшаются условия их обдува и отвода тепла, что может быть причиной снижения работоспособности шин. Кроме того, при деформировании при качении возможен контакт шин друг с другом, неминуемо приводящий к их постепенному разрушению.
Рис. 9.9. Сдвоенные бездисковые колеса со вставкой: 1 - наружная шина, 2 - специальная промежуточная вставка; 3 - внутренняя шина; 4 - элементы ступицы колеса
Конструкция обода и порядок монтажа/демонтажа шин не зависят от наличия или отсутствия диска.
Диск — центральная часть колеса, несущая обод и имеющая посадочные отверстия для крепления к ступице.
Дисковые колеса, как это следует из их названия, крепятся к ступице автомобиля при помощи диска. Диск приваривается к ободу либо образует с ободом единую деталь, изготовленную методами литья или формования. На всех легковых и большинстве грузовых автомобилей устанавливают дисковые колеса.
Дисковые колеса различаются вылетом обода. Значение вылета определяется взаимным расположением привалочной плоскости 1 (рис. 9.10) (плоскости крепления диска к ступице) и плоскости симметрии 2, которая делит обод пополам. Этот параметр колеса входит в комплекс конструктивных параметров ходовой части автомобиля, обеспечивающих его оптимальную устойчивость и управляемость, наименьшую нагрузку на подшипники ступиц колес и подвеску. Вылет обычно обозначается буквами ЕТ; e или словом offset и измеряется в миллиметрах.
Рис. 9.10. Конструктивные схемы колес: а - отрицательный вылет; б - нулевой вылет; в - положительный вылет; в - вылет обода; 1 - привалочная плоскость диска; 2 - продольная плоскость симметрии обода; 3 - наружная сторона колеса
Материал взят с указанного сайта: LRman.ru
В зависимости от расположения обода относительно диска колеса могут быть:
- а) с положительным вылетом обода (рис. 9.10, в) — колесо изготовлено таким образом, что продольная плоскость симметрии 2 обода смещена от привалочной плоскости 1 и наружной стороны колеса в сторону продольной оси автомобиля;
- б) с нулевым вылетом обода (рис. 9.10, б) — привалочная плоскость диска 1 совпадает с продольной плоскостью симметрии обода 2;
- в) с отрицательным вылетом обода (рис. 9.10, а) — колесо изготовлено так, что продольная плоскость симметрии обода 2 смещена от привалочной плоскости диска 7 и продольной оси автомобиля к наружной стороне колеса.
Колеса, предназначенные для большинства марок автомобилей, имеют положительный вылет обода (+е), составляющий 10—50 мм. Выпускаются колеса и с нулевым вылетом обода (ГАЗ-2410, 31029 и др.).
На таких автомобилях, как MITSUBISHI PAJERO, NISSAN PATROL, TOYOTA LAND CRUISER и другие, устанавливаются колеса с отрицательным вылетом обода (—е), составляющим 10 мм.
Другая важная характеристика диска — это количество шпилек или болтов, необходимых для его крепления, и диаметр окружности, на которой они расположены. Количество и положение этих крепежных элементов определяются в комплексе других прочностных расчетов ходовой части автомобиля и зависят от величины крутящего и тормозного моментов. Диаметр окружности центров крепежных отверстий обозначается PCD (Pitch Circle Diameter) и измеряется в мм. Например, для колес автомобилей «ВАЗ» PCD обозначается как 4x98, где 4 — количество крепежных отверстий на диске; 98 — диаметр окружности центров крепежных отверстий. Основные параметры колес некоторых отечественных легковых автомобилей приведены в таблице 9.1.
Таблица 9.1
| Модель автомобиля | Москвич -2140 | Москвич -2141 | ВАЗ «Жигули» | ВАЗ «Самара» | ВАЗ «Нива» | ГАЗ-31029 |
| Обозначение обода | 5J-13 | 5J-14 | 4½J-13 | 5J-13 | 6J-16 | 6J-14 |
| Вылет, мм | 30 | 45 | 29 | 38 | 17 | 0 |
| Диаметр расположения крепежных болтов (PCD), мм | 115 | 108 | 98 | 98 | 139,7 | 139,7 |
Диски изготавливают сплошными, с ребрами или вырезами. Вырезы делают для уменьшения массы диска и охлаждения тормозного механизма. Внешний вид диска определяет товарный вид всего колеса, поэтому его стараются выполнить в оригинальном дизайне, что особенно характерно для дисков легковых автомобилей.
По технологии изготовления колеса могут быть стальными сварными (например, из прокатанного обода и штампованного диска), литыми и коваными.
Технология изготовления литых колес включает заливку расплавленного металла (обычно это алюминиевый или магниевый сплав) в форму, его остывание, последующее обтачивание посадочных поверхностей и сверление крепежных отверстий в полученной отливке. К числу недостатков литых колес относятся чрезмерно толстые стенки, возможность наличия скрытых пор и раковин, недостаточная прочность (при ударе они деформируются и даже раскалываются) и сложность (часто невозможность) восстановления.
При ковке (или объемной штамповке) из заготовки выковывают так называемую поковку, которая затем обрабатывается на токарном станке. Такая технология сложна и дорога, однако кованые колеса прочнее и легче литых из того же материала. Например, 13-дюймовое кованое алюминиевое колесо весит 4,9 кг, а литое — 6,0 кг; толщина стенок кованого колеса составляет 3,0 мм, а литого — 5,5 мм. При этом кованое колесо лучше переносит удары. Поэтому для российских дорог кованые колеса предпочтительнее, несмотря на их дороговизну.
Являясь связующим элементом между шиной и автомобилем, обод колеса испытывает значительные статические и динамические нагрузки, увеличивающиеся с увеличением грузоподъемности и скоростной характеристики шины. Кроме того, в процессе эксплуатации обод часто подвергается ударам о бордюры, дорожные выступы, камни и т.д. Суммарная величина этих воздействий может приводить к повреждению и разрушению обода и диска колеса. Наиболее распространенным повреждением в эксплуатации является деформация закраины обода (рис. 9.11). Это вызывает повышенный износ над бортовой части камерных шин или разгерметизацию бескамерных шин. Иногда деформируется и центральная часть дисков в зоне крепежных отверстий, что приводит к повышенным радиальным и боковым биениям колес и, соответственно, к их динамическому дисбалансу.
Рис. 9.11. Деформация закраины обода колеса
Усталостные напряжения, накапливаемые в процессе эксплуатации колеса, могут приводить к появлению трещинные. 9.12). Колеса с деформированными закраинами обода и небольшими трещинами подлежат ремонту и восстановлению.
Рис. 9.12. Трещины на ободе колеса
Однако особо сильные ударные нагрузки могут привести к перемонтируемым разрушениям обода (рис. 9.13, 9.14) или диска колеса (рис.9.15).
Рис. 9.13. Скол закраины обода колеса
Рис. 9.14. Разрушение обода колеса
Рис. 9.15. Разрушение диска колеса
Характер и тип этих повреждений в процессе эксплуатации при прочих равных условиях в значительной степени зависит от материала, из которого изготовлено колесо.
Комментарии к этой статье