Колеса и шины
Колесом называется конструкция, состоящая из обода и
соединительного элемента (диска) с деталями крепления. На
колесо монтируют пневматическую шину и затем закрепляют
его на ступице. Колеса автомобиля обеспечивают контакт
с дорожным покрытием, участвуют в создании и изменении
направления движения, передают нагрузку от массы
автомобиля к дороге.
К колесам предъявляют следующие требования:
• полное соответствие применяемой шины по размерам,
жесткости и конструкции обода;
• надежное крепление к ступице;
• прочность и долговечность;
• минимальное биение и дисбаланс;
• легкость монтажа и демонтажа шины.
Колеса по эксплуатационному назначению транспортного
средства подразделяются на 7 классов: класс 1 — для внутризаводского
транспорта; классы 2...5 — для автомобилей
в зависимости от грузоподъемности; классы 6 и 7 для тракторов
и сельскохозяйственных машин. В зависимости от основного
назначения колеса делятся на:
• ведущие,
преобразующие крутящий момент от трансмиссии
в силу тяги, вследствие чего возникает поступательное
движение автомобиля;
• управляемые, воспринимающие через подвеску толкающие
усилия от кузова и с помощью рулевого управления
задающие направление движения автомобиля;
• комбинированные, выполняющие функции ведущих и
управляемых колес одновременно;
• поддерживающие, создающие опору качения для задней
части кузова (рамы) автомобиля, преобразуя толкающие
усилия в качение колес.
В зависимости от конструкции обода и его соединения со
ступицей колеса делятся на дисковые и бездисковые. Дисковые
колеса устанавливаются на всех легковых и большинстве
грузовых автомобилей. Бездисковые колеса применяются
на большегрузных автомобилях и автобусах. На автомобилях
повышенной проходимости применяют дисковые
колеса с разъемным ободом. Типовая конструкция колеса
легковых и грузовых автомобилей грузоподъемностью до
1,5 т выполняется неразъемной, сварной из двух частей —
обода и диска. Диски выполняются сплошными, с
вырезами, с ребрами. Вырезы делаются для охлаждения тормозного
механизма и уменьшения массы диска.
Обод состоит из:
• закраин,
то есть боковых упоров для бортов шины,
расстояние между закраинами и есть ширина обода;
• полок, то есть посадочных мест бортов шины, наклоненных
на 5 или 15° для передачи сил в окружном
направлении;
• ручья, для облегчения монтажа шины.
Обод со смещением ручья имеет преимущественное распространение
из-за удобства компоновки тормозного механизма.
Обод обозначается по ширине и диаметру через косой крест при глубоком ручье и через тире — при плоском
ободе.
Колеса бескамерных шин должны иметь большую жесткость
и лучшую герметичность. При бескамерных радиальных
шинах применяют безопасные контуры для предотвращения
мгновенного выхода воздуха. Однако это несколько
затрудняет демонтаж шины.
Колеса грузовых автомобилей и автобусов выполняются
с разборным ободом дисковые и бездисковые
. Диск колеса должен воспринимать вертикальные, боковые и продольные силы от дороги и передавать их через
крепления на ступицу колеса. Наклон конических полок
обода:
Ступицы имеют 5-6 спиц, их отливают из стали или
высокопрочного чугуна.
Бездисковый обод типа «триплекс» состоит из трех секторов
— двух малых и одного большого. Замки секторов
механически обработаны, что удорожает конструкцию. Обод
имеет две конические поверхности для посадки на ступицу с
углом 18 и 75°. Стыки секторов обода располагаются на спи
цах ступицы. При посадке на конце 18° борт сдвигают до
упора с конической поверхностью 75°, создавая натяг бортов
и их установку с минимальным радиальным и осевым
биением.
Для шин с регулируемым давлением воздуха применяют
дисковые колеса с разборным ободом и распорным кольцом. Распорное кольцо прижимает борт шины к закраинам
обода.
Колесо для шин с регулируемым давлением
Для крупногабаритных шин применяют бездисковые колеса.
Ввиду необходимости снижения массы и момента инерции
колеса было бы желательно применение на автомобиле
колес из легких сплавов или пластических масс. Однако
высокая стоимость алюминия и большая трудоемкость изготовления
алюминиевых колес сдерживает их широкое применение. По этим же причинам ограничено применение пластмассовых
колес. Кроме того, для них характерны трудности
с упрочнением крепежных отверстий.
Крепление колес. Конструкция элементов крепления колеса
должна обеспечивать:
• точность центрирования колес;
• надежность, простоту установки и снятия колеса;
• стабильность затяжки;
• возможность контроля состояния крепления.
Дисковые колеса крепятся к фланцу ступицы гайками на
болтах или запрессованных в ее фланец шпильках.
Крепление колес центрируется:
• по сферическим или коническим фаскам крепежных
отверстий;
• по центральному отверстию диска;
• по цилиндрической поверхности крепежных отверстий
диска.
На колесах легковых автомобилей выштамповки диска
в местах крепежных отверстий создают упругие де
формации от усилия затяжки и обеспечивают стабильность
затяжки.
Крепление колеса грузового автомобиля усложняется
необходимостью установки сдвоенных колес. По
стандарту крепление колес грузового автомобиля предусматривает
раздельное крепление внутреннего и наружного дисков.
Внутренний диск центруется и закрепляется колпачковыми
гайками с наружной резьбой, а наружный диск закрепляется
гайками, навертываемыми на колпачковые гайки.
Такое крепление имеет ряд недостатков. Чтобы предотвратить
некоторые из них, рекомендуется наносить на наружную
резьбу колпачковой гайки графитосодержащий смазочный
материал. Для исключения самоотвинчивания левого
колеса закрепляют гайки с левой резьбой.
Крепление одинарных колес грузовых автомобилей выполняют трех типов:
• с фиксацией диска гайками по сферической фаске;
• с фиксацией диска гайками на ступице;
• с фиксацией диска по центральному отверстию и крепление
гайками с завальцованной шайбой.
Балансировкой называется процесс устранения неуравновешенности
колеса. Существуют следующие виды балансировки:
• статическая — уменьшение главного вектора дисбаланса
колеса, когда ось колеса и его главная центральная
ось инерции параллельны.
• моментная — уменьшение главного момента дисбалансов,
когда ось колеса и его главная центральная
ось инерции пересекаются в центре масс колеса.
• динамическая — уменьшение дисбалансов колеса, корректирующих
его динамическую неуравновешенность,
когда ось колеса и его главная центральная ось инерции пересекаются не в центре масс или перекрещиваются
Биение и неуравновешенность тесно связаны и наблюдаются
совместно. В результате неуравновешенности и биений:
• увеличиваются вибрации кузова;
• ухудшается комфортабельность;
• сокращается срок службы шин, амортизаторов, рулевого
управления;
• возрастает расход топлива и затраты на обслуживание
автомобиля.
С ростом скорости движения автомобиля влияние этих
отрицательных явлений возрастает.
ГОСТ 4754-80 определяет допустимые значения статического
дисбаланса при балансировке колес, для каждой
шины установлено свое значение.
Автомобильная шина состоит из:
• каркаса;
• брекера;
• протектора;
• боковин;
• камеры или герметизирующего слоя;
• ободной ленты;
• вентиля.
К шинам автомобилей предъявляются следующие требования:
• соответствие упругих свойств параметрам автомобиля
и условиям движения;
• камерные и бескамерные шины, смонтированные на
ободе, должны быть герметичными и обеспечивать заданную
стабильность внутреннего давления по времени;
• сцепление шин с покрытием дороги должно быть
• достаточным, а сопротивления качению — минимальным;
• шина должна обеспечивать низкую удельную нагрузку
в контакте с дорогой;
• рисунок протектора должен соответствовать дорожному
покрытию (рис.93);
• биение шин не должно превышать допустимых значений
по типам шин;
• уровень шума при движении должен быть в пределах
допустимого;
• шина должна обладать достаточной прочностью (противостоять
проколам и другим видам повреждений),
износостойкостью протектора и должна обеспечивать
заданную долговечность;
• удобство монтажа и демонтажа и ремонтопригодность.
Автомобильные шины классифицируются
по назначению:
• для легковых автомобилей;
• для грузовых автомобилей;
• для автомобилей высокой проходимости;
по способу герметизации:
• камерные;
• бескамерные;
по профилю:
• обычного профиля;
• широкопрофильные;
• низкопрофильные;
• сверхнизкопрофильные;
• арочные;
• пневмокаток;
по размерам:
• крупногабаритные В > 350 мм (14”);
• среднегабаритные В = 200...350 мм (7”...14”)
• малогабаритные В < 260 мм (10”);
по конструкции:
• диагональная (угол наклона нити в середине беговой
дорожки 45...60°);
• опоясанная диагональная (в брекере угол наклона нити
больше 60°);
• радиальная (угол наклона нити каркаса 0°, в брекере
65°);
• с регулируемым давлением;
• бескаркасные;
• со съемным протектором в каркасе.
При выборе шин для грузовых автомобилей особое внимание
обращается на надежность, срок службы, малое сопротивление
качению и на соответствие рисунка протектора
дорожным условиям.
При выборе шин для легкового автомобиля особое требование
предъявляется к безопасности, экономичности, комфортабельности
и обеспечению оптимального диаметра шины
при заданной грузоподъемности.
Современные тенденции развития конструкций шин:
• уменьшение относительной высоты и профиля;
• применение радиальных
и бескамерных
Основные направления совершенствования конструкций
шин характеризуются применением бескамерных радиальных
шин. Для бескамерных шин требуется специальный
глубокий обод, обеспечивающий полное уплотнение при
простоте сборки. Применяют безопасный контур обода с подкатом.
Пневматические радиальные и диагональные шины на
каждой покрышке носят маркировку: товарный знак заводаизготовителя,
обозначение шины, модель. Например:
Диагональная низкопрофильная шина
Условное обозначение посадочного диаметра в дюймах
Условное обозначение ширины профиля в дюймах
Радиальная сверхнизкопрофильная шина серий 70 и 80
Посадочный диаметр, в дюймах
Индекс радиальной шины
Индекс серии (соотношение высоты профиля
к ширине, в %)
Ширина профиля, в мм
При увеличении скорости свыше 160 км/ч требуется некоторое
повышение давления в шине по нормам ГОСТ
20993-75. ГОСТ 13298-78 регламентирует снижение давления
при движении по бездорожью. Для тяжелых участков
заболоченной местности, снежной целины и сыпучих песков
допустимое давление не ниже 0,05 МПа при максимальной
скорости движения 10 км/ч; 0,1...0,2 МПа при скорости
до 20 км/ч.
При установке шин с регулируемым давлением автомобиль
должен быть оборудован устройством для подвода воздуха
к шине на ходу и на стоянке. Устройство это использует
сжатый воздух от компрессора тормозной системы.
В процессе эксплуатации износ шин неодинаков, задние
шины изнашиваются быстрее, чем передние, а левые меньше,
чем правые. Чтобы износ шин был равномерным, их
необходимо периодически, не реже чем через 5000 км пробега
автомобиля переставлять по схеме (рис. 96), указанной в
инструкции по эксплуатации, прилагаемой к транспортному
средству. Покрышки, имеющие пробоины или даже незначительные
механические повреждения, необходимо сдавать
в ремонт.
Монтаж (сборка) шины ведется на чистый и исправный
обод. Камера перед укладкой в покрышку проверяется на
герметичность. Затем в покрышку вкладывают камеру,
предварительно слегка подкачав ее воздухом, и надевают
ободную ленту. Собранную шину надевают на обод колеса,
вставляя в паз обода вентиль камеры. Приподняв шину со
стороны вентиля, надевают ее противоположную сторону
на обод, устанавливают съемное бортовое, а затем замочное
кольцо, вдавливая его до полной посадки в канавку
обода. Смонтированное колесо накачивают воздухом до
давления 0,05-0,15 МПа. После чего борт покрышки расправляют
ударами деревянного молотка по наружному краю
замочного кольца. Борт шины должен полностью сесть на
полки обода и кольца, после этого давление в камере доводят
до нормы эксплуатации автомобиля в конкретных
дорожных климатических условиях. Рассмотренный порядок
сборки шины относится к грузовым автомобилям, имеющим
полный обод колеса.
Демонтаж (разборку) шины производят следующим образом.
Для начала необходимо полностью выпустить воздух
из камеры. Затем отжимают борт покрышки от диска
колеса, пользуясь прямой лопаткой и лопаткой с прямым
захватом. Сначала прямой, а затем обеими лопатками отжимают
замочное кольцо и вынимают его. Далее, перевернув
шину, вынимают из нее диск колеса.
При монтаже и демонтаже шин легковых и грузовых
автомобилей, имеющих диск колеса с разъемом, необходимо
пользоваться основным правилом, то есть начинать монтаж
надо со стороны шины, противоположной вентилю, а демонтаж
— со стороны вентиля, последовательно отделяя сначала
наружный борт покрышки, а затем внутренний. При снятии
покрышки с обода колеса предварительно следует по возможности
утопить внутренний борт покрышки к центру ручья обода,
что облегчит операцию демонтажа шины, предотвратит порыв
ее борта и деформацию обода колеса.