Колеса

Автомобильное колесо: 1 - шина; 2 - обод; 3 - соединитель; 4 - ступица

Пневматическая шина сглаживает дорожные неровности и вместе с подвеской, смягчая и поглощая толчки и удары от неровности дороги, обеспечивает плавность хода автомобиля, а также надежное сцепление его колес с поверхностью дороги.

Ступица обеспечивает установку колеса на мосту на подшипниках и создает возможность колесу вращаться. При отсутствии ступицы вращающейся посадочной частью колеса является фланец полуоси, размещенной в балке моста на подшипниках.

На автомобилях применяют различные типы колес

Типы колес

Ведущие колеса преобразуют крутящий момент, подводимый от двигателя через трансмиссию, в тяговую силу, а свое вращение — в поступательное движение автомобиля.

Управляемые и поддерживающие колеса являются ведомыми; они воспринимают толкающую силу от рамы или кузова и преобразуют поступательное движение автомобиля в их качение.

Комбинированные колеса выполняют функции ведущих и управляемых одновременно.

Дисковые колеса из стального листа в качестве соединителя ступицы и обода колеса имеют стальной штампованный диск, приваренный к ободу. В литых колесах из легких сплавов (алюминиевых, магниевых) диск отливается совместно с ободом колеса. Дисковые колеса применяют на легковых и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности.

Бездисковые колеса имеют соединитель, изготовленный совместно со ступицей; их выполняют в продольной и поперечной плоскостях.

Спицевые колеса в качестве соединителя обода и ступицы имеют проволочные спицы.

Типы, размеры и маркировка шин

На автомобилях применяют шины различных типов, предназначенные для эксплуатации при температуре окружающей среды от -45 до +55 °С.

Типы шин

Размеры и маркировка шины проставлены на ее боковой поверхности. Основными размерами шины являются ширина В и высота Н профиля, посадочный d и наружный D диаметры. Размер диагональных шин обозначается двумя числами — в виде сочетания размеров B—d. Для выпускаемых отечественных шин принята дюймовая система обозначения, т. е. размеры даются в дюймах (например, 6,95—16).

Основные размеры шин:
В и Н— ширина и высота профиля; d и D — посадочный и наружный диаметры

Размер радиальных шин обозначается тремя числами и буквой R (например, 175/70/J13, где 175 — ширина профиля шины В, мм; 70 — отношение высоты Н к ширине профиля В, %; R — условное обозначение радиальной шины; 13 — посадочный диаметр d, дюймы). Кроме размеров в маркировке шины указывают завод-изготовитель, модель шины, ее порядковый номер и другие данные. На шины при необходимости наносят дополнительные обозначения.

Камерные и бескамерные шины

Камерная шина состоит из покрышки 10, камеры 9 и ободной ленты 2 (в шинах легковых автомобилей ободная лента отсутствует).

Камерная (а) и бескамерная (б) шины:
1 и 12 — вентили; 2 —лента; 3— сердечник; 4— борт; 5— боковина; 6— каркас; 7 — подушечный слой; 8 — протектор; 9 — камера; 10 — покрышка; 11 — воздухонепроницаемый слой

Покрышка шины воспринимает давление сжатого воздуха, находящегося в камере, предохраняет камеру от повреждений и обеспечивает сцепление колеса с дорогой. Покрышки изготовляют из резины и специальной ткани — корда. Резина, используемая для производства покрышек состоит из каучука (натурального или синтетического), к которому добавляют серу, сажу, смолу, мел, переработанную старую резину и другие примеси и наполнители. Покрышка состоит из протектора 8, подушечного слоя (брекера) 7, каркаса 6, боковин 5 и бортов 4 с сердечниками 3. Каркас является основой покрышки. Он соединяет все ее части в одно целое и придает покрышке необходимую жесткость, обладая высокой эластичностью и прочностью. Каркас выполнен из нескольких слоев корда толщиной 1 ... 1,5 мм.

Корд представляет собой специальную ткань, состоящую в основном из продольных нитей диаметром 0,6...0,8 мм с очень редкими поперечными нитями. В зависимости от типа и назначения шины корд может быть хлопчатобумажным, вискозным, капроновым, перлоновым, нейлоновым и металлическим.

Протектор обеспечивает сцепление шины с дорогой и предохраняет каркас от повреждения. Его изготовляют из прочной, твердой, износостойкой резины. В нем различают расчлененную часть (рисунок) и подканавочный слой. Ширина протектора составляет 0,7...0,8 ширины профиля шины, а толщина — 10...20 мм у шин легковых и 15... 30 мм у шин грузовых автомобилей. Рисунок протектора зависит от типа и назначения шины.

Подушечный слой (брекер) связывает протектор с каркасом и предохраняет каркас от толчков и ударов, воспринимаемых протектором от неровностей дороги (у шин легковых автомобилей подушечный слой иногда отсутствует). Он обычно состоит из нескольких слоев корда (толщина подушечного слоя 3... 7 мм). Подушечный слой работает в наиболее напряженных темпе ратурных условиях по сравнению с другими элементами шины (до 110... 120°С).

Боковины предохраняют каркас от повреждений и действия влаги. Их обычно изготовляют из протекторной резины толщиной 1,5...3,5мм.

Борта надежно укрепляют покрышку на ободе. Снаружи борта имеют один-два слоя прорезиненной ленты, предохраняющей их от истирания об обод и от повреждений при монтаже и демонтаже шины. Внутрь бортов заделаны стальные проволочные сердечники, которые увеличивают прочность бортов, предохраняют их от растягивания и предотвращают соскакивание шины с обода колеса. Шина с поврежденным сердечником непригодна для эксплуатации.

Камера удерживает сжатый воздух внутри шины. Это эластичная резиновая оболочка в виде замкнутой трубы. Для плотной посадки (без складок) внутри шины размеры камеры несколько меньше, чем внутренняя полость покрышки. Толщина стенки камеры обычно составляет 1,5 ...2,5 мм для шин легковых автомобилей и 2,5... 5 мм для грузовых автомобилей и автобусов. На наружной поверхности камеры имеются радиальные риски, которые способствуют отводу наружу воздуха, остающегося между камерой и покрышкой после монтажа шины. Камеры изготовляют из высокопрочной резины.

Для накачивания и выпуска воздуха камера имеет специальный клапан — вентиль. Он позволяет нагнетать воздух внутрь камеры и автоматически закрывает его выход из камеры.

Ободная лента, устанавливаемая между ободом колеса и камерой шины, предохраняет камеру от повреждений и трения об обод колеса и борта покрышки. Лента исключает также возможность защемления камеры между бортами покрышки и ободом. Она выполнена из резиновой профилированной ленты и имеет форму кольца, внутренний диаметр которого несколько больше диаметра обода колеса.

Бескамерная шина  по устройству близка к покрышке камерной шины и по внешнему виду почти не отличается от нее. Особенностью бескамерной шины является отсутствие камеры и наличие на ее внутренней поверхности герметизирующего воздухонепроницаемого резинового слоя 11 толщиной 1,5... 3 мм, который удерживает сжатый воздух внутри шины. На бортах шины, кроме того, имеется уплотняющий резиновый слой, обеспечивающий необходимую герметичность в местax соединения бортов и обода колеса. Материал каркаса шины также характеризуется высокой воздухонепроницаемостью, так как для него используют вискозный, капроновый или нейлоновый корд. Бескамерные шины по сравнению с камерными повышают безопасность движения, легко ремонтируются, во время работы меньше нагреваются, более долговечны, проще по конструкции, имеют меньшую массу.

Рисунок протектора шины

Рисунки протектора шин (а...д) и шипы противоскольжения (е):
1 — сердечник; 2 — корпус

Большое влияние на движение автомобиля оказывает рисунок протектора шины.

Дорожный рисунок протектора (рис.  а) имеют шины, предназначенные для работы на дорогах с твердым покрытием. Он обычно представляет собой продольные зигзагообразные ребра и канавки. Рисунок такого типа придает протектору высокую износостойкость, обеспечивает бесшумность работы шины и достаточную сопротивляемость заносу.

Кроме того, легковые шины могут иметь дорожный направленный рисунок протектора и дорожный асимметричный рисунок.

Шины с направленным рисунком протектора лучше отводят воду и грязь из места контакта их с дорогой, чем шины с обычным дорожным рисунком. Эти шины создают меньше шума. Однако рисунок запасного колеса при его установке совпадает по направлению вращения только с рисунком колес одной стороны автомобиля. Временная установка его против указанного направления вращения допустима только при условии движения с меньшей скоростью.

Шины с асимметричным рисунком протектора хорошо работают в различных условиях эксплуатации. Так, наружная сторона этих шин лучше работает на твердой дороге при положительной температуре, а внутренняя — в зимних условиях при пониженной температуре.

Универсальный рисунок протектора (рис. б) используют для шин автомобилей, эксплуатируемых на дорогах смешанного типа (с твердым покрытием и грунтовых). Протектор с таким рисунком имеет мелкую насечку в центральной части и более крупную — в боковой. При движении по плохим дорогам боковые выступы входят в зацепление с грунтом, в результате чего улучшается проходимость. Однако при таком рисунке повышается изнашивание протектора во время движения по сухим твердым дорогам. Рисунок обеспечивает хорошее сцепление на грунтовых дорогах, а также на мокрых, грязных и заснеженных дорогах с твердым покрытием.

Универсальный рисунок протектора также называется всесезонным, а шины с универсальным рисунком — всесезонными. Рисунок повышенной проходимости (рис.  в) имеют шины, предназначенные для эксплуатации в тяжелых дорожных условиях и в условиях бездорожья. Он характеризуется высокими грунтозацепами. Протектор с таким рисунком обеспечивает хорошее сцепление с грунтом и хорошее самоочищение колес от грязи и снега между грунтозацепами. При движении по дорогам с твердым покрытием ускоряется изнашивание шин с этим рисунком протекгора, возрастает шум, ухудшаются плавность хода и устойчивость автомобиля.

Карьерный рисунок протектора (рис. г) имеют шины, предназначенные для работы в карьерах, на лесозаготовках и т. п. Этот рисунок аналогичен рисунку повышенной проходимости, но имеет более широкие выступы и более узкие канавки. Выступы выполняются массивными, широкими в основании и суживающимися кверху. Карьерный рисунок протектора обеспечивает высокое сопротивление шины механическим повреждениям и изнашиванию.

Зимний рисунок протектора (рис.  д) предназначен для шин, эксплуатируемых на заснеженных и обледенелых дорогах. Он состоит из отдельных резиновых блоков угловатой формы, расчлененных надрезами, и достаточно широких и глубоких канавок. Площадь выступов зимнего рисунка составляет 60...70 % площади беговой дорожки протектора. Протектор с зимним рисунком обладает хорошей самоочищаемостью и интенсивным отводом влаги и грязи из зоны контакта. При движении по сухим дорогам с твердым покрытием, особенно в летнее время, шины с зимним рисунком протектора ускоренно изнашиваются, имеют значительное сопротивление качению и большую шумность. Эти шины допускают движение с максимальной скоростью на 15...35% ниже, чем обычные шины.

Зимний рисунок протектора обеспечивает возможность установки шипов противоскольжения для повышения безопасности движения на обледенелых и укатанных заснеженных дорогах. С этой целью в протекторе шины делают гнезда для шипов. Ошипованные шины повышают сцепление колес на скользких и обледенелых дорогах, на 40... 50 % сокращают тормозной путь, значительно повышают безопасность криволинейного движения и сопротивление заносу. Ошипованные шины следует применять на всех колесах автомобиля, частичная установка их приводит к нарушению безопасности движения. Давление в шинах с шипами на 0,02 МПа выше, чем в обычных шинах.

Шипы противоскольжения (рис. е) применяют на современных пневматических шинах. Шип состоит из корпуса 2 и сердечника 1. Сердечник делают из твердого сплава, обладающего высокой износостойкостью и вязкостью, корпус — обычно из сплава стали и свинца. Его оцинковывают, хромируют для защиты от коррозии. Иногда корпус шипа изготовляют пластмассовым. Диаметр шипа зависит от его назначения: для шин легковых автомобилей применяют шипы диаметром 8...9 мм.

Длина шипа в зависимости от толщины протектора шин составляет 10 мм и более.

Число шипов, устанавливаемых в шине, зависит от массы легкового автомобиля, мощности двигателя и условий эксплуатации.

В месте контакта шины с дорогой должно быть 8... 12 шипов. Наибольшая эффективность достигается, если длина выступающей части шипов составляет 1... 1,5 мм для шин легковых автомобилей.

Профиль шин

Широкопрофильные шины с двумя (а) и одной (б) беговыми дорожками

Применяемые на автомобилях шины могут иметь различную форму (профиль) поперечного сечения.

Шины обычного профиля (тороидные) выполняют камерными и бескамерными. Их профиль близок к окружности. Отношение высоты Я профиля шины к его ширине В составляет 0,9... 1,0. Эти шины распространены в наибольшей мере. Их устанавливают на легковых и грузовых автомобилях, автобусах, прицепах и полуприцепах, эксплуатируемых преимущественно на благоустроенных дорогах.

Широкопрофилъные шины (рис. а, б) имеют профиль овальной формы, отношение Н/В =0,6...0,9. Такие шины также могут быть камерными и бескамерными. Они работают как с постоянным, так и с переменным давлением воздуха. Выполняют их с одной или двумя выпуклыми беговыми дорожками. Нормальное внутреннее давление воздуха для широкопрофильных шин примерно в 1,5 раза ниже, чем для обычных.

Широкопрофильные шины с регулируемым давлением и одной беговой дорожкой применяют на автомобилях для повышения их проходимости, а с постоянным давлением и двумя беговыми дорожками — на автомобилях ограниченной проходимости для замены обычных шин сдвоенных задних колес. При этом достигаются снижение расхода материалов на 10...20% и уменьшение массы колес на 10... 15 %. По сравнению с обычными шинами 4 широкопрофильные имеют повышенную грузоподъемность и пониженное сопротивление качению. Они улучшают управляемость, устойчивость и повышают проходимость автомобиля, а также уменьшают расход топлива. Недостатком широкопрофильных шин является необходимость использования на одном автомобиле шин двух типов (обычных и широкопрофильных) и соответственно двух запасных колес (для переднего и заднего мостов) в тех случаях, когда они устанавливаются на сдвоенные задние колеса вместо обычных шин.

Низкопрофильные шины имеют Н/В =0,7...0,88, а сверхнизкопрофильные — не более 0,7. Те и другие шины повышают устойчивость и управляемость автомобиля. Они предназначены главным образом для легковых автомобилей и автобусов.

Специальные шины:
а — арочные; б — пневмокаток; в — с регулируемым давлением

Арочные шины (рис. а) получили свое название от формы профиля — арки переменной кривизны с низкими мощными бортами {Н/В =0,35...0,5). Каркас шин прочный, тонкослойный, обладает малым сопротивлением изгибу. Арочные шины выполняют бескамерными. Внутреннее давление воздуха составляет 0,05... 0,15 МПа. Ширина профиля арочных шин в 2,5... 3,5 раза больше, чем у обычных, а радиальная деформация выше в 2 раза. Протектор арочной шины имеет рисунок повышенной проходимости с мощными расчлененными грунтозацепами эвольвентной формы почти на всю ширину профиля шины. Высота грунтозацепов составляет 35 ...40 мм, а шаг между ними — 100... 250 мм. В средней части рисунка протектора по окружности шины находится специальный пояс, состоящий из одного или двух рядов расчлененных грунтозацепов и предназначенный для уменьшения изнашивания протектора шины при движении по дороге с твердым покрытием. Широкий профиль с высокими грунтозацепами, эластичность шины и низкое давление воздуха обеспечивают большую площадь контакта протектора с опорной поверхностью, малое удельное давление, небольшое сопротивление качению и возможность реализации большой тяговой силы на мягких грунтах. При качении по мягкому грунту арочные шины интенсивно уплотняют его в направлении к центру контакта шин с опорной поверхностью. Вследствие этого значительно повышается проходимость автомобиля в условиях бездорожья (по размокшим грунтам, заснеженным дорогам и т. п.). Арочные шины используют как сезонное средство повышения проходимости автомобилей. Их устанавливают вместо обычных шин — сдвоенных задних колес на специальном ободе. По сравнению с обычными шинами арочные имеют более высокую стоимость, повышенный износ протектора на дорогах с твердым покрытием и более сложные монтаж и демонтаж.

Пневмокатки (рис. б) представляют собой высокоэластичные оболочки бочкообразной формы. Ширина П-образного профиля составляет 1 ...2 наружных диаметра пневмокатка, а отношение Н/В= 0,25...0,4. Протектор снабжен невысокими, редко расположенными грунтозацепами, которые наряду с основным своим назначением повышают прочность пневмокатка и обеспечивают сохранность (устойчивость) его формы. Эластичность пневмокатков в 3...4раза выше, чем у обычных шин, и в 1,5...2 раза выше, чем у арочных. Пневмокатки изготовляют бескамерными. Внутреннее давление воздуха в них 0,01 ...0,05 МПа. Высокая эластичность и малое внутреннее давление воздуха обеспечивают пневмокаткам очень низкое давление на грунт, хорошую приспособляемость к дорожным условиям и высокую сопротивляемость к проколам и повреждениям. В случае прокола воздух из пневмокатка выходит очень медленно из-за незначительного внутреннего давления. Однако по этой же причине пневмокатки при достаточно больших размерах имеют относительно малую грузоподъемность. Значительная ширина и малая грузоподъемность ограничивают применение пневмокатков на автомобилях. Кроме того, на ровных дорогах с твердым покрытием пневмокатки имеют относительно низкий срок службы.

Пневмокатки предназначены для автомобилей, работающих в особо тяжелых условиях. Их монтируют на ободьях специальной конструкции. Автомобили с пневмокатками могут двигаться по снежной целине, сыпучим пескам, заболоченной местности и т, п.

Диагональные и радиальные шины

Диагональная (а) и радиальная (б) шины:
1 — подушечный слой; 2 — каркас

Конструкции каркаса диагональной и радиальной шин различны. В каркасе 2 (рис. а) диагональной шины нити корда расположены под углом 50...52й к оси колеса и перекрещиваются в смежных слоях. Нити корда подушечного слоя 1 также расположены под некоторым углом к оси колеса. Каркас диагональной шины менее подвержен повреждению от ударов, порезов и т. п.

Радиальная шина (рис. б) отличается от диагональной расположением нитей корда в каркасе, формой профиля, слойностью, особенностями подушечного слоя, бортовой части и протектора, качеством применяемых материалов.

Нити корда шины расположены радиально, идут параллельно друг другу от одного борта шины к другому. Число слоев корда вдвое меньше, чем у диагональной шины. Подушечный слой 7 изготовлен из металлического или вискозного корда. Высота профиля шин несколько снижена — Н/В =0,7...0,85. Шины бывают камерными и бескамерными. Радиальные шины по сравнению с диагональными характеризуются большей грузоподъемностью (на 15...20%), большей радиальной эластичностью (на 30...35 %), меньшим сопротивлением качению (на 10 %), меньшим нагревом (на 20...30°С). Они лучше сглаживают микронеровности дороги, улучшают управляемость автомобиля, уменьшают расход топлива и обладают большей износостойкостью. Срок службы шин в 1,5... 2 раза выше, их пробег составляет 75...80 тыс. км. Однако шины имеют высокую стоимость и повышенную боковую эластичность.

Шины с регулируемым давлением

Шины с регулируемым давлением (см. рис.  в) могут быть камерными и бескамерными. По сравнению с обычными шинами они имеют увеличенную ширину профиля (на 25...40%), меньшее число слоев корда каркаса (в 1,5...2раза), мягкие резиновые прослойки между его слоями, увеличенную площадь опоры на грунт (в 2...4 раза при снижении давления), меньшее удельное давление на грунт, хорошее сцепление с ним и большую эластичность. Протектор шин также отличается повышенной эластичностью и имеет специальный рисунок с крупными, широко расставленными грунтозацепами, допускающими большие деформации. Высота грунтозацепов 15... 30 мм. Вентиль шин не имеет золотника. Такие шины могут работать с переменным давлением воздуха 0,05...0,35 МПа, значение которого выбирает водитель в соответствии с дорожными условиями. Давление воздуха в шинах регулируют с помощью специального оборудования, которое позволяет не только поддерживать в шинах требуемое давление в зависимости от условий эксплуатации, но и непрерывно подавать воздух в шины при проколах и мелких повреждениях. Шины с регулируемым давлением применяют на автомобилях высокой проходимости для работы на дорогах всех категорий в любых климатических зонах страны при температурах от -60 до +55 °С. При прохождении тяжелых участков пути — заболоченной местности, снежной целины, сыпучих песков — давление воздуха в шинах снижают до минимума, а на дорогах с твердым покрытием доводят до максимального значения. В связи с тем что они работают в более тяжелых условиях и при пониженных давлениях воздуха, срок их службы в 2...2,5 раза меньше, чем у обычных шин. Кроме того, эти шины имеют пониженную грузоподъемность по сравнению с обычными шинами того же размера.

Обод, ступица и соединитель колеса

У колес автомобиля могут быть глубокие неразборные или разборные ободья, служащие для установки пневматической шины. Они имеют специальный профиль, их обычно штампуют или прокатывают из стали, а также отливают совместно с диском из легких сплавов (алюминиевых, магниевых).

Дисковые (а, б) и спицевое (в) колеса легковых автомобилей:
1— диск; 2 — обод; 3 — спица; А и Б — отверстия; В — выемка

Глубокий обод 2 (рис. а) выполнен неразборным. В средней части обода сделана выемка В (симметричная или несимметричная), которая облегчает монтаж и демонтаж шины. По обе стороны выемки расположены конические полки, которые заканчиваются бортами. Угол наклона полок обода составляет 5⁺¹ вследствие чего улучшается посадка шины на ободе.

Глубокие ободья отличаются большой жесткостью, малой массой и простотой изготовления. Однако на них можно монтировать шины сравнительно небольших размеров с высокой эластичностью бортовой части. Поэтому глубокие ободья используют только в колесах легковых автомобилей и грузовых автомобилей малой грузоподъемности.

Разборные ободья применяют для колес большинства грузовых автомобилей. Их конструкции весьма разнообразны. Разборный обод с конической посадочной полкой наиболее часто используют для камерных шин грузовых автомобилей. Обод 3 имеет неразрезное съемное бортовое кольцо 1 с конической полкой, которое удерживается на ободе с помощью пружинного разрезного кольца 2. Разборные ободья облегчают монтаж и демонтаж шин, имеющих большие массу, размеры и жесткую бортовую часть. Для шин с регулируемым давлением воздуха, широкопрофильных, арочных, а также некоторых шин грузовых автомобилей большой грузоподъемности применяют разборные ободья с разборными кольцами. Такой обод состоит из двух частей, соединяемых между собой болтами. Разборные ободья обеспечивают надежное крепление шины независимо от внутреннего давления воздуха в ней.

Ступица обеспечивает установку колеса на мосту и дает возможность колесу вращаться. Ступицы делают обычно из стали или ковкого чугуна, монтируют на мосту с помощью конических роликовых подшипников. Кроме колес к ступицам также крепят тормозные барабаны и фланцы полуосей (ведущие мосты грузовых автомобилей).

Ступица переднего колеса автомобиля ВАЗ повышенной проходимости (См. Передняя подвеска автомобиля ВАЗ повышенной проходимости)

Ступица переднего колеса переднеприводного автомобиля ВАЗ (см.Передняя подвеска переднеприводного автомобиля ВАЗ).

Ступица 1 заднего колеса (см. Задняя плдвеска переднеприводного автомобиля ВАЗ).

Соединитель колеса чаще всего выполняется в виде диска. Такие колеса называются дисковыми.

Бездисковые колеса имеют соединительную часть, изготовленную совместно со ступицей. Колеса делают разъемными в продольной или поперечной плоскости.

Конструкция (а) и крепление (б) бездискового колеса:
1 — секторы; 2 — ступица; 3 — прижим; 4 — шпилька; 5— гайка