Будова автомобільного колеса

Колесо автомобіля складається з пневматичної шини, обода, сполучного елементу (диска), маточини і пневматичних шин.
Залежно від конструкції обода і сполучного елементу колеса можуть бути розбірними і не розбірними,дисковими і бездисковими. Маточина колеса забезпечує його вільну установку на осі автомобіля.

Облаштування автомобільного колеса :
1 - шина;2 - обід;3 – маточина

Нерозбірне колесо з глибоким ободом

Обід служить для з'єднання шини з колесом. З цією метою йому надається спеціальної форми. Колесо у зборі має бути збалансоване, важелі балансувань кріпляться до обода за допомогою пружинних затисків або клею. На більшості легкових автомобілів і вантажних невеликої вантажопідйомності використовується глибоке, нерозбірне обіддя.
Глибокий обід жорстко з'єднується з диском, який служить для кріплення колеса до маточини за допомогою болтів або гайок з шпильками. Полиці глибокого обода мають конусну форму для щільної посадки шини на обід. Кут нахилу полиць складає, як правило (5±1) °. Полиці обода закінчуються закраїнами, що мають певну форму і служать бічними упорами для шини.

Відстань між закраїнами називається шириною профілю обода. У середній частині обода є поглиблення, необхідне для полегшення монтажу і демонтажу шини на обід. Це поглиблення (струмок) може бути розташоване симетрично відносно площини колеса або зі зміщенням.
Розміри і профіль обода регламентовані відповідними стандартами. На кожен обід наноситься відповідна маркіровка, з якої можна упізнати розміри і профіль. Основні розміри обода, ширину профілю і діаметр, якправило, усі виготівники вказують в дюймах, за винятком компанії Michelin, яка застосовує для цього міліметри.
Приклад маркіровки : 5j × 13h2 ET 30, де:

5 - ширина обода в дюймах;
13 - діаметр обода в дюймах;
J і H2 - конструктивні особливості профілю обода;
ET 30 - виліт (від німецького слова Einpresstiefe - ET) 30мм.

Позитивне (а) і негативне (б) плече обкату керованогоколеса

Виліт колеса (виступ) є важливим параметром. Будь-якеколесо повинне "охоплювати" маточину, до якої воно кріпиться, тому що центр плями контакту шини з дорогою зміщується відносно вертикальній осі, що проходить через центр маточини на невелику величину, яка розраховується при конструюванні підвіски і рульового управління автомобіля.
Величина вильоту особливо важлива для керованих коліс,тому що положення плями контакту відносно осі повороту колеса відіграє важливу роль у визначенні характеристик повороту автомобіля.

Нерозбірні колеса з глибоким ободом зазвичай центруються на маточині за допомогою центрального отвору. Якщо діаметр центрального отвору більший, ніж у посадочної частини маточини, то центрування здійснюється по конічних (чи сферичним) поверхнях вотворах диска, призначених для кріплення болтами або гайками. Іноді для кращого центрування і полегшення монтажу використовують пластмасові кільця, які встановлюються перед монтажем колеса на маточину в центральний отвір диска. Колісні диски легкових автомобілів виготовляються штампуванням із сталі з подальшим зварюванням обода і диска або з легких сплавів (алюмінієвих або магнієвих).Найміцніші колеса з легких сплавів - ковані. Вони мають дрібнозернисту структуру і високу міцність при малій масі. Легкосплавні колеса дорожче за сталеві, але естетично привабливіше. Колеса виготовлялися із композитних матеріалів: наприклад, ще в 70-і рр. Фірма Citroеn випускала армовані углепластикові колеса, які важили в два рази менше за металеві. Проте через високу вартості таких коліс вони встановлюються тільки на дорогих спортивних автомобілях.

Розбірне обіддя застосовують для коліс більшості вантажних автомобілів і автобусів. Розбірне обіддя може бути дисковим і бездисковим. Найчастіше використовується розбірне обіддя з конічними посадочними полицями.

Конструкція розбірного обода вантажного автомобіля :
1 - закраїна;2 - обід;3 - розрізна частина обода;М - ширина обода;D - діаметр обода

Шини вантажних автомобілів мають великі розміри і високу жорсткість, тому монтаж таких шин на нерозбірне обіддя ускладнений. Розбірне обіддя дозволяє полегшити це завдання. Для деяких шин вантажних автомобілів великої вантажопідйомності застосовують розбірне обіддя з кільцями розпорів. Таке обіддя складається з двох частин, що сполучаються між собою болтами. Така конструкція надійно утримує шину на колесі незалежно від значення тиску повітря в шині.
Маточини коліс виготовляють із сталі або ковкого чавуну.До них кріпляться елементи гальмівних механізмів, диски і барабани. Маточина встановлюється на підшипниках, які повинні сприймати не лише радіальні, але і осьові зусилля від дії бічних сил. У маточинах встановлюють конічні роликові або кулькові радіально-наполегливі підшипники.
У підшипники коліс закладається мастило, що витримує високі температури. Для відвертання витікання мастила і попадання бруду підшипники ущільнюються сальниками.

Бездискове колесо, його загальний вигляд (а) і кріпленняколеса (б) :
1 - сектори колеса;2 - маточина;3 - кріплення;4 - шпилька;5 – гайка

Конструкція шини.

Сучасна шина має досить складну конструкцію. Основним матеріалом для виготовлення шини служить гума і спеціальна тканина - корд. Якщо виготовити шину тільки з гуми, то при заповненні її повітрям, вона значно змінюватиме свої розміри і форму. Гума, що використовується для виробництва шини, виготовляється з каучуку (натурального і синтетичного), до якого в процесі виробництва додаються різні наповнювачі : сірка, сажа,смоли та ін.

Конструкція пневматичної шини :
1 - двошаровий протектор (червоним виділена м'яка гума);2 - спеціальна форма бортового кільця;3 - плечові частини, стійкі до порізів;4 - захисний бортовий шар

При виготовленні пневматичних шин для перших автомобілів використовувався тільки натуральний каучук,який отримували із смоли дерев - каучуконосів. Синтетичний каучук був уперше отриманий в нашій країні.Цей винахід належить академікові С. В. Лебедєву, який в1931-1932 р. уперше у світі розробив технологію виробництва синтетичного каучуку. Для того, щоб еластичний каучук з наповнювачами перетворився напружну гуму, він повинен пройти процес вулканізації(з'єднання сірки з каучуком, яке відбувається при підвищеній температурі). Шини вулканізуються в спеціальних прес-формах, внутрішня поверхня яких відповідає зовнішній поверхні шини. Перш ніж шина потрапляє в прес-форму, вона збирається із складових її елементів на спеціальних верстатах.

Покришка конструктивно складається з каркаса, брекера, протектора, боковини і борту. Каркас шини виготовляється з декількох шарів прогумованого корду, що є тканиною, що складається з близько розташованих один до одного подовжніх і рідкісних поперечних ниток. Чим міцніше нитки корду, тим довговічніше шина. В якості ниток для виготовлення корду нині застосовують синтетичне волокно, скловолокно і сталеві нитки (металокорд). Зі збільшенням шарів корду в каркасі збільшується міцність шини, але одночасно росте її маса і збільшується опір коченню.
Борт шини має певну форму, необхідну для щільної посадки її на обід колеса. Борти шини не повинні розтягуватися, щоб забезпечити щільну посадку шини наободі і запобігати можливості зіскока шини з обода. З цією метою усередині бортів шини вставляються розрізні або нерозрізні бортові кільця, виготовлені з декількох шарів міцного сталевого дроту. Зовні борту покриті прогумованим кордом і тонким шаром гуми.
Боковина шини є нанесеним на каркас тонким шаром еластичної і міцної гуми. Вона оберігає шину від бічних ушкоджень і дії вологи.

Протектор шини забезпечує зчеплення шини з дорогою і оберігає каркас від ушкоджень. Для його виготовлення використовується міцна, зносостійка гума. Зовнішня частина протектора виконується у вигляді чіткого малюнка,під яким знаходиться так званий, подканавочный шар. Малюнок протектора визначається типом і призначенням шини.
Брекер є спеціальним поясом, виконаним з декількох шарів прогумованого корду, який знаходиться між каркасом і протектором. Від конструкції брекера значною мірою залежить форма плями контакту шини з дорогою.Брекер оберігає каркас від поштовхів і ударів і передає зусилля різним частинам шини.
Внутрішня поверхня шини покрита тонким шаром гуми. Склад гуми, що застосовується для цього шару, може бути різним залежно від типу шини (камерна або безкамерна).

У камерній шині для утримання стислого повітря використовується камера, яка є еластичною, повітронепроникною оболонкою у вигляді замкнутої труби. Для того, щоб при монтажі шини на обід камера не утворювала складок, розміри камери мають бути дещо менші, ніж внутрішні розміри шини. Тому заповнена повітрям камера знаходиться в розтягнутому стані. Для накачування і випуску повітря камера з'єднується з вентилем - спеціальним клапаном, форма і розміри якого залежать від типу шини. При монтажі шини на обід колеса вентиль повинен проходити через спеціальний отвір,виконаний в цьому ободі.

Вентиль камери :
1 - стержень золотника;2 - різьбова голівка;3 - втулка;4 - ущільнювач;5 - верхня чашка;6 - кільце ущільнювача золотника;7 - нижня чашка;8 - корпус вентиля;9 - пружина золотника;10 - чашка напрямної;11 - обгумований кожух

Безкамерні шини зовні мало відрізняються від камерних.Внутрішнє покриття такої шини має бути виготовлене з шару повітронепроникної гуми завтовшки 2-3 мм, а на зовнішню поверхню борту наносять еластичну гуму, яка забезпечує герметичність при посадці шини на обід. Вентиль безкамерної шини утворює герметичне з'єднання при установці його в отвір обода колеса.
При проколі безкамерної шини невеликим предметом цей предмет розтягує повітронепроникний внутрішній шар гуми безкамерної шини і обволікається нею. При цьому повітря з безкамерної шини виходить дуже повільно, навідміну від камерної, в якій камера знаходиться в розтягнутому стані, і, отже, будь-яке її ушкодження викликає збільшення отвору, що утворився. Тому безкамерні шини безпечніші. Ремонт невеликих ушкоджень безкамерних шин можна робити без зняття шини з обода, герметизуючи отвір, що утворився,спеціальним матеріалом.

Конструкція колеса (а) з безкамерною шиною:
1 - протектор;2 - герметизуючий повітронепроникний гумовий шар;3 - каркас;4 - вентиль колеса;5 - обід;(б) колеса з камерною шиною:1 - обід колеса;2 - камера;3 - шина (покришка);4 – вентиль

Важливою перевагою безкамерних шин в порівнянні з камерними є менша маса і нагрів при русі. Останній обумовлений відсутністю тертя камери об шину і кращим охолодженням. Оскільки знос шин значною мірою залежить від робочої температури, безкамерні шини довговічніші. Не рекомендується встановлювати у безкамерні шини камери, оскільки при накачуванні камери між шиною і камерою можуть утворитися повітряні подушки, які заважатимуть відведенню тепла і приведуть до місцевого перегрівання шини. До недоліків безкамерних шин слід віднести велику складність ремонту в дорозі у разі сильних ушкоджень, а також необхідність у високій чистоті і гладкості закраїни обода для забезпечення герметичності.

Пневматична шина.

Пневматична шина, що є одним з найбільш важливих елементів автомобіля, складається з покришки і камери,розташованих на ободі колеса. Шина сприймає вертикальне навантаження, від ваги автомобіля, і усі зусилля, що виникають в плямі контакту шини з дорогою при прискоренні, гальмуванні і повороті автомобіля. Шина також поглинає і пом'якшує удари, що виникають при русі автомобіля по дорозі. Під час руху автомобіля еластична пневматична шина в нижній частині деформується, дрібні нерівності дороги поглинаються за рахунок деформації шини, а великі викликають плавне переміщення осі колеса. Така здатність шини називається згладжуючою. Згладжуюча здатність шини обумовлена пружними властивостями стислого повітря, яким заповнена шина.При деформації шини неминуче виникають втрати енергії,обумовлені внутрішнім тертям в матеріалі шини.Внутрішнє тертя підвищує температуру шини, що несприятливо позначається на її довговічності. Чим більше деформації шини, тим більше витрати енергії на внутрішні втрати і тим більша потужність витрачається на рух автомобіля. Властивості і працездатність шини значною мірою залежать від її конструкції.

Класифікація шин.

При експлуатації легкового автомобіля літом найбільше поширення отримали дорожні, всесезонні і універсальні типи шин. Дорожні шини (що називаються літніми), призначені для застосування приплюсових температурах на шосейних дорогах. Шини цього типу забезпечують найкраще зчеплення з сухим і мокрим твердим покриттям, паливну економічність, мають максимальну зносостійкість і якнайкраще пристосовані для швидкісної їзди. Для руху по грунтових дорогах (особливо мокрим) і взимку вони малопридатні. Малюнок протектора відрізняють чітко виражені подовжні канавки для відведення води з плями контакту протектора з дорогою, слабо виражені поперечні канавки і відсутність мікромалюнка. Крім того, вони мають обов'язковий плавний (що округляє) перехід від протектора до боковин.

Всесезонні шини є компромісним варіантом між літніми і зимовими шинами, тому поступаються їм поза безпеченню зчеплення з дорогою при використанні у відповідному сезоні. Вони пристосовані для роботи на сухому і мокрому асфальті, до зимових доріг, забезпечують непоганий рівень комфорту і задовільну економічність, але відрізняються дещо більшим зносом,ніж літні.
Один комплект таких шин забезпечує прийнятну реалізацію характеристик автомобіля при цілорічній експлуатації. Малюнок протектора всесезонної шини більше розгалужений, при чому елементи малюнка групуються в добре помітну "доріжку" і розділені канавками різної ширини. На великих елементах малюнкає вузькі прорізи (ламелі), що забезпечують з чеплення з обмерзлою або засніженою дорогою.

Як правило, на цих шинах проставлена маркіровка allseason, tous terrain або умовні знаки (сніжинка або крапля).
Універсальні шини (по вітчизняній термінології)призначені для роботи на дорогах будь-якої якості.Причому чітку межу між ними і всесезонными провести буває досить важко. Відрізняються вони передусім глибшим і розгалуженим малюнком протектора.
Річ у тому, що під дорогами "будь-якої якості" в СНД можнарозуміти 60-80% від усіх доріг, включаючи і бездоріжжя, тому цей тип шин багато в чому - вітчизняний винахід. За західними мірками до універсальних можна віднестишини типу М S (Mud and Snow - бруд і сніг) у варіанті з менш розчленованим канавками малюнком протектора, із слабо вираженим мікромалюнком або без нього.