Колеса осуществляют связь автомобиля с дорогой. Они обеспечивают движение автомобиля, его подрессоривание, изменение направления движения и передачу всех нагрузок от автомобиля на дорогу. Колеса делятся на ведущие, управляемые, комбинированные и поддерживающие.

Ведущие колеса преобразуют подводимый к трансмиссии момент в силу тяги, а свое вращение – в поступательное перемещение автомобиля.

В общем случае автомобильное колесо состоит из пневматической шины 1 (рис. 12.1), соединительного элемента 2, ступицы 3 и обода 4.

12.1. Пневматические шины

Шина является одним из основных элементов колеса. Благодаря упругости сжатого воздуха, находящегося внутри шины, при качении колеса по неровностям дороги происходит упругая деформация шины, приводящая к плавному перемещению оси колеса. Во время толчков возрастает давление воздуха в шинах и его нагрев. Тепло рассеивается в окружающее пространство. Таким образом, энергия удара гасится шиной. Упругая деформация шины при ударах растянута во времени, так что шина не только поглощяет энергию ударов, но и сглаживает их. Чем меньше давление в шинах (до определенного предела) тем лучше шина сглаживает толчки. Однако шины с низким давлением создают большее сопротивление качению, так как часть энергии, затрачиваемой на деформацию шины, безвозвратно теряется на внутреннее трение в материале шины. За счет внутреннего трения шина разогревается и больше изнашивается. Давление в шинах современных легковых автомобилей и грузовиков малой грузоподъемности обычно составляет 0,2…0,27 МПа. Для более тяжелых грузовых автомобилей и автобусов давление в шинах поддерживается в пределах 0,5…0,7 МПа. На автомобилях высокой проходимости устанавливаются шины с регулируемым, в процессе движения, давлением. Здесь оно бывает в пределах 0,05…0,3 МПа.

Шины автомобильных колес классифицируют по конструктивным признакам и геометрическим размерам. По конструктивным признакам различают шины камерные, бескамерные, по направлению нитей корда – радиальные и диагональные. Используются и другие признаки классификации по конструктивным особенностям, например по профилю рисунка шин и т.п.

К определяющим геометрическим параметрам относят: ширину шины В (рис. 12.2), высоту профиля Н, наружный диаметр D и посадочный диаметр d. В зависимости от ширины профиля (отношение Н/В) различают шины обычного профиля – Н/В более 0,9, широко профильные – Н/В = 0,6…0,9, сверх низко профильные – Н/В до 0,7, арочные - Н/В = 0,39….0,5, и шины пневмокатки - Н/В = 0,25…0,39. Широкие и низкие шины часто применяют вместо спаренных (сдвоенных) обычных шин, а арочные шины и пневмокатки устанавливаются на высокопроходимых автомобилях.

В обозначениях шин обычно указываю размеры D, B, d и конструкцию каркаса (направление нитей основы корда) буквами P или R (для шин с радиальным кордом). Размеры D и d могут даваться в дюймах или миллиметрах. Иногда на шинах указывается, так называемый, индекс скорости. Так индекс L соответствует допустимой скорости 120 км/ч, P – 150 км/ч, Q – 160 км/ч и S – 180 км/ч. Встречается в маркировке и индекс грузоподъемности шины. Например, индекс 75 соответствует грузоподъемности шины 3870 Н, индекс 85 – 5750 Н, 103 – 8750 Н и т.д.

Маркирует так же завод изготовитель, морозостойкость, возможность шиповки и т.д.

Конструкции камерных и бескамерных шин различны. Камерная шина состоит из покрышки 9 (рис. 12.3), камеры 10 и ободной ленты 7 (в шинах легковых автомобилей ленты не ставят). Покрышка шины воспринимает давление сжатого воздуха, находящегося в камере, предохраняет камеру от повреждения и обеспечивает сцепление с дорогой.

Изготавливают покрышки из специальных марок резин (каучук в смеси с серой, мелом, смолой и др. материалами).

Покрышка состоит из протектора 1, подушечного слоя 2 (брекер), каркаса 3, боковин 4 и бортов 5 с сердечником 6.

Каркас является основой покрышки. Он соединяет все элементы в одно целое, обеспечивает прочность и эластичность покрышки. Выполняется каркас из нескольких слоев специальной прорезиненной ткани, называемой кордом. В каркасе покрышки легкового автомобиля имеется 4…6 слоев корда, а для грузовых 6…14 слоев. Слои корда соединяются вулканизацией.

Кордная ткань состоит, в основном, из продольных нитей с очень редкими поперечными нитями. Кордовые нити бывают хлопчатобумажными, вискозными, капроновыми, нейлоновыми, а так же, металлическими. От материала корда зависит прочность и долговечность шины. Наиболее высокие показатели характерны для металлического корда.

Если продольные нити корда расположены под углом 50 - 58 градусов к плоскости проведенной через ось колеса, то такая покрышка называется диагональной, а если этот угол равен 0 – то покрышка называется радиальной рис. 12.4. Последний тип шин более прочный, эластичный в радиальном направлении, но дороже диагональных.

Протектор обеспечивает сцепление шины с дорогой и защищает каркас. Изготавливают протектор из твердых износостойких резин. В нем различают расчлененную часть и подканавочный слой. Толщина протектора от 10…20 мм – для легковых и до 15…30 мм – для грузовых шин.

Рисунок протектора зависит от назначения шины (рис. 12.5). Видно, что с ухудшением дорожных условий рисунок протектора укрупняется с целью увеличения сцепляемости шины с поверхностью дороги. Однако при движении на высоко проходимых шинах по твердым дорогам увеличивается износ протекторного слоя, возрастает шум. Кроме указанных на рис. 12.5 рисунках протектора, существует, так называемый, зимний рисунок (рис. 12.6а). Он предназначен для движения по заснеженным и обледенелым дорогам и состоит, обычно, из отдельных угловатых блоков, расчлененных надрезами, и глубоких канавок. Такой протектор предназначен для установки шипов противоскольжения рис. 12.6.

Шип состоит из корпуса 2 и сердечника 1. Корпус выполнен из сплава стали со свинцом, а сердечник - из твердых износостойких материалов.

Подушечный слой (брекер) связывает протектор с каркасом. Он распределяет нагрузку с протектора на каркас и состоит из нескольких слоев разреженного корда. Толщина брекера 3…7 мм. В шинах легковых автомобилей брекер иногда не устанавливают.

Боковины защищают каркас и замыкают протектор на борта. Они выполняются из протекторной резины толщины 1,5…3,5 мм.

Борта служат для крепления покрышки на ободе. Внутри бортов заделаны стальные проволочные сердечники, увеличивающие прочность бортов на растяжение. Сердечник обмотан концами слоев корда, образующего каркас.

Камера удерживает сжатый воздух внутри шины. Это эластичная резиновая оболочка. Она несколько меньше внутреннего объема покрышки так, что, в накаченном виде камера находиться в растянутом состоянии. Толщина стенки камеры 1,5…2,5 мм. или 2,5…5 мм - для шин легковых и грузовых автомобилей соответственно.

Для накачивания и выпуска воздуха камера оснащена специальным клапан-вентилем.

Ободная лента предохраняет камеру от истирания о борта и обод, а также от защемления камеры между бортами и ободом. Она изготавливается из резиновой профильной ленты.

Бескамерные шины (рис. 12.3б) не имеют камеры и ободной ленты. Основное отличие их от камерных заключается в том, что бескамерная шина изнутри имеет герметизирующий резиновый слой 11 толщиной 1,5…3,5 мм, привулканизированный к каркасу. Кроме того, на ботах бескамерной шины имеется резиновый слой, уплотняющий стык борта с ободом. Материал каркаса так же имеет повышенную газонепроницаемость. Бескамерная шина монтируется с натягом на герметичный обод. Вентиль крепится на ободе. Бескамерные шины прочнее, надежнее и безопаснее камерных шин. При потере герметичности они могут использоваться с камерой.

12.2. Ободья

Обод вместе с соединительной жесткой частью колеса удерживает шину и передает нагрузку от нее на ступицу. Он должен строго соответствовать по размерам шине. Соединительные элементы могут выполняться в виде диска или отдельных спиц. Конструктивные схемы ободьев показаны на рис 12.7 и рис 12.8.

Ободья, диски и спицы выполняются штамповкой из листовой стали и соединяются, сваркой (чаще всего) или болтами.

Расположение привалочной плоскости диска относительно средней плоскости обода характеризует вылет колеса (размер а, рис. 12.7).

Привалочная плоскость диска может быть расположена внутрь от плоскости симметрии обода (вылет положительный) или наоборот. Различают цельные и разборные ободья. Цельные ободья применяют для шин легковых автомобилей, а разборные – для грузовых шин. Ободья колес грузовых автомобилей делают разборными, потому что из за высокой жесткости бортов и боковин грузовой шины невозможно произвести установку шины через закраины обода.

Соединение колеса со ступицей должно обеспечить передачу вращающего момента и центрирование колеса на ступице. Дисковые колеса крепят на ступице болтами или шпильками. Центрирование колес осуществляется по сферическим или коническим фаскам крепежных отверстий, по центральному отверстию диска или по выступам на диске.

Крепление колес легкового автомобиля показано на рис.12.9, а грузового на рис. 12.10.

Для балансировки колес на ободьях устанавливают специальные грузики.

12.3. Безопасные шины