Устройство автомобильного колеса

Устройство автомобильного колеса:
1 — шина;
2 — обод;
3 — ступица

Колесо автомобиля состоит из пневматической шины, обода, соединительного элемента (диска), ступицы и пневматических шин.
В зависимости от конструкции обода и соединительного элемента колеса могут быть разборными и неразборными, дисковыми и бездисковыми. Ступица колеса обеспечивает его свободную установку на оси автомобиля.

Неразборное колесо с глубоким ободом

Обод служит для соединения шины с колесом. С этой целью ему придается специальная форма. Колесо в сборе должно быть сбалансировано, балансировочные грузики крепятся к ободу с помощью пружинных зажимов или клея. На большинстве легковых автомобилей и грузовых небольшой грузоподъемности используются глубокие, неразборные ободья.
Глубокий обод жестко соединяется с диском, который служит для крепления колеса к ступице с помощью болтов или гаек со шпильками. Полки глубокого обода имеют конусную форму для плотной посадки шины на обод. Угол наклона полок составляет, как правило (5±1)°. Полки обода заканчиваются закраинами, имеющими определенную форму и служащих боковыми упорами для шины.
Расстояние между закраинами называется шириной профиля обода. В средней части обода имеется углубление, необходимое для облегчения монтажа и демонтажа шины на обод. Это углубление (ручей) может быть расположено симметрично относительно плоскости колеса или со смещением.

Размеры и профиль обода регламентированы соответствующими стандартами. На каждый обод наносится соответствующая маркировка, из которой можно узнать размеры и профиль. Основные размеры обода, ширину профиля и диаметр, как правило, все изготовители указывают в дюймах, за исключением компании Michelin, которая применяет для этого миллиметры.
Пример маркировки: 5J × 13H2 ET 30, где:
5 — ширина обода в дюймах;
13 — диаметр обода в дюймах;
J и H2 — конструктивные особенности профиля обода;
ET 30 — вылет (от немецкого слова Einpresstiefe — ET) 30 мм.

Положительное (а) и отрицательное (б) плечо обката управляемого колеса

Вылет колеса (выступ) является важным параметром. Любое колесо должно «охватывать» ступицу, к которой оно крепится, потому что центр пятна контакта шины с дорогой смещается относительно вертикальной оси, проходящей через центр ступицы на небольшую величину, которая рассчитывается при конструировании подвески и рулевого управления автомобиля.
Величина вылета особенно важна для управляемых колес, потому что положение пятна контакта относительно оси поворота колеса играет важную роль в определении характеристик поворота автомобиля.

Неразборные колеса с глубоким ободом обычно центрируются на ступице с помощью центрального отверстия. Если диаметр центрального отверстия больше, чем у посадочной части ступицы, то центрирование осуществляется по коническим (или сферическим) поверхностям в отверстиях диска, предназначенных для крепления болтами или гайками. Иногда для лучшего центрирования и облегчения монтажа используют пластмассовые кольца, которые устанавливаются перед монтажом колеса на ступицу в центральное отверстие диска.
Колесные диски легковых автомобилей изготавливаются штамповкой из стали с последующей сваркой обода и диска или из легких сплавов (алюминиевых или магниевых). Наиболее прочные колеса из легких сплавов — кованые. Они имеют мелкозернистую структуру и высокую прочность при малой массе. Легкосплавные колеса дороже стальных, но эстетически привлекательнее. Колеса изготавливались и из композитных материалов: например, еще в 70-е гг. фирма Citroёn выпускала армированные углепластиковые колеса, которые весили в два раза меньше металлических. Однако из-за высокой стоимости таких колес они устанавливаются только на дорогих спортивных автомобилях.

Конструкция разборного обода грузового автомобиля:
1 — закраина;
2 — обод;
3 — разрезная часть обода;
М — ширина обода;
D — диаметр обода

Разборные ободья применяют для колес большинства грузовых автомобилей и автобусов. Разборные ободья могут быть дисковыми и бездисковыми. Наиболее часто используются разборные ободья с коническими посадочными полками.

Бездисковое колесо, его общий вид (а) и крепление колеса (б):
1 — секторы колеса;
2 — ступица;
3 — крепление;
4 — шпилька;
5 — гайка

Шины грузовых автомобилей имеют большие размеры и высокую жесткость, поэтому монтаж таких шин на неразборные ободья затруднен. Разборные ободья позволяют облегчить эту задачу. Для некоторых шин грузовых автомобилей большой грузоподъемности применяют разборные ободья с распорными кольцами. Такие ободья состоят из двух частей, соединяемых между собой болтами. Такая конструкция надежно удерживает шину на колесе независимо от значения давления воздуха в шине.
Ступицы колес изготавливают из стали или ковкого чугуна. К ним крепятся элементы тормозных механизмов, диски и барабаны. Ступица устанавливается на подшипниках, которые должны воспринимать не только радиальные, но и осевые усилия от действия боковых сил. В ступицах устанавливают конические роликовые или шариковые радиально-упорные подшипники.
В подшипники колес закладывается смазка, выдерживающая высокие температуры. Для предотвращения вытекания смазки и попадания грязи подшипники уплотняются сальниками.

Выбор профиля шин и дисков

Тенденции мировой автомоды: то, что некогда считалось прерогативой ателье автотюнинга, стало повседневностью — профиль шин постепенно становится ниже, а диаметр дисков больше. Впрочем, одно другому не мешает, достаточно соблюдать нехитрое правило: наружный диаметр колеса должен оставаться в пределах, рекомендованных производителем автомобиля. Допустимая погрешность — + 2. Тогда внешняя эстетика не затронет кинематику подвески машины и не скажется на показаниях спидометра. При правильном соотношении шина-диск автопокрышки без проблем впишутся в колесные арки и не будут задевать детали подвески и рулевого механизма автомобиля.

Кроме того, есть варианты альтернативных размеров колес.

По-английски: «плюс дюйм»

В Великобритании вывели формулу «Плюс дюйм». Это увеличение диаметра колеса с шагом в один дюйм. Вот несколько примерных вариантов:

• Стандартные покрышки фордовского Focus C-MAX, которые устанавливает завод-изготовитель, имеют следующие размеры — 195/65 R15 (первая цифра «195» — ширина профиля, вторая цифра означает высоту профиля шины — 65% от ширины и 15 дюймов -посадочный диаметр шины).
• Прибавляем 1 дюйм — получаем размеры покрышки 205/50 R15;
• Плюс 2 дюйма — получаем размеры 205/55R16 или 215/50R16;
• Прибавляем 3 дюйма — размеры меняются на 205/50R17 или 225/45R17.

Это не предел. На C-MAX можно установить шины с еще более низким профилем — 18 (225/215/40) и 19 (215/35, 245/30). Правда, тогда на скорости неожиданная встреча с внушительной выбоиной, которых на наших дорогах хватает, может стать для такой низкопрофильной шины последней.

Теперь посмотрим, как работает правило «Плюс дюйм» на примере BMW серии-3. Стандартные покрышки, которые устанавливают на эту машину — 185/65 R15 и вариант в качестве опции — 205/60 R15. Альтернатива — колеса с размерами автопокрышек 205/55 R16 и 225/50 R16 или 215/45 R17 и 235/40 R17.

Чтобы узнать, насколько наружный диаметр покрышки отошел от рекомендуемого изготовителем, нужно произвести ряд вычислений:

• Ширина профиля (первая цифра из маркировки размера шины) * Серия (вторая цифра в маркировке размера) / 100 = Высота профиля.
• Высота профиля * 2 = Размер высоты профиля шины с обеих сторон колеса. Чтобы перевести получившиеся миллиметры в дюймы, полученное число делим на 25,4.
• К этой цифре прибавляем цифру диаметра обода (третью в маркировке). Полученный результат и есть искомый наружный диаметр покрышки в дюймах.

Если нужны данные в миллиметрах — перемножаем опять на 25,4.

Ширина обода

То, как ведет себя шина на дороге, во многом зависит от ее ширины. Широкая покрышка лучше держится на сухом асфальте и меньше подвержена износу. Более узкую резину часто рекомендуют для зимнего сезона. Она лучше выводит из пятна контакта с дорогой воду и снег, более устойчива на рыхлом снегу. Одинаковую по ширине шину можно установить на разные по размерам ободья, что скажется на ее свойствах при эксплуатации.

Производители автомобилей часто указывают в инструкции к ним несколько размеров обода, оптимальных для конкретной марки авто. Лучший баланс свойств и характеристик достигается, если отклонения ширины обода не более + 1″ от рекомендованных размеров. Чем больше значение ширины обода, тем ниже профиль шины.

На практике автолюбители часто поступают, исходя из собственных представлений о комфорте вождения, эстетике и управляемости автомобиля. Руководствуясь данными о диаметре колеса от завода-изготовителя автомобиля, они самостоятельно подбирают к нему диаметр обода. В этом случае размер покрышек подбирается в соответствии с высотой профиля шины.

PCD — так, сокращенно от английского «Pitch Circle Diameter», обозначается диаметр окружности, проходящей по центру крепежного отверстия колеса. Этот термин используют в том числе и российские производители. Как правило, в обозначении две цифры — количество отверстий и их диаметр. Если указаны размеры PCD «4х100», это означает, что на окружности в 100 миллиметров находится 4 крепежных отверстия. Данное обозначение может выглядеть как «100/4».

На сегодняшний день не существует единого стандарта PCD, облегчившего бы жизнь автолюбителей при подборе колес. — даже несмотря на то, что часто автомобили разных марок выпускаются на одинаковой платформе. Размер PCD колеса можно определить самостоятельно. Проще сделать расчет для колеса, которое крепится четырьмя болтами, измерив расстояние между внутренними краями лежащих по одной прямой крепежных отверстий, верхних или нижних, и прибавить к этому расстоянию диаметр одного отверстия.

Аналогично можно поступить, если в колесе 6 крепежных отверстий. Можно также замерить расстояние от центра до центра соседних друг с другом отверстий, затем умножить результат на два. Если воспользоваться этой методикой, то при наличии 5 крепежных отверстий множитель равен 1,7012, при наличии трех отверстий умножать надо на 1,154.

Имея в наличии штангенциркуль, можно узнать значение PCD еще одним способом. Замерив диаметр центрального отверстия и расстояния от него до дальней и ближней точек крепежного отверстия, складываем показания этих трех замеров. Получившийся результат — значение PCD для конкретного колеса.

При измерениях нужно постараться сделать их максимально точно, иначе не избежать проблем. Разница в 1-2 миллиметра от требуемых размеров скажется на ходовых качествах автомобиля и его эксплуатации. Пример: колесо от автомобилей «Фиат» со значением PCD 4х98 визуально неотличимо от «опелевских» колес с размером 4х100. Если установить фиатовское вместо опелевского или наоборот, то сильное биение будет даже от идеально отбалансированного колеса. А то и хуже: установка на автомобиль колеса с близким, но не подходящим размером PCD может привести к срыву резьбы на фланцах и болтах.

Вылет

Для этого параметра наиболее часто употребляется обозначение ЕТ (от немецкого Einpress Tieffe — вдавленный в плоскость). Еще одно, не распространенное обозначение этого параметра — английское слово «offset».

Если представить, что посередине обода колес проходит условная плоскость, то расстояние от нее до плоскости крепления колеса и есть «ЕТ» — вылет. Если плоскости совпадают, то значение «ЕТ» равно нулю, так называемый нулевой вылет. При положительно значении «ЕТ» плоскость симметрии обода выступает за плоскость крепления. И наоборот, отрицательное значение «ЕТ» означает, что плоскость колесного крепления выступает за плоскость симметрии обода.

Большинство современных легковушек имеет положительный вылет, а автомобили с полным приводом имеют нулевое или отрицательное значение «ЕТ». Изменение этой величины влияет на кинематику подвески, на срок службы подшипников и управляемость автомобиля.

Допустимо отклонение значения «ЕТ» на 5 мм. Отклонение свыше 5 мм скажется на кинематике подвески, на подшипники нагрузка возрастет, а устойчивость и управляемость машины ухудшится. Чем меньше значение «ЕТ», тем сильнее колесо выступает из проема арки. А сочетание малого вылета и увеличенной ширины обода приведут к тому, что колесо будет выпирать из арки. Это недопустимо по ряду технических требований и, в первую очередь, параметров безопасности.

Центральное отверстие

Вопреки заблуждению многих, колесные гайки не фиксируют и не центрируют колесо на ступице — они всего лишь прижимают колесный диск к фланцу. Функцию центрирования диска на ступице выполняет центральное колесное отверстие. У автомобилей разных марок разный размер центрального отверстия колеса. Это следует учитывать при установке колес — если выяснится, что он меньше, чем соответствующий диаметр ступицы и/или диаметр кольцевого выступа полуоси, придется растачивать внутренний диаметр центрального отверстия колеса.

В обратной ситуации, если диаметр центрального отверстия колеса больше, для установки колеса понадобятся адаптеры – специальные кольца из металла, наружный диаметр которых совпадает с внутренним диаметром центрального отверстия колеса, а внутренний — соответствует диаметру ступицы. Учитывая эту проблему, большинство производителей автомобильных колес изготавливают и переходники-адаптеры.

Зазоры

Проблемы при установке колеса на автомобиль могут возникнуть даже при соответствии ширины обода, PCD, вылету и диаметру центрального отверстия. Наиболее частая причина — мешает дисковый тормоз, из-за выступающего суппорта. В редких случаях препятствием становятся рычаги подвести или наконечник рулевой тяги. Поэтому если изготовитель колеса не рекомендовал его для установки именно на Ваш автомобиль, нужно сделать пробную «примерку» диска колеса. Возможно, потребуется повторная примерка после монтажа на диск шины. Если колеса задевают автомобильные арки, потребуется еще и кузовной тюнинг.

Закраины обода

Производители колес выпускают их с закраинами двух типов, рассчитанными под бескамерные и камерные шины. На первый взгляд, все просто, но следует внимательно присмотреться к цифрам и буквам в маркировке дисков. В основном, эти обозначения характерны для бескамерных шин, устанавливаемых на автомобильные прицепы. Все же не лишним будет знать, как расшифровать их маркировку.

Буква «Н» («хамп») — обозначает одну кольцевую отбортовку диска, которая не дает борту шины сместиться внутрь обода. Если маркировка выглядит, как «Н2» — значит, хампы располагаются с двух сторон. Маркировка «FH» (flat hump — «плоский») — хамп большей ширины. Маркировка «СН» (combination hump) обозначает комбинацию хампов кольцевой отбортовки. Наиболее распространено сочетание: снаружи — плоский хамп, внутри — обычный.

«SL» (special ledge) — обозначение плоской полки снаружи колеса, ширина которого — от 6 дюймов.