Классификация колёсных дисков и ободьев

Любое колёсное транспортное средство перемещается за счёт шин, надетых на диски, а так как характеристики и условия эксплуатации у машин абсолютно разные, то и колёса отличаются по размерам и конструктиву. Представим по возможности более полную классификацию колёсных дисков и ободьев.

Признаки классификации колёсных дисков

Есть несколько признаков, по которым и классифицируют колёсные диски:

1. Вид транспорта, для которого они предназначены (легковой, коммерческий, грузовой, автобусы). В зависимости от назначения, колеса имеют типичный, соответствующий определённым нагрузкам конструктив и размерный ряд.
2. Число устанавливаемых колёс, ведь они могут быть не только одинарными, но и парными. Сдваивают их на автобусах и грузовых машинах, а так же на ведущих осях коммерческого транспорта.
3. Количество компонентов (способ монтажа). Колёса бывают неразборными и многокомпонентными – последние состоят из двух-трёх элементов.
4. Конструкция обода. Эта часть колеса может быть плоской, иметь конические полки, глубокий обод.
5. Крепление на ступице тоже может осуществляться разными способами – по этому признаку колёса бывают дисковыми и бездисковыми.
6. Расположение обода относительно дисковой части колеса, в зависимости от которого оно получает положительный, нулевой или отрицательный вылет.
7. Материал изготовления и применяемая технология (сталь, лёгкие сплавы, литьё, ковка, штамповка).

Особенности колёсного конструктива

За редким исключением, когда в структуре колеса присутствуют элементы ступицы, оно состоит из обода и диска. Ободом называется та часть, на которую монтируется шина, и состоит он из трёх элементов:

1. цилиндрической срединной части;
2. двух полочек с хампами, предотвращающих соскальзывание шины, и обеспечивающих герметичность для бескамерной шины;
3. фланцев по внешним сторонам – закраин, в которые упираются борта смонтированной покрышки.

Конфигурация ободьев и её вариации

Конфигурация и размеры ободьев зависят от типа надеваемых на них шин, и соответственно, имеет значение вид транспорта, для которого предназначены колёса. Основные параметры ободьев, которые могут меняться – это посадочный диаметр, расстояние между закраинами, угол наклона полок.

Для каждого конкретного типа колёс, производители стараются конструкции ободьев унифицировать, изменяя в зависимости от нагрузок лишь геометрические параметры.

Примечание: При изменении типа колёс, менять профиль может центральная часть колеса. У легковых колёс она бывает плоской, а у грузовых может иметь углубления (ручейки), выполняющие функции рёбер жёсткости, и облегчающие монтаж довольно крупных и тяжёлых шин.

• Ободья могут быть неразборными или иметь съёмный фланец или даже полку. Существуют конструкции, когда полка и закраина являются цельной съёмной деталью обода. В таких случаях для камерных шин предусматривается устройство для запирания в виде пружинного кольца, закладываемого в специально проточенном в центральной части пазу, а для бескамерных — резиновое уплотнительное кольцо.
• Преимуществом разборных колёс является упрощение процесса монтажа и демонтажа, при котором не приходится растягивать, и тем самым деформировать борт покрышки. В основном такие колёса применяют для машин большой грузоподъёмности, так как шины у них массивные и тяжело поддаются шиномонтажу.
• Недостатком составных колёс является не столь высокая надёжность герметизации, довольно сложный процесс установки пружинного кольца, нередко травмирующего монтажника. По его недосмотру, или, к примеру, при потере шиной давления, запорный механизм может разблокироваться в процессе движения, поэтому для скоростных машин такие колёса не применяют. В основном их используют для сельскохозяйственной техники, крупных грузовых машин и иногда больших внедорожников.

• У неразборных колёс полки и фланцы выполняются одной цельной деталью с центральной частью, что является наилучшим решением для шин бескамерного типа. Чтобы уменьшить степень деформации шины при надевании её на диск, закраины обода делают с более мелким диаметром, а в центральной части предусматривают глубокий ручей.
• Таким образом, когда один борт покрышки уже одет на колесо и размещён внутри ручья, второй обрабатывается легче. У дисков, предназначенных под широкопрофильную шину, ручей делается более глубоким и смещается к одной из закраин – соответственно, обод получается асимметричным. Для наиболее тяжёлых шин применяют ободья с двумя ручьями, что сильно облегчает их монтаж.
• Грузовые шины бывают не только бескамерные, но и производятся в камерном исполнении, что влияет и на конфигурацию обода. В основном, у него варьируются посадочные диаметры — например: если для камерной легкогрузовой шины он составляет 508 мм (20 дюймов), то для бескамерки диаметр составит 571,5 мм (22,5 дюймов).
• Несколько меняется и угол наклона между закраиной и полкой обода – чтобы создать необходимую величину натяга шины, во избежание её прокручивания на колесе во время движения. Обеспечивает натяг конструкция бортовых зон покрышки, что с учётом размеров полки обода и наклона закраин, задаёт необходимую степень надёжности посадки.
• Окончательное положение шина принимает после накачивания, а посадка стабилизируется создаваемым внутри давлением. Если оно уменьшается при утечке воздуха, прочность посадки ухудшается, что может привести к самопроизвольной разбортировке.

На заметку: Подобное может произойти и при чрезмерном увеличении крутящего момента, поэтому на дисках для скоростных машин и болидов делают увеличенные хампы, препятствующие смещению покрышки от закраины к центру обода.

Вариации дисковой части колеса

Не все колёса бывают дисковыми, есть и бездисковые конструкции. Бездисковым называется такое колесо, у которого элементы для осуществления посадки обода не являются с ним единым целым, а крепятся к ступице колеса. Такие варианты обычно применяют на автобусах, сельхозтехнике, тяжёлых грузовиках и прицепах, на которых для обеспечения грузоподъёмности необходимо сдваивать колёса.

• В таком случае между ними устанавливают специальные проставки, регулирующие межшинный зазор. Сдвоенные шины не должны оказываться слишком близко друг к другу, дабы не ухудшался их обдув, отводящий вырабатываемое тепло. Да и вообще нельзя допускать контакта шин друг с другом, ведь трение при качении очень быстро приведёт к разрушению боковин.
• Диском называется лицевая часть колеса, жёстко скреплённая с ободом, и оснащённая посадочными отверстиями для крепления к ступице. То есть, это цельное изделие, изготовленное разными способами, которое все привыкли называть просто диском. На всех легковых, и большинстве грузовых машин используются именно дисковые колёса.

• У дисковых колёс есть несколько значимых параметров, по которым они могут различаться. Один из них – это вылет обода в миллиметрах (обозначается ЕТ или offset). Этот показатель определяется взаимным расположением привалочной плоскости (где диск крепится к ступице) по отношению к центральной оси обода.
• Вылет является одной из основных характеристик, обеспечивающих колёсам наилучшую устойчивость и наименьшую нагрузку на ступичные подшипники и подвеску машины. Для большинства автомобилей колёса делают с положительным вылетом +10…+50, когда плоскость продольной симметрии смещена от привалочной плоскости в сторону оси автомобиля.
• Но есть машины и с отрицательным или нулевым вылетом, в которых эти плоскости смещены в обратную сторону или совпадают. В легковом секторе машин это в основном внедорожники, всё больше старого поколения.

• Следующая по важности характеристика – это количество отверстий под крепления болтами или шпильками, и диаметр окружности, вдоль которой они располагаются. Она определяется при расчётах крутящего и тормозного моментов автомобиля, измеряется в миллиметрах и обозначается аббревиатурой PCD. Например, у автомобиля OPEL Corsa обозначение 4х100 говорит о том, что на диске четыре крепёжных отверстия, и располагаются они на окружности диаметром 100 мм.
• В некоторых случаях дисковую часть колеса изготавливают сплошной, но чаще она может иметь спицы, вырезы, вилки и даже ажурное плетение. Это связано не только с достижением определённой эстетики изделия, но и обеспечивает тормозному механизму качественное охлаждение. Чем выше скоростные характеристики автомобиля, тем более открытыми должны быть диски для него.

• Хотя внешний вид колёсных дисков очень важен, ведь их «лицо» и обеспечивает колёсам товарный вид. Для легковых автомобилей их стараются производить в оригинальном дизайне, хотя технологии при этом могут применяться самые разные. В том числе, они могут комбинироваться – например, штампованный диск приваривается к прокатанному ободу, либо обод делают по методу горячей штамповки (ковки), а диск по технологии литья, что даёт больше вариантов для дизайна.
• Литьё представляет собой заливку алюминиевого или магниевого расплава в форму, охлаждение, обточку и насверливание крепёжных отверстий. Стенки обода получаются довольно толстыми, что увеличивает вес изделий, а в их толще могут скрываться каверны и раковины. Недостатком является не слишком высокая прочность, при сильном ударе о бордюр литой диск не просто деформируется без невозможности восстановления, но и может расколоться.

Объёмная штамповка или ковка предполагает формирование закалённой болванки, обрабатываемой впоследствии на токарном станке с числовым программным управлением (ЧПУ). Технология более дорогая и сложная, но кованые ободья и легче, и прочнее литых, поэтому именно ковку изготавливают для гоночных машин и самолётных шасси.

Материалы изготовления

Характер и тип повреждений, которые колесо может получить в процессе активной эксплуатации, в значительной степени зависят и от материала изготовления колес. По этому признаку их подразделяют на такие виды:

1. стальные;
2. легкосплавные;
3. комбинированные.

Бывают ещё диски из композитных материалов, но распространения они не получили, поэтому и говорить о них не стоит.

Стальные диски

Сталь — это тоже сплав, но тяжёлый, на основе железа, поэтому такие диски могут называть и железными. Колёса из стали применяют довольно широко не только на грузовом транспорте, но и на легковом, так как они раза в три дешевле легкосплавных, просты в производстве, и к тому же ремонтопригодны.

Состоят стальные колёса из глубокого штампованного цельного обода и такого же диска, соединённого с ним дуговой или контактной сваркой. Диску для увеличения жёсткости придаётся сложное поперечное сечение с выпуклой периферийной частью, на которой предусматриваются отверстия для вентиляции.

Недостатками этих колёс являются:

• большой вес;
• непрезентабельный внешний вид из-за ограниченного дизайна;
• потеря товарного вида из-за ржавления;
• необходимость применения декоративных колпаков, которые вечно теряются.

Легкосплавные колеса

Чтобы уменьшить вес колёс, для производства колёсных дисков стали использовать сплавы более лёгких металлов: алюминия, магния, титана. При использовании технологии литья, металл получает зернистую структуру, в которой могут образовываться микротрещины, поэтому ответственные производители пропускают готовые изделия через рентген. Но даже диск, абсолютно лишённый производственных дефектов, может от удара разломиться на несколько частей.

Это минус, конечно, но неограниченные возможности для дизайна колёсных дисков и практически безотходный процесс, позволяют улучшить внешний вид изделий при более низкой цене. Технология очень выгодна и производителям, и потребителю, поэтому она была, есть, и скорее всего ещё долго останется основной.

Технология ковки более сложна, с поэтапной обработкой и многократным прогревом. Углубляться в её дебри не будем — скажем только, что металл в результате получает волокнистую очень плотную структуру и меньший вес, а при ударе колёса лишь гнутся, не разрушаясь. Изделия получаются более дорогими, поэтому производители в большинстве выбирают альтернативу, комбинируя кованый обод с литой дисковой частью.

Заключение

И в той, и в другой технологии наибольшее распространение получили алюминиевые сплавы, так как при необходимой прочности диски из них имеют наиболее адекватную стоимость. У магниевых сплавов есть своё преимущество: этот металл благодаря более высокой теплопроводности эффективнее снижает температуру тормозного механизма.

Литьё на основе магния обладает определённой хрупкостью, но колёса, изготовленные из этого металла по методу объёмного штампования, очень прочны. Недостаток у таких колёсных дисков один: высокая себестоимость, что характерно и для титановых сплавов. А цена — это для массового потребителя основной критерий выбора, именно она в первую очередь и влияет на активность реализации продукта.