Диск колеса: конструкция, материалы и влияние на характеристики транспортного средства.

Введение

Внешняя часть колеса, на которую монтируется шина.

Обод — это внешний край колеса, удерживающий шину. Он формирует внешний круглый дизайн колеса, на который насаживается внутренний край шины в транспортных средствах, таких как автомобили. Например, в велосипедном колесе обод представляет собой большой обруч, прикрепленный к внешним концам спиц, который удерживает шину и камеру. В поперечном сечении обод глубокий в центре и неглубокий по внешним краям, образуя таким образом U-образную форму, поддерживающую борт шины. В I тысячелетии до н.э. железный обод был впервые использован на деревянных колесах колесниц для повышения долговечности на неровной местности.

Характеристики

Конструкция Первые пневматические шины для велосипедов представляли собой простые камеры, закрепленные на деревянном колесе с вогнутой внешней поверхностью с помощью клея и давления воздуха, прижимавшего их к ободу. Поверхность для установки камеры была недостаточно надежной, из-за чего шины иногда слетали с обода. Его патент 1882 года стал прародителем всех камерных шин – конструкции, используемой в современных велосипедах и автомобилях. Тяжелые транспортные средства и некоторые грузовики могут иметь разборный многокомпонентный обод, состоящий из основания, которое крепится к колесу и оси. Он может включать в себя фиксирующее кольцо или комбинацию бокового и фиксирующего кольца. Эти части съемны с одной стороны для монтажа шины, а противоположная сторона, прикрепленная к основанию, имеет неподвижный фланец. Для работы с низким давлением в шинах, например, при езде по бездорожью или драг-рейсинге, используется фиксатор борта (beadlock), который зажимает или физически прикрепляет борт шины к ободу колеса. Это снижает риск отсоединения шины от обода и внезапной потери давления. Материал Для изготовления ободов можно использовать различные металлы. Наиболее распространены сплавы (магний и алюминий), магний, алюминий и хром. Иногда для дополнительной защиты также наносятся тефлоновые покрытия. Влияние на характеристики транспортного средства Поскольку обод является местом установки шины на колесе и поддерживает форму шины, его размеры влияют на управляемость транспортного средства. Например:
Слишком широкие обода по отношению к ширине шины для конкретного автомобиля могут привести к увеличению вибрации и менее комфортной езде, так как боковины шины не имеют достаточной кривизны для нормальной деформации на неровной дороге. Слишком большие обода могут привести к тому, что шина будет задевать кузов или элементы подвески при поворотах. Слишком узкие обода по отношению к ширине шины могут ухудшить управляемость, так как шина может деформироваться вбок при резких поворотах. На мотоциклах узкий обод изменяет профиль шины, концентрируя износ в небольшой области при поворотах и уменьшая площадь контакта при торможении. На велосипедах оптимальная ширина шины примерно в 1,8 раза превышает внутреннюю ширину обода. Например, шина 35 мм на ободе с внутренней шириной ETRTO 17 мм, или в полтора раза больше внешней ширины обода. Значительные отклонения от этого диапазона допустимы, но очень широкие шины на узком ободе могут перегрузить обод и повредить боковины шины, а очень узкие шины на широком ободе обеспечат жесткую езду и могут привести к взрыву шины при высоком давлении.

Design The first pneumatic tires for bicycles were simple tubes in shape secured to the wooden outer concave surfaced circumference of the wheel by glue and air pressure pressing them against it. The surface for receiving the tube was not very secure thus causing the tires to sometimes come off the rims. His 1882 patent became the ancestor of all clincher tires, the design found on modern bikes and cars. Heavy vehicles and some trucks may have a removable multi piece rim assembly consisting of a base that mounts to the wheel and axle. They then have either a side ring or a side and lock ring combination. These parts are removable from one side for tire mounting, while the opposite side attached to the base has a fixed flange. Low tire pressure applications such as off roading and drag racing use a beadlock that clamps or physically attaches the bead of the tire to the rim of the wheel. This reduces the chance of the tire separating from the rim, causing a sudden deflation. Material Various metals can be used for the rim. Commonly seen are alloy (magnesium and aluminum), mag (magnesium), aluminum, and chrome. Teflon coatings are sometimes also applied for an extra layer of protection. Vehicle performance Because the rim is where the tire resides on the wheel and the rim supports the tire shape, the dimensions of the rims are a factor in the handling characteristics of a vehicle. For example:
Overly wide rims in relation to the tire width for a particular car may result in more vibration and a less comfortable ride because the sidewalls of the tire have an insufficient curvature to flex properly over rough driving surfaces. Oversized rims may cause the tire to rub on the body or suspension components while turning. Overly narrow rims in relation to the tire width may cause poor handling, as the tire may distort sideways under fast cornering. On motorcycles, a narrow rim will alter the tire profile, concentrating tire wear in a very small area during cornering, with a smaller contact patch during braking. On bicycles, the optimum tire width is about 1.8 times the rim's internal width. An example is a 35 mm tire on a rim with an ETRTO 17 mm internal width, or one and a half times the rim's external width. Considerable variation outside this range is safe, but very wide tires on a narrow rim can overstress the rim and damage the tire sidewalls, whereas very narrow tires on a wide rim give a hard ride and can result in a high pressure tire blowing off.

Производство

Стандартный автомобильный стальной обод изготавливается из прямоугольного листового металла. Металлическую пластину сгибают для получения цилиндрической гильзы, а затем два свободных края гильзы сваривают вместе. Для получения желаемого профиля толщины гильзы и желаемого угла наклона относительно осевой направляющей в зоне наружного выступа выполняется как минимум одна операция объемной формовки вращением. Затем гильзу формуют, создавая обод с каждой стороны, имеющий радиально внутреннюю цилиндрическую стенку в зоне наружного выступа и радиально внешнюю усечённо-коническую стенку, наклоненную под углом, соответствующим стандартному углу наклона посадочных мест обода. Затем обод калибруют. Для поддержки цилиндрической конструкции обода изготавливают диск путем штамповки металлической пластины. Он должен иметь соответствующие отверстия для центральной ступицы и болтов крепления. Радиальная внешняя поверхность диска колеса имеет цилиндрическую геометрию для установки внутри обода. Обод и диск колеса собирают, соединяя их под наружным выступом обода, а затем сваривают вместе. Цельные ободные сборки (см. рисунок) могут быть получены литьем или ковкой.

Значение

Используемое в широком смысле или в переносном значении, слово "обод" может означать внешний край любого круглого предмета. На велосипедном колесе обод – это, очевидно, лишь один из компонентов, и его можно приобрести отдельно и заменить в случае повреждения или износа боковых стенок от тормозов ободного типа. Однако в обсуждениях автомобилей термины "колесо" и "обод" часто ошибочно используются как синонимы, например, декоративные колёса называют "ободами". В одном инженерном тексте говорится: "литые диски часто ошибочно называют алюминиевыми ободами". Некоторые авторы тщательно используют слово "обод" в его прямом значении, относя его только к внешней части колеса, на которую монтируется шина, подобно тому, как обод чашки или метеоритного кратера не относится ко всему объекту. Другие используют "обод" для обозначения всей металлической части, к которой крепится шина, поскольку обод и диск часто отливаются или штампуются из единого куска металла, а не являются раздельными, как в случае со спицованными колёсами. В то же время, термин "колесо" может относиться ко всему вращающемуся узлу, включая шину.

Использование железной дороги

В железнодорожном использовании коническую рабочую поверхность колеса можно назвать ободом, протектором или венцом.

Историческое развитие

Первые колеса автомобилей начинались как велосипедные, с ободами, прикрепленными к центральной оси спицами. По мере увеличения массы автомобилей стали использовать деревянные колеса со стальными ободами. Позже на эти деревянные колеса стали монтировать цельнорезиновые шины. Некоторые деревянные автомобильные колеса имели разборный стальной обод, который крепился болтами к внешней окружности деревянного колеса. Колеса, полностью изготовленные из металла (из одной или нескольких деталей), постепенно получили широкое распространение примерно к 1930-м годам.