Конструкция, балансировка и системы регулирования давления в автомобильных колесах

Назначение и балансировка колес автомобиля. Колеса являются критически важным элементом автомобиля, обеспечивающим связь с дорогой. Их основное назначение заключается в передаче вертикальных нагрузок, создании продольных сил для движения и торможения, формировании боковых сил для управления, а также гашении динамических ударов. Для обеспечения безопасной и комфортной эксплуатации на высоких скоростях необходима точная балансировка колес. Особенно это актуально для передних управляемых колес, так как их дисбаланс приводит к ухудшению комфорта, повышенному износу шин, снижению устойчивости и управляемости, а также вызывает ускоренный износ элементов подвески и рулевого привода.

Источники и компоненты дисбаланса колеса. Дисбаланс колеса является суммой нескольких составляющих. Он складывается из дисбаланса узла тормозного барабана или диска в сборе со ступицей, дисбаланса самого колеса (обода с диском), дисбаланса шины (в сборе с камерой и вентилем), а также дополнительного дисбаланса, возникающего из-за радиального и торцового биения колеса. Каждый из этих компонентов требует индивидуального подхода к устранению для достижения общей уравновешенности системы. Производители обычно поставляют шины предварительно отбалансированными, однако окончательная балансировка выполняется после монтажа на конкретный обод.

Методы устранения дисбаланса различных компонентов. Для устранения дисбаланса тормозного барабана (диска) со ступицей применяется статическая балансировка в одной плоскости. Уравновешивание достигается путем удаления металла (сверления) с тормозного барабана после центрирования узла по посадочным поверхностям или наружным кольцам подшипников. Сам обод с диском также балансируется статически. Коррекция производится либо снятием металла, либо приваркой балансировочных грузиков после точного центрирования колеса по посадочным поверхностям. Радиальное и торцовое биение, являющиеся источником динамического дисбаланса, устраняются правкой колеса.

Балансировка колеса в сборе с шиной. Окончательная балансировка колеса в сборе с шиной выполняется установкой на обод специальных балансировочных грузиков. Колесо при этом центрируется по посадочным поверхностям. Для колес грузовых автомобилей, как правило, применяется статическая балансировка. Для колес легковых автомобилей, движущихся с более высокими скоростями, обязательна динамическая балансировка в двух плоскостях, которая предполагает размещение корректирующих грузиков как с внутренней, так и с наружной стороны диска. Допустимые значения дисбаланса для собранных колес строго регламентированы соответствующими государственными стандартами (ГОСТ).

Назначение системы регулирования давления в шинах. Система регулирования давления воздуха в шинах (СРД) применяется в основном на полноприводных грузовых автомобилях, предназначенных для работы в тяжелых дорожных и бездорожных условиях. Основное назначение системы — оперативное изменение и поддержание оптимального давления в зависимости от типа покрытия. Ключевые преимущества включают повышение проходимости за счет снижения удельного давления на грунт, возможность продолжения движения при проколе камеры без немедленной замены колеса, а также постоянный автоматический контроль давления, что увеличивает ресурс шин.

Принципиальная схема и компоненты системы регулирования давления. Общая схема системы регулирования давления представлена на рис. 182. Система использует сжатый воздух от основной пневмосистемы привода тормозов. В ее состав входят кран управления давлением, объединенный с ним клапан-ограничитель снижения давления, специальные сальниковые устройства для подвода воздуха к вращающемуся колесу, запорные краны на каждом контуре, манометр, а также сеть воздуховодов из металлических трубок и гибких шлангов. Запорные краны позволяют изолировать поврежденную шину, сохраняя работоспособность остальных.

Рис. 182. Схема системы регулирования давления воздуха в шинах: 1 — компрессор; 2 — баллон; 3 — запорный кран; 4 — сальниковое устройство; 5 — манометр; 6 — кран управления давлением в шинах; 7 — клапан-ограничитель понижения давления; 8 — выпуск в атмосферу

Устройство и работа крана управления давлением. Конструкция крана управления давлением золотникового типа показана на рис. 183. Корпус крана имеет три порта: для подвода воздуха из системы, для соединения с магистралями к шинам и для сброса в атмосферу. Золотник, управляемый из кабины, может занимать три фиксированных положения. В левом положении его проточка соединяет магистраль баллона с шинами, обеспечивая накачку. В правом положении шины соединяются с атмосферой для стравливания давления. В среднем, нейтральном положении оба канала перекрыты, что позволяет поддерживать давление в шинах на постоянном уровне.

Рис. 183. Кран управления давлением с клапаном-ограничителем: А — от баллона; Б — к шинам; В — в атмосферу; 1 — клапан-ограничитель; 2 — корпус крана; 3 — сальники; 4 — золотник

Дополнительные элементы системы и требования к шинам. Важным элементом является клапан-ограничитель, который разъединяет систему регулирования давления и тормозную систему при падении давления в последней ниже установленного минимума. Это гарантирует приоритетное обеспечение сжатым воздухом тормозов для безопасности. Конструкция сальникового устройства для подвода воздуха к вращающейся ступице ведущего управляемого моста детально представлена на рис. 89. Использование СРД предъявляет особые требования к шинам: они должны иметь увеличенную ширину профиля и уменьшенное число слоев корда для обеспечения необходимой гибкости каркаса при пониженном давлении.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: П. П. Лукин; Г. А. Гаспарян; В. Ф. Родионов; К. Ю. Чириков.

Источник: Конструирование и расчет автомобиля. Необычные двигатели.

Данные публикации будут полезны студентам автомобилестроительных и транспортных специальностей, начинающим инженерам-конструкторам и технологам автопрома, а также всем, кто интересуется глубоким пониманием процессов проектирования и компоновки современных автомобилей.