КОЛЕСО

Техническое решение относится к колесам транспортных средств, в частности, к ободьям со съемными ребордными, опорными или замковыми кольцами, а также к колесным колпакам, имеющим резьбовые средства крепления, предназначенным для защиты колес вездеходных транспортных средств.
Давно известны конструкции ободов для шин с регулируемым, низким и сверхнизким давлением со съемными замковыми кольцами (см., например, Конструкция, расчет, испытание, эксплуатация под общей ред. В.Л.Бидермана - М.: Госхимиздат, 1963 - 384 с., а также Проектирование полноприводных колесных машин: в 2 т. Т.2. Под общ. ред. А.А.Полунгяна. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000. - 640 с.). Все они разрабатывались для транспортных средств средней и большой грузоподъемности, поэтому эти конструкции массивны и сложны в изготовлении.
Известно выполнение колес с защитными колпаками для снегоболотоходов на шинах сверхнизкого давления «Кержак» и «Ункор» производимых ООО «ТрансМаш» (см. сайт http://www.transmashnn.ru), и колпаков колес для вездеходных транспортных средств «ПЕТРОВИЧ» ООО «ЭКОТРАНС» (см. журнал Комерсантъ автопилот Апрель 2009 №04), а также колпаков с гребными лопатками для вездеходов «Хищник» ООО «МЕГ Вест» (см. сайт компании www.xishnik-surgut.ru). Все эти конструкции препятствуют загрязнению внутренней полости диска и немного облагораживают внешний вид, однако отсутствие элемента подвода воздуха к шине на внешней поверхности требует их демонтажа при регулировке или контроле давления в шине, а это создает неудобство пользования.
То же относится и к колпаку колеса транспортного средства по RU 4099, содержащему корпус, имеющий форму диска и установленный на колесе. То, что его корпус выполнен полым и его внутреннее пространство разделено радиально расположенными перегородками на сквозные каналы, которые одними своими концами открыты в пространство между колпаком и колесом, а другими концами сообщены с внешним пространством приводит к скоплению грязи между колпаком и колесом.
На решение несвойственных для защитного колпака ведущего колеса транспортного средства задач направлено решение по RU 93739. Колпак выполнен в виде диска, опирающегося на бортик обода колеса и крепящегося посредством элементов крепления к бортику обода либо ступице колеса. Представляется сомнительным снижение с его помощью акустического излучения ободов при выполнении сплошной без отверстий поверхности колпака, и опирании колпака на бортик обода без зазора. Даже предположив то, что первую собственную частоту колебаний колпака удастся получить меньше одной четвертой наименьшей зубцовой частоты шестерен колесного редуктора в диапазоне частоты вращения коленчатого вала двигателя, структурный шум и вибрация, излучаемые другими агрегатами трансмиссии и особенно двигателем и выхлопной системой, все равно будут преобладать в общем уровне шума, создаваемом данным транспортным средством. Целесообразнее решать данную проблему повышением точности изготовления шестерен и снижением шумности силовой установки.
Защитный неметаллический колпак колеса транспортного средства с возможностью централизованного регулирования давления в шине по RU 107102, в котором выполнены сквозные радиальные отверстия, часть из которых используется для крепления колпака к ступице колеса, другая часть расположена напротив крепежных элементов диска колеса к ступице, а хотя бы одно - напротив клапана системы подкачки, плохо защищает полость диска от попадания грязи, т.к. диаметр колпака меньше диаметра внутренней полости диска колеса, а внешняя его кромка расположена с заглублением внутрь полости диска колеса. При этом колпак закреплен на ступице колеса посредством дистанционных переходников, размещенных взамен штатных деталей крепления крышки ступицы, а это усложняет монтаж. К тому же выполнено отверстие напротив клапана системы подкачки сложной фасонной формы затрудняет изготовление.
Сплошной колесный колпак по US 2902316 крепят четырьмя винтами к вмонтированным в дисковую часть колеса элементам. Вентиль колеса при этом выведен наружу через отверстие в колпаке.
Плоский защитный колпак выполнен в US 3724905 из прозрачного пластика. Он устанавливается между двумя прижимными кольцами и крепится тремя винтами. Такая конструкция надежно защищает полость диска от попадания пыли, грязи и т.п. и весьма эстетична, но ее прочность недостаточна, к тому же отсутствует доступ к вентилю колеса.
Сугубо декоративное назначение имеет пластиковый колесный колпак по US 4382635 и 5188428, тоже относится и к колесному колпаку с односторонним фиксатором и декоративными колпачками колесных гаек по US 6135570. Для защиты от грязи предназначен колпак по US 6652036.
Колесо с планетарным приводом, размещенным в ступице по SU 1362397, оснащено защитным колпаком воздухоподводящего устройства с колесным краном. Данный колпак защищает воздухоподводящую систему от механических повреждений, однако то, что он закреплен теми же колесными гайками, что и диск, создает неудобства при его демонтаже и операциях со ступичной частью, к тому же его масса велика.
Известны конструкции колес с элементами, предназначенными для установки и надежного удержания бортов шины на диске. Можно выделить две основных группы технических решений - это конструкции бортовых колец и распорные устройства, размещенные внутри обода, предотвращающие смещение шины относительно диска.
Так колесо транспортного средства по RU 9601, содержит бескамерную широкопрофильную шину сверхнизкого давления, смонтированную бортами на основание обода, при этом борта шины зажаты между поверхностью присоединительного фланца и поверхностью бортового кольца, а внутренним диаметром борта шины посажены на посадочные поверхности бортового кольца и на посадочную поверхность присоединительного фланца, которая выполнена конусной. Такая конструкция обеспечивает надежное прижатие боковин бортов шины к присоединительным фланцам, однако неполный контакт основания борта шины с посадочными поверхностями деформирует борт и затрудняет центрирование, что осложняет балансировку колеса в сборе с шиной. К тому же высокие выступы присоединительных фланцев создают неудобства при бортировании шины на диск.
Колесо для пневматической арочной шины по GB 1044897 имеет симметричную конструкцию бортов с прижимными кольцами, центрированными на диске по двум плоскостям и закрепленными болтовым соединением, установленным с зазором.
Разъемный обод по DE 2229183 с уплотнительным кольцом, одновременно фиксирующим один из бортов шины, повышает надежность ее установки, однако создает сложности монтажа-демонтажа шины, т.к. требует разбора самого диска, что трудоемко.
Аналогичный способ крепления внешнего борта шины представлен в FR 2141898, но в отличие от DE 2229183 упором для внутренней части борта шины является не дополнительный элемент, а выступ ответной части диска.
Похожая схема применена и в US 3999588. Здесь оба борта шины садятся на цельный штампованный элемент, а бортовым кольцом осуществляется поджатие внешнего борта к выступу на ободе для предотвращения проворота шины.
Поджатие внешнего борта шины бортовым кольцом к выступу на диске обеспечено в легкосплавном диске по DE 3822852.
Более надежно выполнена фиксация одного из бортов шины в US 4505314.
Массивное бортовое кольцо обеспечивает фиксацию внутреннего борта шины в составном диске по JP 61232901.
Аналогичная вышеприведенным примерам схема фиксации борта шины представлена в US 6527346.
Борта арочной шины в SU 103675 прижимаются к съемным торообразным закраинам диска бортовыми кольцами фиксируемыми общим болтами.
Снижение веса колеса и трудоемкости монтажа и демонтажа шины не удается получить в колесе транспортного средства по SU 645858, содержащем ступицу, установленную на оси, две закраины, между которыми расположен распорно-герметизирующий барабан с прижимными кольцами, и широкопрофильную пневматическую шину низкого давления, имеющую борта, которые зажаты между закраинами и прижимными кольцами, т.к. ось состоит из полуосей, а ступица - из полуступиц, при этом каждая полуступица установлена на отдельной полуоси и выполнена заодно с закраиной, что усложняет изготовление.
Фиксация бортов пневмокатка по US 3024830 осуществляется бортовыми кольцами соединенными с кольцевым ободом, при этом крепление движителя к ступице осуществляется через отверстия для ступичных болтов смещенных относительно отверстий прижимных болтов, с помощью того же бортового кольца имеющего второй фланец расположенный параллельно. Данное колесо оснащено также плоским колпаком закрывающим вентиль. Хотя вентиль и имеет изгиб, недостаточная его длина и отсутствие в колпаке отверстий создает неудобства при регулировании и контроле давления в пневмокатке.
Оребренное бортовое кольцо и закраина обода в US 4206797 способствуют надежной фиксации борта пневмокатка, однако при этом происходит значительная деформация борта, что может привести к его повреждению.
Упрощению монтажа шины на колесо по RU 1833316, содержащего бескамерную широкопрофильную шину, смонтированную на ободе, ограничители перемещения бортов шины, резиновые уплотнительные кольца, а также обечайку основания обода, способствует то, что его съемные бортовые кольца имеют полки для установки бортов шины. Но такое выполнение колеса приводит к снижению его надежности т.к. борта шины консольно установлены на съемных бортовых кольцах, при этом герметичность обеспечивается не посадкой самой шины, а дополнительными резиновыми уплотнительными кольцами в области болтовых соединений.
В колесе для бескамерной широкопрофильной шины по RU 2088418, как и в колесе транспортного средства по RU 2089403, а также ободе колеса для пневматической шины по RU 2104165, содержащих основание обода, коническую посадочную полку и съемное бортовое кольцо с бортовой закраиной, закрепленное на присоединительном фланце с помощью болтовых соединений, основной задачей является обеспечение надежной посадки борта шины на ободе. В этих технических решениях бортовая закраина смещена внутрь колеса относительно плоскости присоединительного фланца и надвинута на коническую посадочную полку. Это позволяет герметизировать внутреннюю полость колеса с шиной, даже при болтах установленных с зазором. Однако бортовое кольцо такой формы усложняет изготовление и требует большой точности для центрирования относительно диска.
Колесо для шины низкого давления по RU 51562 содержит внешний и внутренний полуободы, герметично соединенные между собой посредством крепежных элементов и эластичного кольца, размещенного в кольцевой канавке, имеющейся в плоскости разъема, и ниппель, установленный в одном из полуободов. Для упрощения изготовления полуободы выполнены штампосварными. Разрезная распорная втулка служит для прижатия бортов шины, однако при этом увеличивается масса колеса в целом, в то же время фиксация ее свободных концов при помощи резьбовых элементов обуславливает неравномерное распределению массы, что приводит к дисбалансу колеса, а заявленный вариант фиксации упомянутой втулки при помощи шнура, к тому же опасен в эксплуатации.
На повышение надежности, долговечности и технологичности направлен объект по RU 64139 и техническое решение по RU 2348538. Данное колесо, содержит крупногабаритную пневматическую шину, размещенную на посадочных полках основания обода, а также диск, прикрепленный к основанию обода. Оно снабжено тонкостенным распорным кольцом, выполненным в виде цилиндрической оболочки с опорными поверхностями по краям и размещенным внутри шины с прилеганием указанных поверхностей к бортам шины. Основание обода выполнено в виде двух тонкостенных усеченных конусов, со стороны большего основания каждого из которых размещен фланец с посадочной полкой, а со стороны меньшего основания выполнен фланец, расположенный со стороны конуса, противоположной поверхности размещения посадочной полки с отверстиями по окружности фланца. Оба усеченных конуса примыкают друг к другу указанными фланцами и соединены между собой посредством съемного диска, выполненного с фланцем с отверстиями и посадочным местом для размещения обоих фланцев усеченных конусов, и болтов, пропущенных через отверстия во всех фланцах. Такая конструкция колеса не обеспечивает повышение надежности т.к. при эксплуатации из-за возникающих циклических нагрузок внутреннее тонкостенное распорное кольцо может потерять устойчивость и прослабнуть, не обеспечив необходимого усилия прижатия бортов шины. Не достигается при этом и улучшение технологичности, так как при снятии-установке шины требуется разобрать половину диска, что трудоемко.
Приспособление для фиксации бортов шины по US 4776377 представляет собой сборное распорное кольцо, размещенное внутри посадочной поверхности диска. Такая конструкция обеспечивает надежное прижатие бортов шины, но в тоже время значительно увеличивает массу колеса в целом, а следовательно и неподрессоренную массу, что ухудшает управляемость.
Упругое распорное кольцо во внутренней полости диска по US 4797987 также предназначено для фиксации бортов шины.
Хотя распорное кольцо во внутренней полости диска по US 5060706 имеет простую форму, система запирания бортового кольца, являющегося одновременно и посадочным для борта шины, с несколькими кольцевыми фиксаторами и болтовыми элементами усложняет конструкцию в целом. Аналогичное решение представлено и в SU 136634. Однако здесь элемент поджимающий борт шины в горизонтальном и вертикальном направлении разделен на две детали - бортовое кольцо и конусное кольцо для плотной посадки основания борта шины, при этом распорное кольцо П-образного сечения поджимает борта шины с внутренней стороны.
Приспособление для фиксации шины по US 5271443 состоящее из центрального металлического распорного кольца и двух симметричных эластомерных элементов закрепленных по его краям и контактирующих с бортами шины. Поджатие борта шины, как и в предыдущих примерах, осуществляется съемным бортовым кольцом.
Известно колесо плавающего транспортного средства по RU 10371, содержащее диск с ободом, пневматическую шину с вентилем и водоизмещающий элемент, закрепленный на ободе колеса. Водоизмещающий элемент выполнен в виде защитного колпака с оболочкой, расположенной между этим колпаком и диском колеса, при этом внутри полости, ограниченной оболочкой и защитным колпаком, расположен вспененный полимерный материал. На оболочке напротив вентиля пневматической шины выполнена впадина.
Оснащение данного колеса дополнительным элементом в виде защитного колпака с оболочкой приводит к увеличению неподрессоренной массы и усложнению конструкции, при этом увеличение полезного объема (водоизмещения) нивелируется значительной массой самого колпака. А размещение вентиля у закраины обода может привести к его повреждению при движении с малым давлением воздуха в шине или буксовании.
Таким образом, эксплуатационные характеристики этого колеса ограничены из-за значительной его массы и нерациональной конструкции.
Задача-улучшение эксплуатационных характеристик колеса.
Улучшение эксплуатационных характеристик колеса обеспечено рациональным креплением бортовых колец.
Для этого в колесе, содержащем диск колеса, с внутренним и внешним конусами, и посадочные кольца, к которым присоединены бортовые кольца, бортовые кольца крепят к посадочным кольцам беззазорным разъемным соединением.
Крепление бортовых колец к посадочным кольцам беззазорным разъемным соединением, позволило достичь технического результата, а именно улучшить эксплуатационные характеристики колеса, содержащего диск колеса, с внутренним и внешним конусами, и посадочные кольца, к которым присоединены бортовые кольца, поскольку крепление бортовых колец к посадочным кольцам беззазорным разъемным соединением повышает его надежность, улучшая тем самым эксплуатационные характеристики колеса.
Дополнительную жесткость конструкции придает то, что посадочное и бортовое кольца выполнены U-образными, при этом угол между образующей конической поверхности посадочного кольца и образующей привалочной поверхности бортового кольца равен 55÷135°.
Оснащение держателями, соединенными с посадочным и бортовым кольцами упрощает монтаж (демонтаж) колпака.
Установка на держатели колпака, защищает полость диска от попадания грязи и снега, а выведение удлинителя вентиля колеса на внешнюю сторону колпака упрощает регулирование и контроль давления воздуха в шине.
Изображено на:
Фиг.1 - Колесо;
Фиг.2 - Фрагмент борта колеса;
Фиг.3 - Вид колеса сбоку (фрагмент);
Фиг.4 - Крепление держателя;
Фиг.5 - Трехмерная модель колеса;
Колесо содержит диск 1 (фиг.1) колеса, с внутренним 2 и внешним 3 конусами, и посадочные кольца 4, к которым присоединены бортовые кольца 5. Бортовые кольца 5 крепят к посадочным кольцам 4 беззазорным разъемным соединением 6.
Крепление бортовых колец 5 к посадочным кольцам 4 беззазорным разъемным соединением 6, позволило достичь технического результата, а именно улучшить эксплуатационные характеристики колеса, содержащего диск 1 колеса, с внутренним 2 и внешним 3 конусами, и посадочные кольца 4, к которым присоединены бортовые кольца 5, поскольку крепление бортовых колец 5 к посадочным кольцам 4 беззазорным разъемным соединением 6 повышает его надежность, улучшая тем самым эксплуатационные характеристики колеса.
Посадочное и бортовое кольца выполнены U-образными, при этом угол между образующей конической поверхности 7 посадочного кольца и образующей привалочной поверхности 8 бортового кольца равен 55÷135°.
Колесо оснащено держателями 9, соединенными с посадочным 4 и бортовым 5 кольцами.
На держатели установлен колпак 10, на внешнюю сторону которого выведен удлинитель 11 вентиля 12 колеса.
Колесо функционирует так.
При движении транспортного средства колесо через установленную на нем шину обеспечивает кинематическую и силовую связь трансмиссии с поверхностью перемещения.
Вращающий момент и усилия от шины воспринимают посадочные кольца 4 и бортовые кольца 5, скрепленные беззазорным разъемным соединением 6. Затем, внутренний 2 и внешний 3 конуса, передают усилия на диск 1 колеса.
Надежное крепление борта шины независимо от внутреннего давления воздуха в ней обеспечено креплением бортовых колец 5 к посадочным кольцам 4 беззазорным разъемным соединением 6, а также выполнением их U-образными.
Угол между образующей конической поверхности 7 посадочного кольца и образующей привалочной поверхности 8 бортового кольца равный 55÷135° позволяет надежнее фиксировать борт шины и облегчает ее монтаж.
Колпак 10 установленный на держатели 9, которые соединенны с посадочным 4 и бортовым 5 кольцами, защищает полость диска от попадания грязи и снега. Удлинитель 11 вентиля 12 выведенный на внешнюю сторону колеса упрощает регулирование и контроль давления воздуха в шине.