АВТОМОБИЛЬНОЕ КОЛЕСО

Полезная модель относится к колесам транспортных средств с пневматической шиной и может использоваться для устранения вибраций, возникающих при движении автомобиля из-за неуравновешенности колес.
Эти вибрации затрудняют управление автомобилем, ухудшают безопасность движения, снижают срок службы шин, амортизаторов, рулевого управления и т.д., что особенно проявляется в условиях эксплуатации с высокими скоростями движения.
Для устранения дисбаланса колес на балансировочном стенде производится одноразовая (жесткая) балансировка путем крепления уравновешивающих грузов на закраинах обода диска колеса.
Однако на практике такой метод не решает проблему балансировки колеса окончательно, т.к. даже после небольшого пробега, за счет износа шины и других дефектов, балансировка неизбежно нарушается, и возникает необходимость вновь проводить уравновешивание колеса на балансировочном стенде.
Для возможности автоматической компенсации произвольно возникающего дисбаланса колес были предложены устройства, действие которых основано на принципах действия пассивного автобалансира. С этой целью на колесе, концентрично его оси вращения, формируется замкнутая кольцевая полость с размещенными в ней подвижными грузами-противовесами, которые при вращении неуравновешенного колеса автоматически смещаются в зону контрдисбаланса, осуществляя балансировку колеса при движении автомобиля. В качестве балансировочных грузов предлагается применять незамерзающую
жидкость, твердые тела сферической формы (шары), синтетические порошки и пр.
Известны различные устройства для автоматического устранения дисбаланса колеса путем образования в колесе (или прикрепления к нему) замкнутой кольцевой полости с размещенной в ней незамерзающей жидкостью, например, описанные в патенте США N5503464 (публикация 1996 г.), в а.с.СССР №1030210 (публикация 1983 г.), в патенте Великобритании N1196856 (публикация 1970 г.).
Идеология этих устройств состоит в том, что, в соответствии с принципами действия пассивного автобалансира, при вращении неуравновешенного колеса, после прохождения резонансных оборотов, жидкость в кольцевой полости будет перетекать в зону, противолежащую дисбалансу, что приведет к статической и динамической балансировке колеса. В реальных условиях при движении автомобиля центробежное ускорение на ободе колеса достигает 100-200g и более, и, следовательно, жидкость будет растекаться почти равномерным слоем по всей внешней стенке кольцевой полости, формируя лишь доли процента необходимой уравновешивающей массы. Поэтому применение таких устройств для автоматической балансировки колеса автомобиля неэффективно.
Известны различные устройства для автоматического устранения дисбаланса колеса путем образования в колесе (или прикрепления к нему) замкнутой кольцевой полости с размещенными в ней в один ряд твердых балансировочных грузов в виде шаров, и не содержащей демпфирующей жидкости, например, описанные в патентах Великобритании №2053816 (публикация 1981 г.), РФ №2046724 (публикация 1995 г.), РФ №2284921 (публикация 2006 г.).
Эти устройства при вращении колеса создают условия для перемещения противовесов в зону контрдисбаланса и накопления уравновешивающей массы, однако отсутствие демпфирования движения
противовесов приводит к неустойчивости и, следовательно, к неэффективности процесса балансировки колеса.
Известны различные устройства для автоматической балансировки колеса, предполагающие формирование на колесе (или прикрепление к нему) замкнутой кольцевой полости, в которой размещены в один ряд балансировочные грузы в виде твердых шаров и жидкость для смазки и демпфирования движения шаров, описанные, например, в патентах Великобритании N730291 (публикация 1955 г.) и №1088186 (публикация 1967 г.), США N3913980 (публикация 1975 г.) и N6719374 (публикация 2003 г.), РФ №2046723 (публикация 2005 г.).
Эти устройства способны обеспечить функционирование автобалансира колеса, но они имеют недостаточно высокие эксплуатационные характеристики (точность балансировки, стабильность работы, надежность и др.) при неадекватной сложности технической реализации.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание конструктивно простого устройства, обеспечивающего эффективную и точную балансировку колеса при движении автомобиля.
Автомобильное колесо включает диск со ступицей и ободом, декоративный колпак и размещенную на ободе покрышку. Колесо содержит устройство для автоматического устранения дисбаланса колеса при его вращении, выполненное в виде расположенной концентрично оси вращения колеса замкнутой кольцевой полости с размещенными в ней балансировочными грузами в виде набора большого количества шаров малого диаметра, изготовленных из материала, допускающего пластическую микродеформацию при соударениях шариков. Кольцевая полость имеет прямоугольное поперечное сечение, а шарики могут свободно перемещаться по внешней стенке полости в несколько рядов.
Балансировочное устройство может быть размещено на ободе колеса в области его закраин как с внешней, так и с внутренней стороны колеса.
Балансировочное устройство может быть размещено на ободе колеса внутри полости покрышки.
Балансировочное устройство может быть размещено на диске колеса.
Балансировочное устройство может быть размещено на декоративном колпаке.
Кольцевая камера с замкнутой кольцевой полостью может изготавливаться в виде отдельной детали, присоединяемой к колесу, или формироваться непосредственно конструкцией профиля обода, диска или декоративного колпака.
На фиг.1 схематично изображено предлагаемое автомобильное колесо с указанием мест возможного размещения кольцевой камеры; на фиг.2 изображена кольцевая камера и расположение шариков-противовесов в ее рабочей полости при невращающемся колесе; на фиг.3 - разрез АА на фиг.2; на фиг.4 - положение шариков-противовесов в финальной стадии процесса компенсации дисбаланса вращающегося неуравновешенного колеса.
Автомобильное колесо содержит диск 1, ступицу 2, обод 3 с размещенной на нем покрышкой 4 и декоративный колпак 5. Колесо содержит устройство для автоматического устранения дисбаланса колеса при его вращении, выполненное в виде расположенной концентрично оси вращения колеса кольцевой камеры 6 с внутренней замкнутой кольцевой полостью 7 и размещенными в ней шариками-противовесами 8.
Кольцевая полость 7 прямоугольного поперечного сечения с гладкой внутренней поверхностью заполнена шариками 8 так, что при плотной упаковке в один слой на внешней стенке полости 7 шарики занимают не более одной трети ее площади.
Ширина кольцевой полости 7 обеспечивает свободное движение шариков 8 в два и более ряда.
Шарики 8 изготовлены из материала, допускающего пластические микродеформации при соударениях.
В исходном положении, до начала вращения колеса, шарики занимают нижнюю часть кольцевой полости, располагаясь компактной группой в несколько рядов на внешней стенке полости. С началом вращения колеса силой трения о стенки шарики вовлекаются в движение и, располагаясь случайным образом по всей поверхности внешней стенки полости, приобретают возможность свободно двигаться независимо друг от друга.
После достижения колесом критических (резонансных) оборотов взаимодействие внешней стенки кольцевой полости с шариками-противовесами порождает силы, стремящиеся переместить противовесы из любого положения на внешней стенке полости в зону контрдисбаланса.
В начальной стадии процесса балансировки шарики обладают максимальной подвижностью и начинают быстро двигаться встречными потоками в зону контрдисбаланса, где, в результате, происходит многократное соударение шариков друг с другом и с боковыми стенками полости, вызывающее пластические микродеформации поверхности шариков. За счет потерь энергии на деформацию материала шариков при соударениях, происходит быстрая остановка встречного движения противовесов (демпфирование «релейного» типа) и накопление уравновешивающей массы. В этот момент поле балансирующих сил ослабевает до нуля, и шарики, не успевшие попасть в балансирующую группу, останавливаются на внешней стенке полости, занимая случайные положения, не нарушающие в целом достигнутого уравновешивания (аналогичная ситуация имеет место при работе устройства на изначально сбалансированном колесе). Это положение сохраняется неизменным при вращении колеса в различных режимах вплоть до почти полной остановки, однако в случае изменения дисбаланса колеса при движении автоматически происходит соответствующее изменение положения и
состава балансирующей группы шариков, восстанавливающее балансировку.
Предлагаемое устройство, создавая повышенную мобильность балансирующих масс путем организации многорядного встречного движения шариков, приводящего в свою очередь к включению демпфирования только на заключительной стадии процесса, обеспечивает эффективность и точность балансировки со стопроцентной стабильностью работы при многократных запусках.
Прямоугольное поперечное сечение кольцевой полости делает устройство простым в изготовлении и позволяет, используя шарики малого диаметра, минимизировать толщину h кольца кольцевой камеры (см. фиг.3), что, в свою очередь, значительно расширяет возможности установки устройства на колесе.
Использование для изготовления шариков-противовесов материалов, допускающих пластические микродеформации без заметного изменения сферической формы, позволяет получить наиболее рациональный способ демпфирования движения шариков-противовесов, избежав при этом технических проблем, связанных с герметизацией полости.