АВТОМОБИЛЬНОЕ КОЛЕСО
AUTOMOTIVE WHEEL

Изобретение относится к автомобильной промышленности, в частности к конструкциям штампованных автомобильных колес.
Известно автомобильное колесо, состоящее из обода с бортовыми закраинами, коническими посадочными полками, монтажного ручья с опорной цилиндрической поверхностью и штампованного диска из листового металла, имеющего центральную привалочную зону с крепежными и центральным отверстиями, промежуточную зону с вентиляционными отверстиями и ребром жесткости, наружную зону в виде опорного цилиндрического фланца с вырезами образующими "спицы", по которой он сопрягается и соединяется с цилиндрической поверхностью монтажного ручья обода [Колесо с диском, имеющим вырезы на опорном цилиндрическом фланце и шесть вентиляционных отверстий. Колеса автомобилей марки ГАЗЕЛЬ, выпускавшиеся на ГАЗе с 2000 по октябрь 2004 годов («АВТОМИР», 17.11.2001, «За рулем», №10, 2003, с. 240, «За рулем», №11, 2004, с. 289)].
Характерные особенности этого колеса заключаются в том, что с целью экономии металла и снижения веса колеса диск изготавливается из круглой заготовки со срезанными краями - хордами, расположенными по взаимно перпендикулярным сторонам, что приводит к образованию вырезов на опорном цилиндрическом фланце изготовленного диска. Размеры заготовки (расстояние между хордами) в данной конструкции обуславливаются сохранением неразрывности опорного цилиндрического фланца. В зонах вырезов фланец сохраняется, но величина его по высоте значительно меньше полной величины опорного цилиндрического фланца. Количество вырезов может быть различным в зависимости от выбранного раскроя полосы.
Зоны на опорном цилиндрическом фланце диска без вырезов, называемые «спицами», соединяются сваркой с цилиндрической поверхностью монтажного ручья обода.
Недостатками этой конструкции являются:
- увеличенное радиальное биение колеса, возникающее вследствие анизотропии свойств металла (вдоль и поперек направления прокатки), приводящей к тому, что диск под действием существенных остаточных напряжений, различных по этим направлениям, принимает форму овала;
- не равномерное прилегание диска к ободу, вследствие отклонения формы "спиц" диска от теоретической цилиндрической поверхности, ввиду влияния вырезов в опорном цилиндрическом фланце, приводит к возникновению пиковых напряжений в местах окончания вырезов и разрушению обода в процессе эксплуатации;
- в связи с увеличенным биением снижаются его прочностные характеристики в процессе эксплуатации и соответственно ресурс колеса.
Известно автомобильное колесо, состоящее из обода с бортовыми закраинами, коническими посадочными полками, монтажного ручья с опорной цилиндрической поверхностью и штампованного диска из листового металла, имеющего центральную привалочную зону с крепежными и центральным отверстиями, промежуточную зону с вентиляционными отверстиями и ребром жесткости, наружную зону в виде опорного цилиндрического фланца с вырезами, образующими "спицы", по которой он сопрягается и соединяется сваркой с цилиндрической опорной поверхностью монтажного ручья обода и перемычками, соединяющими спицы, образованными периферийными кромками вентиляционных отверстий и кромками вырезов на опорном цилиндрическом фланце.
При этом перемычки сложной волнообразной формы, связывающие между собой свариваемые "спицы", выполнены таким образом, что создают дополнительный контакт между опорным цилиндрическим фланцем диска и цилиндрической поверхностью монтажного ручья обода. Перемычки становятся одним из элементов наружной зоны диска [Патент РФ на промышленный образец №65005, «Колесо транспортного средства», 2007. Патент РФ на изобретение №2323834, «Автомобильное колесо», 2008].
Характерные особенности этого колеса заключаются в том, что:
- расход металла для получения этого колеса минимален по сравнению с известными аналогами;
- в зонах контакта перемычек сложной волнообразной формы с цилиндрической поверхностью монтажного ручья обода имеются разрывы на опорной цилиндрической поверхности диска, где он не примыкает к ободу;
- на диске выполнены четыре вентиляционных отверстия, находящиеся в зоне вырезов заготовки.
Размеры заготовки (расстояние между хордами) в данной конструкции обуславливаются сохранением неразрывности опорного цилиндрического фланца. В зонах вырезов фланец сохраняется, но величина его на отдельных участках меньше, чем у опорного цилиндрического фланца.
Недостатками этой конструкции являются:
- недостаточное примыкание диска колеса к ободу в зоне вырезов на фланце, т.е. нет полного контакта опорной цилиндрической поверхности диска с цилиндрической поверхностью монтажного ручья обода;
- нет стабильности формы вентиляционных отверстий и перемычек сложной волнообразной формы вследствие неравномерной толщины штампуемого металла и отклонений размеров заготовки в пределах допуска;
- в связи со значительным перемещением металла заготовки для получения перемычки сложной волнообразной формы в процессе формообразования диска на кромках контура вентиляционных отверстий появляются зоны утонения исходного металла, достигающие 20% исходной толщины, что требует введения притуплений кромок, а это дополнительная технологическая операция.
Наиболее близким техническим решением является автомобильное колесо, состоящее из обода с бортовыми закраинами, коническими посадочными полками, монтажного ручья с опорной цилиндрической поверхностью и штампованного диска из листового металла, имеющего центральную привалочную зону с крепежными и центральным отверстиями, промежуточную зону с вентиляционными отверстиями и ребром жесткости, наружную зону в виде опорного цилиндрического фланца одинаковой высоты, замкнутого по всему контуру, по которому он сопрягается и соединяется сваркой с цилиндрической опорной поверхностью монтажного ручья обода [Патент РФ на промышленный образец №39981, «Колесо грузового автомобиля», 1992. Использовалось на ГАЗе с 1994 по 1996 годы. Колеса большегрузных автомобилей. Большегрузные автомобили фирмы VOLVO. («Коммерческий транспорт», №6, 2005, с. 65) Колеса Кременчугского колесного завода для тракторов и с/х машин. (Каталог «Колеса и ободья для пневматических шин», с. 10) - прототип]
Преимуществом в этой конструкции является то, что сопряжение опорной цилиндрической поверхности монтажного ручья обода с опорным цилиндрическим фланцем диска максимальное и осуществляется равномерно по всему диаметру колеса.
Недостатки этой конструкции:
- увеличенный относительно других применяемых конструкций расход металла, т.к. диск получается из круглой заготовки, вырубаемой с перемычками из прямоугольной полосы с учетом припуска на обрезку;
- увеличенное радиальное биение колеса, возникающее вследствие анизотропии свойств металла (вдоль и поперек направления прокатки), приводящей к тому, что диск под действием существенных остаточных напряжений, различных по этим направлениям, принимает форму овала.
Для получения таких колес с допустимым радиальным биением необходимо дополнительное уникальное и дорогостоящее оборудование и оснастка.
Техническими задачами, на решение которых направлено изобретение, являются:
- повышение прочности и несущей способности автомобильного колеса;
- уменьшение радиального биения колеса;
- экономия материальных ресурсов.
Поставленные задачи решаются за счет того, что в известном автомобильном колесе, состоящем из обода с бортовыми закраинами, коническими посадочными полками, монтажного ручья с опорной цилиндрической поверхностью и штампованного диска из листового металла, имеющего центральную привалочную зону с крепежными и центральным отверстиями, промежуточную зону с вентиляционными отверстиями и ребром жесткости, наружную зону в виде опорного цилиндрического фланца одинаковой высоты и замкнутого по всему контуру, по которой он сопрягается и соединяется сваркой с цилиндрической опорной поверхностью монтажного ручья обода, опорный цилиндрический фланец имеет зоны со значительным более чем на 10% увеличением толщины исходного металла, что исключает остаточные деформации диска (пружинение) после штамповки вдоль и поперек прокатки, зоны увеличенной толщины распределены по внутренней поверхности опорного цилиндрического фланца и расположены по краям «спиц», образуемых равномерно расположенными по диаметру колеса вентиляционными отверстиями, а также тем, что кромки вентиляционных отверстий имеют скругления по наружной и внутренней поверхности диска радиусами, величина которых не менее 25% от толщины исходного металла.
Форма вентиляционных отверстий и их количество в предлагаемой конструкции не являются ее отличительными признаками.
При этом количество вентиляционных отверстий может быть равно четырем, пяти, шести или восьми в зависимости от требований дизайнеров и разработчиков автомобиля.
Заявляемое решение иллюстрируется чертежами, где:
фиг. 1 - диск колеса;
фиг. 2 - анализ толщин диска колеса, зеленым цветом показаны зоны с увеличенной толщиной;
фиг. 3 - диск и обод в сборе - наружная сторона с вырезом ¼ части обода;
фиг. 4 - диск и обод в сборе - внутренняя сторона с вырезом ¼ части обода;
фиг. 5 и 6 - диск и обод в сборе - с 8 вентиляционными отверстиями;
фиг. 7 и 8 - диск и обод в сборе - с 4 вентиляционными отверстиями;
фиг. 9 - «спицы» и зоны увеличенной толщины.
Автомобильное колесо собирается из двух основных частей, а именно диска колеса 1 и обода колеса 12:
Диск колеса 1 условно разбит на три зоны.
Привалочная зона, включающая в себя привалочную поверхность 2 с крепежными отверстиями 3 и центральным отверстием 4.
Наружная зона, образованная опорным цилиндрическим фланцем 5.
На внутренней поверхности опорного цилиндрического фланца 5 имеются зоны увеличенной толщины 6, расположенные по краям «спиц» 7, образуемых равномерно распределенными по диаметру колеса вентиляционными отверстиями.
Промежуточная зона, соединяющая привалочную с наружной, состоит из соединительной поверхности 8, на которой имеется ребро жесткости 9 и вентиляционные отверстия 10.
На наружной и внутренней поверхности диска по кромкам вентиляционных отверстий имеются притупляющие радиусы 11. Величина притупляющих радиусов не менее 25% от толщины исходного металла диска.
Обод колеса 12 включает в себя следующие функциональные части:
- монтажный ручей 13 с опорной цилиндрической посадочной поверхностью 14;
- конические посадочные полки 15;
- бортовые закраины 16.
Диск 1 и обод колеса 12 соединены между собой сваркой 17 по опорному цилиндрическому фланцу диска 5 и по опорной цилиндрической посадочной поверхности 14 монтажного ручья 13.
Наиболее значимыми характеристиками этих колес являются: расход металла, радиальное биение и его ресурс (количество циклов до разрушения).
Особенную актуальность приобретает эта конструкция колеса с учетом возможного увеличения полной массы выпускаемых автомобилей.
Колеса этой конструкции планируются к внедрению на ГАЗе для автомобилей семейства ГАЗель.
Ресурс колеса, описанного в заявке и выпускающегося в настоящее время, наилучший по сравнению со всеми выпускавшимися ранее. Расход металла минимальный по сравнению с аналогами. Биение соответствует международным требованиям.