КОЛЕСО ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ Российский патент 2009 года по МПК B60B21/00 B60B19/06 B60B3/00 F16F15/36 G01M1/36 

Предлагаемое изобретение относится к области безрельсовых транспортных средств и может быть использовано в конструкциях автомобилей, снабженных колесами, представляющими собой неразъемное соединение обода с диском.

Известно колесо преимущественно легкового автомобиля, описанное и показанное в книге Кнороз В.И., Кленников Е.В. Шины и колеса. М.: Машиностроение. 1975 г. на стр.31-34, рис.10. Такое колесо представляет собой неразъемное соединение обода с диском, которое осуществляется точечной контактной сваркой. С одной стороны диска имеются выступы для крепления декоративного колпака, а сам обод (см. рис.10а этой же книги), например, выполнен симметричным и по своей периферии снабжен бортовыми закраинами. Бортовые закраины ободьев колес имеют различную форму (см. стр.34-35, рис.11) и предназначены для взаимодействия с бортами шин, воспринимая передаваемые ими усилия. На ободе колеса (стр.22, рис.5) размещается шина, состоящая в основном из бортов, протектора и боковин. Несмотря на простоту конструкции описанного колеса, а также эффективность его эксплуатации, последнее обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что при движении автомобилей особенно с высокими скоростями оно за счет своей неуравновешенности работает в области биения и вибрации. Такие явления затрудняют управление автомобилем, снижают срок службы шин, амортизаторов, ухудшают безопасность движения и т.д. Для устранения дисбаланса колес в практике их подвергают как статической, так и динамической балансировке с установкой уравновешивающих грузов на закраины ободьев колес.К сожалению, такой прием малоэффективен, так как после небольшого пробега за счет износа шин и других дефектов балансировка нарушается и ее необходимо вновь проводить и неоднократно.

Известно также колесо автомобиля, выполненное по патенту RU 2284921, которое имеет обод, жестко соединенный с диском, и шину, причем на одной из закраин обода жестко закреплено кольцо и в нем подвижно расположены тела качения. Такое колесо в автоматическом режиме устраняет его уравновешивание. Однако и этому колесу присущ серьезный недостаток, заключающийся в том, что одностороннее расположение кольца с телами качения позволяет производить статическую балансировку колеса в том случае, когда ось вращения колеса параллельна главной центральной оси инерции (см. книгу Работа автомобильной шины под ред. В.И.Кнороза, М.: Транспорт, 1976 г., стр.210, рис.109). В случае же устранения дисбаланса колеса, у которого ось вращения проходит через его центр тяжести и составляет некоторый угол с главной центральной осью инерции (см. книгу Работа автомобильной шины под. ред. В.И.Кнороза М.: Транспорт, 1976 г., стр.211, рис.110), вышеописанный способ балансировки является недостаточно эффективным и поэтому производится динамическая балансировка колес. К сожалению, устройство, выполненное по патенту RU 2284921, не в полной мере производит устранение дисбаланса колеса в эксплуатационных условиях.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является создание условий автоматической балансировки колес легковых автомобилей как при статическом, так и динамическом их неуравновешивании.

Поставленная цель достигается тем, что с внешней образующей бортовой закраины обода, со стороны выступов для крепления декоративного колпака диска жестко закреплено другое кольцо, внутренняя поверхность которого также имеет круговую в сечении полусферическую дорожку и в ней подвижно расположены одинакового собственного веса и количества другие тела качения, контактирующие с ответной поверхностью бортовой закраины обода, снабженного конусным отверстием с заглушкой, удерживаемой бортом шины упомянутого колеса автомобиля.

На фиг.1 показана часть колеса легкового автомобиля в разрезе, на фиг.2 - динамически неуравновешенное колесо, на фиг.3 - динамически уравновешенное колесо и на фиг.4 - динамическая схема нагружения колеса дисбалансом и подвижными уравновешиваемыми его массами.

Колесо легкового автомобиля состоит из диска 1 с выступами для декоративного колпака 2 и обода 3 с бортовыми закраинами 4. К бортовым закраинам 4 с обеих сторон обода 3 жестко присоединены кольца 5 и в пространстве между закраинами 4 и кольцами 5 подвижно расположены тела качения 6 сферической формы. В каждой из закраин выполнено по одному конусному отверстию 7 и в них установлены заглушки 8. На ободе 3 колеса смонтирована покрышка 9, а диск 1 с помощью болтов Ю закреплен на ступице 11 колеса.

Работает колесо легкового автомобиля следующим образом. В начальный момент времени, когда легковой автомобиль находится в состоянии покоя, тела качения 6 сферической формы, которых может быть несколько штук с каждой стороны обода, находятся в нижней части колеса так, как это, например, показано на фиг.1, сгруппировавшись там под действием собственного веса. Известно, что за счет погрешностей изготовления деталей колес и других причин при вращении колеса непрерывно меняется положение неуравновешенных масс m_H, расположенных, например, так, как это показано на фиг.2. Неуравновешенные массы колеса в этом случае приводятся к двум массам m_H, лежащим в диаметральной плоскости. При вращении колеса в местах расположения центров тяжести неуравновешенной массы возникают центробежные силы Pc. Эти силы действия в противоположных направлениях создают пару сил, момент который равен M=Рс·а. Такой момент и характеризует величину дисбаланса. Понятно, что для достижения динамического равновесия на закраинах обода устанавливают уравновешивающие грузики, создающие центробежные силы Рс (центробежные грузики на фиг.3 показаны треугольниками черного цвета, закрепленными на бортовых закраинах фиг.4). Такая операция трудоемка и для ее упрощения в предложенном техническом решении использован автоматический способ устранения дисбаланса. Так (см. фиг.4), где диск 1 колеса условно разделен на две части - правую и левую, при движении легкового автомобиля его колесо вращается по стрелке В и тела качения 6 (они показаны как одно сферической формы тело-шар), например, расположенные слева (см фиг.4), по мере наращивания окружной скорости V_к имеют угловую скорость ω_ш, несколько меньшую за счет того, что на последние действуют силы инерции Ри, силы собственного веса Pg и силы вредного сопротивления Рвс. В то же время на тела качения сферической формы 6 действует и движущая сила Рд, которая направлена в сторону вращения колеса автомобиля по стрелке В и возникающая из-за сил трения качения между телами качения 6 и внутренней поверхностью кольца 5. Предположим, что у колеса имеется дисбаланс Δ₁, проявляющийся от неуравновешенной массы m₁, и тогда центробежная инерционная сила Рциm₁ от нее определится по зависимости

где m₁·ρ=Δ₁.

Одновременно на тела качения сферической формы 6 также будет действовать центробежная инерционная сила

где m_ш·r=Δ₂, где Δ₂ является динамическим противовесом.

Известно, что уравновешивание массы m₁ произойдет тогда, когда масса m_ш займет положение, расположенное в диаметральной плоскости колеса XX, и центра тяжести неуравновешенной массы m₁, или же в плоскостях ОХ'(ОХ₁'), расположенных к ней под углом α, который и определяет положение динамического противовеса Δ₂ и зависит от разницы масс m₁ и m_ш. Подобный процесс положения массы m_ш сферических тел качения 6, являясь подвижной, определит положение динамического противовеса Δ₂. При изменении окружной скорости V_к вращения колеса легкового автомобиля угол в автоматическом режиме для обеих сторон диска 1 колеса в автоматическом режиме будет корректироваться, что и обеспечит надежную динамическую балансировку колеса автомобиля, движущегося с большими скоростями.

Технико-экономическое преимущество предложенного технического решения в сравнении с известными очевидно, так как по мере изменения величин неуравновешенных масс колес легковых автомобилей (износ протектора, колесно-ступичной группы и т.д.) последние всегда будут динамически сбалансированы в автоматическом режиме без съема их с автомобиля.

Изобретение относится к области безрельсовых транспортных средств. Колесо состоит из диска, жестко соединенного с ободом, по одной из закраин которого расположено кольцо с телами качения. Для создания динамической балансировки колеса в автоматическом режиме на другой закраине колес закреплено подобное кольцо, снабженное также телами качения. В результате улучшается автоматическая балансировка колес легковых автомобилей при их движении. 4 ил.

Колесо легкового автомобиля, состоящее из диска с выступами под декоративный колпак, с жестко к нему присоединенного обода, на одной из закраин которого расположено кольцо с телами качения и шины, отличающееся тем, что с внешней образующей бортовой закраины обода, со стороны выступов для крепления декоративного колпака диска, жестко закреплено другое кольцо, внутренняя поверхность которого также имеет круговую в сечении полусферическую дорожку и в ней подвижно расположены одинакового собственного веса и количества другие тела качения, контактирующие с ответной поверхностью бортовой закраины обода, снабженного конусным отверстием с заглушкой удерживаемой бортом шины упомянутого колеса автомобиля.