Результат интеллектуальной деятельности: АВТОМОБИЛЬНОЕ КОЛЕСО

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.