В наиболее общем случае автомобильное колесо состоит из пневматической шины, обода и диска. Ободом автомобильного колеса называют часть колеса, на котором монтируют пневматическую шину. Ободья, как правило, состоят из трех основных компонентов: центральной цилиндрической части, полок и фланцев, называемых также закраинами обода (рис. 4, а).

Рис. 4. Автомобильный колесный диск: а – основные элементы конструкции диска; б – основные элементы неразборного обода; в – разборный трехкомпонентный обод; 1 – центральная цилиндрическая часть обода; 2 – полки обода; 3 – фланцы (закраины обода); 4 – диск колеса; 5 – цилиндрическая часть; 6 – резиновое кольцо; 7 – съемный фланец; 8 – пружинное запорное кольцо; α – угол наклона полки обода

Конструктивное исполнение и геометрические параметры ободьев определяются в первую очередь размером и типом шин, для которых они предназначены: для легковых, грузовых, авиационных или других, для камерной или бескамерной конструкции, для специальных, безопасных и т. д. Основными переменными параметрами ободьев при этом являются их посадочный диаметр, угол наклона полок и расстояние между закраинами (рис. 4, б). Конструкции ободьев внутри каждого типа колес унифицированы. Конкретные геометрические параметры – толщина обода, их радиусы скругления и другие образуют комплекс размеров и определяются изготовителями колес в зависимости от нагруженности.

Центральная цилиндрическая часть по своему профилю может быть плоской в сечении или иметь ручьевые углубления, облегчающие монтаж/демонтаж шин, что определяется типом и размером шин, которые должны монтироваться на ободе.

Фланцы (закраины) обода непосредственно взаимодействуют с бортами шины и воспринимают передаваемые ими усилия. Они ограничивают деформацию бортов шины и защищают их от внешних повреждений.

Полки обода служат опорой для подошвы борта шины. Они передают усилия и моменты между колесом и шиной, а также обеспечивают герметичность посадки шин бескамерной конструкции.

По своему конструктивному исполнению ободья могут быть разборными и неразборными. Разборные ободья имеют съемный фланец (закраину) и/или полку обода (рис. 4, в). В некоторых конструкциях съемный фланец выполняется единой деталью с полкой. Конструкцией таких ободьев предусматривается запорное устройство, в простейшем случае представляющее собой пружинное запорное кольцо, крепящееся в специальной проточке на цилиндрической центральной части обода. Если разборный обод применяется для бескамерной шины, то герметизация стыка осуществляется уплотнительным резиновым кольцом. Основным преимуществом разборной конструкции обода является простота операций монтажа/демонтажа шин, так как при этом не требуется деформировать борт шины. Особенно это свойство ценно для шин больших размеров высокой грузоподъемности.

К недостаткам этого типа ободьев относят трудность их надежной герметизации, а также необходимость повышенных требований безопасности при монтаже/демонтаже, поскольку пружинное запорное кольцо при неаккуратном обращении может нанести травму.

Кроме того, разборная конструкция обода имеет ограничение по надежности в эксплуатации, так как запорное кольцо при определенных условиях, например при потере давления шиной или по недосмотру шиномонтажника, может разблокироваться при движении автомобиля. Разборные ободья применяют в основном для камерных грузовых шин, крупногабаритных шин, сельскохозяйственной техники и некоторых других машин.

Ободья неразборной конструкции, в которых фланцы, полки и центральная часть выполнены единой деталью, являются лучшим решением для бескамерных шин, поскольку целостность изделия автоматически обеспечивает его герметичность.

При выборе колесных дисков для монтажа взаимозаменяемых шин необходимо учитывать, что посадочный диаметр обода колеса должен соответствовать монтажному диаметру шины. Ширина обода должна быть на 25–30 % меньше ширины профиля шины. Допускается отклонение ширины обода колеса от указанной расчетной величины в сторону увеличения до 1 дюйма, уменьшения – до 0,5 дюйма. Однако в каждом конкретном случае следует придерживаться рекомендаций изготовителя автомобиля по выбору колес и шин, изложенных в руководстве по эксплуатации этого автомобиля. Соответствие ширины профиля шины посадочным размерам обода колеса приведено в таблице 4 Приложения.

Из-за такой существенной разницы в диаметрах при монтаже/демонтаже шины на неразборный обод ее борта приходится деформировать. Для того чтобы уменьшить эту деформацию и снизить вероятность повреждения шины, закраины неразборного обода имеют относительно небольшой диаметр, а центральная часть выполняется с глубоким ручьем. Уже продетый через закраину первый борт покрышки свободно размещается внутри ручья, и обработка второго борта облегчается. Для удобства монтажа широкопрофильных шин ручей обода может быть смещен к одной из закраин. Такой обод называют глубоким и асимметричным.

Камерные легковые шины обычно монтируют на те же ободья, что и бескамерные. Такая унификация возможна, поскольку конструкция борта у обоих типов легковых шин близка по наполнению, жесткости и геометрическим параметрам. Конструкции борта грузовых шин в камерном и бескамерном исполнении существенно отличаются друг от друга. С точки зрения применения обода, наиболее существенным отличием является разница в посадочных диаметрах. Например, посадочный диаметр обычных среднегрузовых камерных шин приблизительно равен 20 дюймам (508 мм), а соответствующие им бескамерные шины имеют посадочный диаметр 22,5 дюйма (571,5 мм). Посадочные диаметры ободьев соответствуют этим размерам.

Обод и смонтированная на нем шина не должны прокручиваться друг относительно друга в процессе эксплуатации. Иными словами, крутящий момент, подводящийся к автомобильному колесу, должен без потерь передаваться шине. Выполнение этого условия обеспечивают в первую очередь созданием достаточной силы трения в контакте между подошвой борта шины и полкой обода. Для этого посадку шины на обод осуществляют с натягом за счет разницы в диаметрах и геометрии (углов наклона) между бортом шины и полкой обода. Таким образом, величина натяга задается конструкцией бортовой зоны шины с учетом параметров полки обода и может несколько отличаться для разных моделей и типоразмеров шин в зависимости от их нагруженности и условий эксплуатации, для которых они предназначены. Величина натяга бортов камерных шин на посадочных полках обода составляет 0,75–1,0 мм на диаметр, а бескамерных – 1,2–1,5 мм.

Ободья могут иметь плоские или конические полки. Угол наклона α конических полок ободьев составляет 5° ± 1°, что создает необходимую надежность посадки и обеспечивает герметичность колеса в сборе с бескамерной шиной. Выпускаются также ободья с углом наклона полок 10° и 15°. Больший угол наклона облегчает посадку шины на обод. Полки обода с углом 5° делают для шин общего назначения, 10° – для арочных шин и пневмокатков, 15° в сочетании с глубокими ободьями – для бескамерных шин.

По способу крепления на автомобиле колеса могут быть дисковыми или бездисковыми. Колесо называется бездисковым, если диски, спицы или другие крепежные элементы, осуществляющие посадку, центрирование и крепление обода к ступице автомобиля, не составляют единое целое с ободом, а являются элементами ступицы колеса. Бездисковые колеса применяются, как правило, на грузовых автомобилях, автобусах, прицепах различного назначения и сельскохозяйственной технике, поскольку бездисковая конструкция позволяет сдваивать колеса для машин большой грузоподъемности.

Дисковые колеса, как это следует из их названия, крепятся к ступице автомобиля с помощью диска. Диск приваривается к ободу либо образует с ободом единую деталь, изготовленную методами литья или формования. На всех легковых и большинстве грузовых автомобилей устанавливают дисковые колеса.

Дисковые колеса различаются вылетом обода. Значение вылета определяется взаимным расположением привалочной плоскости (плоскости крепления диска к ступице) и плоскости симметрии, которая делит обод пополам (рис. 5). Этот параметр колеса входит в комплекс конструктивных параметров ходовой части автомобиля, обеспечивающих его оптимальную устойчивость и управляемость, наименьшую нагрузку на подшипники ступиц колес и подвеску. Вылет обычно обозначается буквами «ЕТ», «е» или словом «offset» и измеряется в миллиметрах.

Рис. 5. Вылет обода: а – положительный; б – нулевой; в – отрицательный; 1 – привалочная плоскость диска; 2 – продольная плоскость симметрии обода; 3 – наружная сторона колеса

В зависимости от расположения обода относительно диска колеса могут быть:

• с положительным вылетом обода (рис. 5, а) – колесо изготовлено таким образом, что продольная плоскость симметрии обода смещена от привалочной плоскости и наружной стороны колеса в сторону продольной оси автомобиля;

• с нулевым вылетом обода (рис. 5, б) – привалочная плоскость диска совпадает с продольной плоскостью симметрии обода;

• с отрицательным вылетом обода (рис. 5, в) – колесо изготовлено так, что продольная плоскость симметрии обода смещена от привалочной плоскости диска и продольной оси автомобиля к наружной стороне колеса.

Колеса, предназначенные для большинства марок автомобилей, имеют положительный вылет обода (+е), составляющий 10–50 мм. Выпускаются колеса и с нулевым вылетом обода (ГАЗ-2410, 31029 и др.). На таких автомобилях, как Mitsubishi, Nissan, Toyota, Land Cruiser и некоторых других, устанавливаются колеса с отрицательным вылетом обода (-е), составляющим 10 мм.

Собственно, этот параметр и является одним из наиболее важных для мастеров-самодельщиков, которые собираются использовать колесные диски в своих поделках. Ведь именно он определяет наличие свободного места в металлической детали, из которой будет изготовлена садовая ваза, печь и т. п.

Другие важные характеристики диска – это количество шпилек или болтов, необходимых для его крепления, и диаметр окружности, на которой они расположены. Диаметр окружности центров крепежных отверстий обозначается PCD (Pitch Circle Diameter) и измеряется в миллиметрах. Например, для колес автомобилей «ВАЗ» PCD обозначается как 4×98, где 4 – количество крепежных отверстий на диске, а 98 – диаметр окружности центров крепежных отверстий в мм. Основные параметры колес некоторых распространенных легковых автомобилей приведены в таблице 3 Приложения.

Колесные диски изготавливают сплошными, с ребрами или вырезами. Вырезы делают для уменьшения массы диска и охлаждения тормозного механизма. Внешний вид диска определяет товарный вид всего колеса, поэтому его стараются выполнить в оригинальном дизайне, что особенно характерно для дисков легковых автомобилей.

По технологии изготовления колеса могут быть стальными сварными (например, из прокатанного обода и штампованного диска), литыми и коваными.

Стальные диски недорогие, достаточно прочные. При сильном ударе не трескаются, а мнутся. При определенных условиях и при наличии соответствующего оборудования такие поврежденные диски можно восстановить до нормального рабочего вида. Однако по сравнению с литыми дисками они тяжелее, имеют погрешности в точности изготовления, что говорит о возможных проблемах при балансировке колес. Для них характерны простой однообразный дизайн и недорогое покрытие, что говорит о невысокой коррозионный стойкости.

Литые диски имеют более разнообразный дизайн. Их отличает более высокая точность изготовления, что значительно улучшает качество балансировки колес; меньшая, по сравнению со стальными штампованными дисками, масса, а значит, снижение нагрузок на подшипники ступиц, трансмиссию, подвеску; лучшая теплопроводность, что позволяет легче отводить тепло от тормозных механизмов при нагревании. К недостаткам можно отнести следующий факт: при очень сильных ударных воздействиях такой диск может треснуть.

Кованые диски по своим техническим характеристикам превосходят все остальные. Они исключительно прочны и значительно легче. При сильном ударе у автомобиля скорее повредится подвеска, чем такой диск. Недостатками кованых дисков являются только скромное разнообразие внешнего вида и очень высокая стоимость.