Колёсные диски

Что делает автомобиль автомобилем?

Автомобили могут быть легковыми и грузовыми, бензиновыми, дизельными или электрическими, купе на двоих и автобусом на сотню пассажиров, трехколесными и с несколькими осями, дорогими лимузинами ручной работы и дешевыми штамповками. Перечень различий самодвижущихся колясок – так называли первые автомобили в XIX веке – можно продолжать чуть ли не бесконечно. Так что же объединяет все эти «горбатые», «копейки», «кубики», «бумеры»?

Ответ прост – колесо. Благодаря этому простейшему, казалось бы, изобретению стало возможным скоростное передвижение пассажиров и грузов. Великая цивилизация майя, жрецы которой вычитывали траектории передвижения космических светил, так и не додумалась до колеса. Может быть, майя поэтому и вымерли?

Что представляет из себя автомобильное колесо?

Автомобильное колесо отличается от железнодорожного (трамвайного, фуникулерного и т. п.) тем, что состоит из двух частей: металлической и резиновой. В отличие от идеально гладких железнодорожных путей, дороги для автомобилей не столь ровны: на них встречаются выбоины, ухабы, съезды, бровки и т. п. Резиновая шина предназначена для смягчения возможных ударов от неровностей дороги, защиты подвески автомобиля от деформаций и разрушения.

Но резиновая шина резинкой и остается: она служит только для защиты. Несравнимо большую роль играет металлическая составляющая автомобильного колеса, называемая «дисковым колесом», или попросту «диском».

Металлический диск является передаточным звеном между ступицей и поверхностью дороги, причем в обоих направлениях: через диск передается крутящий момент от двигателя, что заставляет автомобиль двигаться, а с другой стороны – диск принимает на себя все удары от неровностей дороги и нагрузки при поворотах и торможении. Это и определяет роль дисков как одного из основных элементов безопасности движения автомобиля.

Что требуется от колеса?

Колесо – основной элемент безопасности в ходовой части автомобиля. Хорошее колесо должно выдерживать двойные-тройные – а то и большие – нагрузки, чем прописано в технических характеристиках. При экстренном торможении, резких поворотах, наезде на препятствия, глубоких рытвинах на дороге нагрузки на автомобильное колесо можно сравнить с теми, что испытывают космонавты при старте или приземлении. И запас прочности именно диска в таких случаях является определяющим.

Не менее важна масса колес, которые являются неподрессоренной частью автомобиля. Малый вес колес позитивно отражается на работе и долгожительстве подвески автомобиля: уменьшается динамическая нагрузка, ход становится более плавным, колеса лучше слушаются подвески при наезде на неровности дорожного полотна и т. д. Подсчитано, что если уменьшить вес одного колеса на 1 килограмм, то это равнозначно уменьшению массы подрессоренных частей (кузова автомобиля) на 15 килограммов. Для четырех колес суммарно это составляет 60 килограммов, что соответствует весу одного некрупного пассажира.

Облегченным колесом легче управлять, а значит, снижается нагрузка на систему управления автомобиля, что благоприятно сказывается и на гидроусилителе руля. Колесо с меньшей массой вследствие меньшей инерции вращения позволяет быстрее осуществлять разгон или торможение автомобиля, что в конечном итоге сказывается на потреблении топлива.

Но даже самое конструктивно совершенное колесо теряет свои преимущества при неправильной балансировке. Радиальные и осевые биения не только ухудшают комфортабельность езды, но и снижают устойчивость автомобиля при высоких скоростях, быстро выводят из строя систему управления и подвеску машины. Российский ГОСТ 37.001.429-98 установил следующие параметры: на максимально отдаленных от оси вращения участках отклонение не может быть больше 1 мм по радиальному направлению и больше 0,7 мм – по осевому направлению.

Балансировка колес проверяется на специальном оборудовании, которым оснащено практически каждое шинно-монтажное предприятие. Для коррекции балансировки используются грузики, которые крепятся прижимными скобами или клеем к ободу диска.

По конструктивным особенностям колеса различаются:
• по способу крепления: дисковые и бездисковые;
• по количеству колес на ступице: одинарные и сдвоенные (последние устанавливаются на задних осях грузовых автомобилей и автобусов);
• по конструкции обода: с неразъемным ободом (из одного компонента) и с разъемным ободом (из двух или трех компонентов).

Конструкция автомобильных колесных дисков

Колесный диск состоит из обода и собственно диска.

Обод

Обод – наружная часть диска сложного профиля, на который крепится шина. Конструктивно обод состоит из закраин, полок и ручья. Закраины фиксируют борта шины, обеспечивая ее неподвижность.

Закраины делаются с повышенным запасом жесткости и прочности для подавления нагрузок, создаваемых шиной при движении, ее деформаций при наезде на препятствия, а также для защиты от монтажного инструмента при съеме/насадке шины на диск.

Полки предназначены для упора шин. Для улучшения плотности посадки шин полки обычно изготавливают под углом 5 градусов для камерных шин и 15 градусов – для бескамерных. Диски различаются по типу используемых шин – камерных или бескамерных. На диски для бескамерных моделей можно устанавливать и камерные шины. Диски для бескамерных шин оснащены кольцевыми выступами – подкатами (хампами) заостренного или округлого профиля. Благодаря хампам борта шины не соскакивают в ручей при резких поворотах или частичной потери герметичности шин. Наличие подкатов усложняет самостоятельную (без профессионального оборудования) разбортовку колеса, поэтому для облегчения процесса один из подкатов обычно имеет меньшую высоту, чем другой.

Ручей увеличивает поперечную жесткость колесного диска и одновременно облегчает процесс монтажа и демонтажа шин. Для обеспечения большего пространства для размещения тормозных колодок ручей обычно смещен относительно продольной плоскости колеса наружу.

Диск

Диск – центральная часть дискового колеса, на которую нанизан обод.

Диск, как и ручей обода, делается слегка выгнутым наружу – это увеличивает его поперечную жесткость и служит для компоновочных решений дополнительного оборудования колеса.

На диске находятся центральное отверстие для установки диска на ступицу и посадочные отверстия для крепления диска с помощью болтов (гаек, шпилек, шайб). Остальные отверстия на диске предназначены, во-первых, для снижения массы диска, во-вторых, для вентиляции тормозных колодок и, в-третьих, для декоративных целей. На литых и кованых дисках эти отверстия могут быть значительными, и тогда цельнометаллические участки между ними называют спицами. Спицы могут быть сконструированы в виде пропеллерных лопастей, что усиливает вентиляцию тормозных механизмов колеса. При таком конструктивном решении правые и левые диски автомобиля не являются взаимозаменяемыми.

Соединение обода и диска

Обод и диск могут быть соединены одним из двух способов:
• при помощи точечной сварки (разборный диск);
• как единый элемент при литье или штамповке (неразборный диск).

Как маркируются колесные диски

Маркировка современных колесных дисков осуществляется по международным стандартам, позволяющим единообразно представлять информацию об этом изделии, независимо от того, каким диск является: легкосплавным или стальным.

Главная информация, которая содержится в маркировке, – характеристики обода:
• диаметр диска (в дюймах);
• ширина по посадочным полкам (между закраинами), измеряемая в дюймах;
• форма закраины (в виде набора букв: JJ, JK, K или L);
• тип обода – разъемный (знак Х) или неразъемный (знак –);
• посадочный диаметр – диаметр конических полок, на которые монтируется шина, измеряемый в дюймах;
• тип посадочной полки – наличие и количество подкатов (хампов), а также информация об их форме;
• количество и диаметр расположения крепежных отверстий в диске: чаще всего используется обозначение PCD (например, PCD = 4 х 98 или PCD 5/108).

Кроме того, на диске обычно обозначаются производитель, дата изготовления, разрешенная максимальная статическая нагрузка (в килограммах или фунтах), ГОСТ или стандарт, которому соответствует диск, а также величина вылета (ЕТ), измеряемая в миллиметрах.

Если вылет (ЕТ) отрицательный, то в маркировке присутствует минус (например, ЕТ -15); чаще всего для ЕТ используются обозначения Offset, ET и Deport. Подбор колесного диска по величине вылета очень важен для безопасности езды: при неправильном диске подвеска и поворотный механизм испытывают дополнительные нагрузки.

Некоторые производители колесных дисков также проставляют на них информацию о максимально допустимом давлении в шинах, результатах рентгеноскопического контроля и т. п.

Если вы не являетесь специалистом, то при покупке новых дисков лучше всего проконсультироваться с продавцом или менеджером.

Заводской диск или копия?

Для каждой модели автомобиля – будь то мини-кар или крупнотоннажный самосвал – подходят определенные диски, одобренные конструкторами завода-производителя. Безусловно, лучше пользоваться фирменными (оригинальными) дисками, которые входят в стандартную поставку или обозначены в техническом руководстве автомобиля. Такие диски маркируются – обозначение показывает, для каких моделей подходят данные детали (например, Opel, FIAT, VW и т.д.). Оригинальные диски дороже так называемых стандартных, но это плата за безопасность: конструкторы производителя гарантируют их надежность и долгий срок службы.

Однако это не означает, что стандартные диски хуже оригинальных. Большинство производителей не выпускает колесные диски самостоятельно, а заказывает их у независимых поставщиков. Качественные стандартные диски ни в чем не уступают оригинальным. Единственное условие – приобретать их нужно только у проверенных продавцов.

Это условие, кстати, относится и к оригинальным дискам, потому что недобросовестные производители любят ставить на свои изделия клейма известных марок. Поэтому если вы хотите купить оригинальные колесные диски с гарантией, лучше всего обращаться на фирменные станции технического обслуживания.

Технологии изготовления колесных дисков

Колесные диски различаются по материалу, из которого они изготовлены, и способу производства.

Для изготовления колесных дисков используются различные материалы:
• сталь – наиболее распространенный материал, используемый как для массового производства, так и для эксклюзивных работ для спортивных автомобилей;
• алюминий – широко применяется для изготовления легкосплавных колесных дисков; он не боится коррозии, легок и прекрасно поддается ковке;
• магний и титан – очень легкие и прочные, однако процесс производства дисков из этих материалов дорогостоящий, поэтому магниевые и титановые детали применяются на дорогих моделях и спортивных автомобилях;
• карбон и другие композитные материалы – эксклюзивные материалы для дорогих и спортивных автомобилей.

Делают и комбинированные диски, для изготовления которых используют разные материалы: например, обод делается из стали, а диск – из более легкого сплава.

Штампованные стальные диски

Сталь – самый дешевый материал для производства колесных дисков, а до 60-70-х годов прошлого века – еще и практически единственный. Стальные диски являются наиболее распространенными в мире и сейчас.

Массовому производству и использованию стальных дисков способствует то, что они легко восстанавливаются (рихтуются) даже в случае серьезной деформации закраин. Сталь – пластичный материал, поэтому при наезде на серьезное препятствие (выбоина, бровка и т. п.) стальной диск не лопается, а частично деформируется, что является несомненным плюсом с точки зрения безопасности езды. Вследствие высокой пластичности стальной диск принимает на себя основную нагрузку при наезде на препятствия, сохраняя подвеску и рулевое управление.

Обод и диск стального диска штампуются прессами из листовой стали и потом соединяются между собой точечной сваркой. Так как сталь не является антикоррозийным материалом, стальные диски нуждаются в защите от ржавчины. Простейшими способами являются покраска таких дисков или покрытие специальными антикоррозийными лаками.

Стальные диски в два-три раза дешевле литых колес, что также является большим плюсом в их пользу для многих автолюбителей и профессионалов.

На рынке представлено много производителей штампованных стальных колес: и российских, и из стран СНГ, и из дальнего зарубежья. Основные из них – KFZ, КрКЗ, ETD–Аsterro, Mefro и другие.

Литые колесные диски

Один из недостатков стальных колесных дисков – их довольно большая масса. Во второй половине прошлого века конструкторы стали использовать для изготовления дисков другие материалы: алюминий, магний, титан, искусственные композиты. Для этих металлов больше походило литье, а не штамповка, как при изготовлении стальных дисков.

Литье имеет ряд технологических преимуществ перед штамповкой:
• не требуется доводка изделия: литье обеспечивает практически идеальную геометрию колесного диска (радиальное и осевое биение не превышает 0,15 миллиметра);
• высокая антикоррозийная устойчивость, что позволяет отказаться от заводских и регулярных сервисных работ по очистке и защите от ржавчины;
• возможность разнообразить дизайн колесных дисков.

Кроме того, литой колесный диск легче стального на 15-20 процентов, имеет улучшенные прочностные характеристики (до 50 процентов) и высокую демпфирующую способность, обладает более низкой теплопроводностью, чем сталь, что позволяет более эффективно отводить тепло от тормозных механизмов.

Самые распространенные способы отливки колесных дисков – под низким давлением и с противодавлением.

Наиболее распространенный материал для литых легкосплавных дисков – алюминий. Это легкий материал с высокой удельной прочностью (в сплавах). Также для производства таких дисков используется магний, который в полтора раза легче алюминия. Удельная прочность магниевых дисков выше, чем алюминиевых, однако эти детали имеют низкую антикоррозийную устойчивость, что требует их дополнительной защиты. Чтобы не разрушать защитный антикоррозийный слой, грузики при балансировке колеса требуется приклеивать.

Главные недостатки литых колес:
• более высокая цена по сравнению со стальными дисками;
• низкая пластичность материалов, из которых делаются такие диски, поэтому при серьезном ударе они не деформируются, а трескаются или раскалываются (используемые для отливки дисков материалы менее пластичны, чем сталь, в 4-5 раз);
• деформированное литое колесо практически не подлежит ремонту и восстановлению.

Производителей, предлагающих литые легкосплавные колеса, – около сотни. Хотя основных торговых марок, пользующихся стабильно высоким спросом, немного, однозначного лидера продаж нет – на этом рынке очень сильная конкуренция. Среди основных производителей литых дисков – AEZ, Alessio, Artec, Виком, BBS, Fondmetal, Kormetal, K&K, Rondell, Shaper и другие. Причем производители из России и стран СНГ ни в чем не уступают зарубежным брендам. Разброс цен на литые диски очень большой, а эксклюзивные изделия доходят до 0 и выше.

Кованые легкосплавные колеса

Для изготовления кованых колес используются другие технологии, чем штамповка или литье. Ковка является наиболее совершенным на сегодняшний момент технологическим процессом по изготовлению колесных дисков. Вследствие механического воздействия металл сохраняет волокнистую структуру.

Кованые легкосплавные диски имеют повышенную прочность и высокую пластичность, поэтому при ударе они не трескаются, а деформируются; деформированный кованый диск можно восстановить.

Для ковки легких сплавов требуются мощные прессы (с усилием до 20 тонн). После нескольких этапов ковки колесный диск доводится до нужной кондиции на металлорежущих и шлифовальных станках.

Основные преимущества кованых легкосплавных колес:
• высочайшая прочность – больше, чем у стального диска, в 2,5 раза;
• отличная пластичность, вследствие чего кованый диск не трескается, а всего лишь сминается;
• высокая демпфирующая способность;
• малая масса – меньше, чем у стальных дисков, на 40-55%, и литых – на 15-20%;
• точная геометрия вследствие объемной поэтапной штамповки и обработки на станках (правда, при ковке отходы металла доходят до 50%);
• высокая антикоррозийная стойкость (для алюминиевых колес), не требующая дополнительной защиты.

Самые лучшие кованые диски производятся из магния. Их называют «колесами будущего»: их вес на треть меньше алюминиевых, а демпфирующая способность превышает аналогичные свойства других типов колесных дисков в десятки раз.

По сравнению со штампованными стальными и литыми легкосплавными дисками стоимость кованых деталей несколько выше.

Кованые диски пользуются большой популярностью в России и СНГ (в дальнем зарубежье их используют в основном на спортивных машинах). Поэтому основные производители кованых дисков – отечественные. Среди них – «Вилс» (именно эта компания в 80-х годах прошлого столетия первой в мире разработала технологию изготовления кованых колес), КраМЗ, БКМПО, КУМЗ, ВСМПО и другие.

Как выбрать колесный диск

Неспециалисту сложно правильно выбрать колесные диски. Любители обычно ориентируются на внешний вид, дизайн, окраску и прочие атрибуты экстерьера. Поэтому перед покупкой нужно обязательно проконсультироваться со знающим специалистом.

Необходимо учесть множество факторов:
• соответствие присоединительных размеров диска вашему автомобилю, чтобы диск не только встал на место, но и избежал так называемого Х-фактора, когда колесо задевает суппорт;
• наличие в комплекте дисков специальных удлиненных болтов для легкосплавных дисков;
• возможность использования неоригинальных дисков для автомобилей, находящихся на гарантии или застрахованных (несоответствие условиям регуляторов может лишить гарантии или страховки);
• стиль вождения (спокойный, спортивный, экстремальный и т. п.);
• предстоящее обслуживание: в специализированных центрах или самостоятельные работы в гараже.