Rotile automobilului - constructia elementelor metalice ale rotilor

ROTILE AUTOMOBILULUI

Ansamblul rotii (fig.1.) se compune din elementele metalice (discul 1 si geanta 2) si din elementele elastice (anvelopa 3 si camera 4). Anvelopa impreuna cu camera si cu aerul comprimat din interiorul ei formeaza ansamblul cunoscut sub denumirea de pneu. Unele automobile, dupa cum va arata mai departe, folosesc pneuri fara camera de aer.

Diversitatea mare a destinatiilor si a conditiilor de exploatare al automobilelor au impus cerinte multiple si uneori contradictorii pentru roti. Cerintele cele mai generale care se pretind rotilor sunt: siguranta in exploatare, confortabilitate si economicitate.

Siguranta in exploatare este satisfacuta de roti daca au o rezistenta corespunzatore, aderenta buna cu calea de rulare in diferite regimuri de circulatie si conditii rutiere, etanseitate perfecta si daca asigura automobilului stabilitate si maniabilitate corespunzatoare.

Confortabilitatea este data de capacitatea partii elastice a rotii (pneul) de a amortiza oscilatiile si de a diminua zgomotul ce se produce in rulare.

Economicitatea, care este conditionata de cantitatea de energie consumata la deformarea pneului, de capacitatea de incarcare, de durabilitate si de costul fabricatiei reprezinta astazi una din cerintele cele mai importante si careia i se acorda prioritate.

1. CONSTRUCTIA ELEMENTELOR METALICE ALE ROTILOR.

Discul rotii se executa in majoritatea cazurilor din tabla de otel matritata. Fixarea dicului de janta se face prin sudare sau nituire, iar de butucul rotii se pride cu prezoane. In vederea reducerii masei si maririi rigiditatii, la unele automobile, in locul discului se folosesc butuci cu spite turnate (autocamioane mari) sau trase (autoturisme sport).

Janta este partea rotii pe care se monteaza anvelopa si se executa prin presare din tabla de otel sau este confectionata din aliaje usoare. Jantele rotilor de automobil sunt de doua feluri: adanci (nedemontabile) si plate (demontabile).

Fig.1: 1-discul; 2-janta; 3-anvelopa; 4-aer;

Fig.2:Janta de profil adanc: 1.a-adancitura din mijloc; b,c-profilele unor jante adanci;

Fig.3:1-janta; 2-disc; 3-inel lateral; 4-inl elastic de ghidare; 5-canal inelar; 6-umar;

Jantele de profil adinc (fig.2) se folosesc la autoturisme si la autocamioane de tonaj mic. Adancitura din mijloc 1 (fig.2.a) serveste la montarea si demontarea anvelopelor. In figura 2.b este prezentat profilul unei jante adanci confectionata din banda de otel, iar in figura 2.c profilul unei jante confectionate din aliaj usor. In cazul din urma partile mai solicitate din janta pot fi intarite dar se mareste costul si masa acestora in comparatie cu cele din tabla.

La automobilele mai grele (autocmioanele cu tonaj mare si autobuzele) la care pneurile - corespunzator cerintelor de exploatare - au o rigiditate marita iar taloanele anvelopelor sunt prevazute cu mai multe cordoane de o tel, se folosesc jante demontabile formate din doua sau mai multe parti. In figura 3. sunt prezentate doua tipuri de jante plate. Marginile anvelopei sunt mentinute in partea stanga de numarul 6 al jantei 1 (fig.3.), iar in partea dreapta de inelul lateral 3. Acest este fixat cu inelul elastic de ghidare 4, sectionat, care intra in canalul inelar 5 al jantei. Cu 2 s-a notat discul rotii, prevazut cu gauri pentru a i se reduce din masa si pentru ventilatie. In fig 3.b este aratata constructie jantei plata utilizata la autocmioane.

Fig.4: a - jante cu umar inclinat; b - janta cilindrica.

Fig.5:a) janta cilindrica: 1-janta de baza; 2-inelul lateral; 3-inelul de inchidere;b) 1-janta de baza; 2-inelul lateral inchis; 3-inelul cu umar inclinat; 4-inelul de inchidere; c) 1-janta de baza; 2-inelul lateral inchis; 3-inel cu umar lateral inclinat; 4-inelul de inchidere; d) 1-inel cu umar inclinat; 2-inel lateral; e) janta conica segmentata.

In cea ce priveste profilul jantelor plate, acesta poate fi cilindric sau usor conic, cu umar inclinat la 5⁰. In figura  este prezentata diferenta dintre contururile paturilor pneului la jantele cilindrice (fig. b) si la jantele cu umar inclinat la 5⁰ (fig. a).

Janta cu umar inclinat asigura o centrare mai buna a anvelopei, deoarece talonul acesteia se conicizeaza la umplerea cu aer a camerei dea lingul inclinatiei de 5⁰ si ramane astfel imobilizat, indiferent de variatiile de sarcina ce intervin. La jantele cilindrice, apare un joc intre baza talonului si umarul jantei, care favorizeaza frecarile ditre janta si anvelopa si poate distruge talonul. Din acesta cauza, in unele state este interzisa fabricarea de jante cilindrice.

Cele mai utilizate profile de jante plate sunt prezentate in figura 5. In figura 5. a, este aratata janta cilindrica din trei parti: janta de baza 1, inelul lateral inchis 2 si inelul de inchidere 3, sectionat, care este montat arcuit in canalul format intre janta 1 si inelul 2. In cazul jantei din figura 5. b, inelul de inchidere 3 este dintr-o bucata cu umarul inclinat care formeaza conicitatea, iar in figura 5. c, janta este formata din patru elemente: janta de baza 1, inelul lateral inchis 2, prevazut cu un calcai de siguranta, inelul cu umar inclinat 3, sectionat si inelul de inchidere 4, asigurat contra iesirii prin calcaiul inelului lateral 2. In figura 5. d este prezentata janta din formata din doua parti. In acest caz, inelul lateral 2 formeaza corp comun cu umarul inclinat si pentru a putea fi montat trebuie sectionat. Janta conica segmentata (3 segmente) este aratata in figura 5. e.

La jantele cilindrice exista posibilitatea ca pentru o marime a jantei sa se poata folosii daua sau trei marimi apropiate de anvelope. Folosirea jantelor cu umar inclinat, a impus o stricta corespondenta intre marimile jantelor si marimile pneurilor.

In ultimul timp se utilizeaza pneuri fara camera. Acestea nu necesita insa jante fundamental diferite dar pretind ca baza de asezare sa fie foarte curata, toate niturile si sudurile sa asigure o etansare perfecta.

La anvelopele fara camera, pentru automobilele de transport se folosesc jante adanci, dintr-o bucata, cu umarul inclinat la 15⁰. Pe acest umar e presat talonul de catre presiunea interioara a aerului, asigurandu-se o asezare etansa a anvelopei pe janta. Marginea jantei redusa ca marime serveste doar pentru ghidarea si limitarea pneului in directia laterala. In fig. 6. este reprezentata o asemenea janta in comparatie cu una cu umar inclinat la 5⁰, pentru pneuri de dimensiuni aproximativ egale.

Fig.6. Janta adanca fara camera cu inlinatie la 15⁰ si la 5⁰.

2 Constructia pneurilor.

Pneul este o membrana elastica cu pereti subtiri, de forma toroidala, plina cu aer comprimat si reprezinta partea elastica a ansamblului rotii de automobil.

Elementul de baza al pneului il constitue anvelopa. O clasificare a anvelopelor se poate face in functie de dimensiuni si de conditiile de exploatare, in : anvelope pentru autoturisme, autocamioane si autobuze, automobile speciale etc.

In figura 7. este prezentata constructia unei anvelope pentru autoturisme.

Anvelopa se monteaza pe janta cu profil adanc 1, in asa fel ca valva 2 sa fie in dreptul locasului ei din janta. Valva este fixata ermetic in camera de aer 8. Corpul anvelopei se compune din carcasa 3, centura de protectie sau brekerul 6, talonul patru intarit prin cablul de otel 5, flancul 7 si banda de rulare 9.

Fig.7. Constructia unei anvelope pentru autoturisme.

1 - janta cu profil adanc;

2 - valva;

3 - carcasa;

4 - talon;

5 - cablu de otel;

6 - centura de protectie;

7 - flanc;

8 - camera de aer comprimat;

9 - banda de rulare;

Ccarcasa, care constitue scheltul anvelopei, preia cele mai mari eforturi ce apar in timpul exploatarii. Ea se confectioneaza dintr-un numar de straturi de tesatura speciala numite straturi de cord.

Materialul cordului poate fi: bumbacul, matasea, vascoza, firele de sticla, fire poliamidice sau poliesterice si firele metalice. In toate cazurile firele de cord sunt imbibate cu un amestec de cauciuc special pentru a le ferii de frecarea dintre ele care le uzeaza. Carcasa are un numar de straturi de cord gumat, fiecare strat avand firele orientare in sens opus stratului urmator. Ungiul (fig.8.) pe care il fac firele diferitelor straturi de tesaturi cu planul median al rotii are o importanta deosebita.

Fig.8. Ungiul stratului de cord cu planul median al rotii.

In funtie de marimea acestui unghi exista doua tipuri constructive de anvelope: anvelope cu cacasa de constructie deiagonala (anvelope conventionale), la care firele de cord sunt dispuse diagonal in carcasa (fig.9. a) si anvelope de constructie radiala, la care firele de cord sunt dispuse meridional (fig.9. b) si care sunt prevazute cu centuri-breker rigide.

Fig.9. Tipuri de anvelope:

a - diagonale;

b - radiale.

Datorita unei durabilitati si economicitati mai ridicate anvelopele de constructie radiala au capatat in ultimul timp o mai larga utilizare in comparatie cu cele de construtie radiala.

Banda de rulare protejeaza carcasa si camera contra deteriorarilor si uzarii, transmite efortul de tractiune si franare si mareste aderenta cu drumul. Din punctul de vedere al desenului benzii de rulare, anvelopele se clasifica in: rutiere, universale si pentru conditii rutiere si climatice variate. Profilul rutier asigura viteze mari de rulare si securitate marita pe drumuri cu imbracaminte dura. In figura 10 sunt aratate prfile de bezi de rulare de tip rutier folosite la autoturisme. Profilul cu nervurile longitudinale drepte si cu proeminente transversale mici (fig.10, a); nervuri sub forma de zig zag si caneluri zig zag ingust (fig.10, b); forma combinata de caneluri larg cu caneluri zig zag ingust si cu nervuri distribuite (fig.10, c).

La profilele actuale predomona nervurile longitudinale, tipul profilului cu penel se uzeaza neuniform datorita mobilitatii profilului si impedica eliminarea apei la rularea pe sosele umede prin strangerea peretilor canelurilor.

Fig.10. Banda de rulare:

a - profil cu nervurile longitudinale drepte si cu proeminente transversale mici;

b - nervuri sub forma de zig zag si cu caneluri zig zag ingust;

c - forma combinata din caneluri zig zag larg cu caneluri zig zag ingust si cu caneluri distribuite.

Pentru drumuri deformabile profilul benzii de rulare se executa cu nervuri si caneluri mari astfel incat nervurile sa striveasca stratul de noroi sau mazga si sa-l evacueze prin caneluri executate.

Pentru circulatia pe drumuri acoperite cu zapada se folosesc anvelope speciale de iarna al caror profil este prevazut cu un numar mare de elemente in forma de sah, cu muchii ascutite formate din caneluri longitudinale si transversale (fig.11). In figura 11 a, se arata anvelopa pentru iarna produsa de firma Continental, iar in fig 11 b, o anvelopa pentru iarna cu canal central produsa de firma Metzeler-Blizzard.

Fig.11. Anvelope speciale de iarna:

a - anvelopa produsa de firma Sontinental;

b - anvelopa produsa de firma Metzler-Blizzard.

Pentru securitatea circulatiei pe drumuri acoperite cu gheta se introduc in banda de rulare tinte metalice dure. Eficacitate acestor envelope depinde de numarul tintelor aflate concomitent in suprafata de contact si de inaltimea acestora masurata de la exteriorul benzii de rulare (1,01,5 [mm]).

Centura de protectie sau brekerul face legatura dintre banda de rulare si carcasa preluand o parte din socurile care se tarnsmit in timpul rularii pneului. Brekerul este prevazut la toate anvelopele radiale si partial la cele de constructie diagonala.

Taloanele constitue partea rigida a anvelopei si dau posibilitatea obtinerii unei fixari rezistente a acesteia pe janta. In interiorul talonului se gaseste o insertie metalica 5 (fig.12.) izolata cu amestec de cauciuc care-i asigura rigiditatea necesara. Numarul acestor insertii metalice depinde de numarul straturilor de cord ale carcasei. Firele metalice izolate sub amestec de cauciuc sunt acoperite cu o fasie de intarire cu care se fixeaza de carcasa.

Flancurile protejeaza peretii laterali ai carcasei si in general formeaza un tot unitar cu banda de rulare.

Camera de aer este un tub inelar (tor) din cauciuc in interiorul caruia se gaseste aer, care contibuie la amortizarea socurilor in timpul mersului. In general grosimea peretilor camerelor de aer este cuprinsa intre 1,5 si 3 [mm]. Cauciucul din care este confectionata camera trebuie sa fie elastic, rezistent la caldura si etans fata de aer. Valva cu ventil are rolul de a mentine aerul sub presiune in camera si la nevoie iesirea lui in exterior.

Anvelopele destinate autocamioanelor (fig. 12.) sunt prevazute cu un numar mai mare de straturi de cord (3) si rigiditatea talonului 4 se mareste printr-un cablu suplimentar de otel 5. In aceste pneuri camera de aer 2 este protejata de banda de cauciuc 6 iar janta plata 1 este conica la margini si alcatuita din trei elemente.

Fig. 12. Anvelope pentru autocamioane

1 - janta plata; 4 - talonul;

2 - camera de aer; 5 - cablu suplimentar de otel; 3 - straturi de cord; 6 - banda de cauciuc.

In figura 13. se prezinta pneul fara camera de aer. In acest caz, anvelopa este prevazuta in interior cu un strat de cauciuc impenetrabil 1. De asemenea intre anvelopa si marginea jantei, se introduce garnitura de etansare 2. Capacul valvei 3 este din cauciuc si se fixeaza direct pe janta.

Fig. 13. Pneu fara canera de ardere:

1 - strat de cauciuc impenetrabil;

2 - garnitura de etansare;

3 - capacul valvei de cauciuc.

In figura 1 se arata schema unui pneu de siguranta. Anvelopa fara camera 1 si camera 4, cat si cel dintre camera 4 si janta se umple cu aer comprimat. Daca anvelopa 1 este gaurita, aerul din spatiul exterior se arde dar ramane aerul din camera interioara, incat pericolul de pierdere a stabilitatii automobilului se reduce.

Fig. 1 Schema unui pneu de siguranta:

1 - anvelopa fara camera;

2 - garnituri;

3 - ventil;

4 - camera suplimentara.

Tendinta de eliminare a neajunsurilor rotilor duble de la puntea din spate a autocamioanelor, a condus la realizarea pneurilor cu profil plat (fig. 15.). Acestea se utilizeaza mai ales la automobilele cu destinatie speciala cu mai multe punti, autotractoare, remorci, semiremorci etc. Pneutile cu profil lat prezinta urmatoarele avantaje: micsoreaza masa nesuspendata a automobilului, reduce rezistenta la rulare, mareste eficienta franelor si durata lor de functionare, deoarece tamburii au posibilitatea de sa se raceasca mai bine, elasticitate mai buna, cea ce contribuie la imbunatatirea conditiilor de transport al incarcaturii, capacitatea de trecere marita datorita presiunii specifice medii mai mici la contactul pneului cu drumul.

Fig. 15. Pneuri cu profil lat.

Pentru uasigurarea unei distributii mai uniforme a presiunilor in suprafata de contact cu drumul in vederea obtinerii unei aderente marite sau realizat anvelope cu constructia asimetrica a desenelor benzii de rulare. In figura 16. se prezinta anvelope tip Michelin X.A.S. de constructie radiala cu profil asimetric, la care atat sculptura cat si arhitectura sunt asimetrice dat fiind ca cele doua laturi ale aceluias pneu ruleaza in conditii diferite. Aceasta anvelopa se caracterizeaza printr-o tinuta de drum buna chiar si la viteze ridicate, comportare buna la franare, o durabilitate ridicata, dar si un cost mai ridicat. Pneurile ci profil asimetric sunt de tipul fara camera si cu firele de cord din naylon.

Fig. 16. Anvelope cu constructia asimetrica a desenelor benzii de rulare tip Michelin.

Pentru automobilele care lucreaza in conditii extrem de grele din punctul de vedere al drumurilor (zapada, malstina, desert etc.) se folosesc anvelope speciale foarte late, in scopul maririi suprafetei de contact dintre pneu si drum. In figura 17. se prezinta o astfel de anvelopa la care carcasa executata din tesatura din cord de nylon sau capron, cu unghi de inclinare . Anvelopele de acest fel se executa fara camera de aer.

Fig. 17. Anvelope speciale foarte late.

Pneurile se aleg din standarde in functie de incarcarea maxima. Domensiunile principale si sarcinile de incarcare ale anvelopelor pentru autoturisme si autoutilitare sunt prezentate in tabele din STAS 626/1-91, iar pentru autocamioane, autobuze, troleibuze si remorci auto in tabele din STAS 8485-92. Date privind dimensiunile si sarcinile de incarcare ale anvelopelor in constructie diagonala sunt prezentate in tabele din STAS 626/1-91, iar pentru cele ale anvelopelor in constructie radiala in tabele din STAS 9090/91.