Fotki:

Koła samochodowe
Autor: Zdzisław Podbielski <>
Źródło: Młody Technik 8/1975 <http://www.mt.com.pl>

Stykając się bezpośrednio z nawierzchnią drogi koło samochodowe przenosi
obciążenie pochodzące od ramy lub samonośnego nadwozia, wszystkich
elementów napędowych oraz przewożonych osób i ładunków. W czasie jazdy koło
przejmuje ponadto siły dynamiczne wynikające z różnych warunków ruchu
pojazdu, a więc w czasie jazdy po nierównościach drogi, w czasie przechyłów
pojazdu oraz siły wynikające z bocznych poślizgów.
W zależności od umieszczenia i funkcji wyróżniamy koła napędowe i napędzane
czyli te, które połączone są z przekładnią napędową, oraz koła nienapędowe
(nie napędzane). Dalej wyróżniamy koła kierowane i niekierowane oraz koła
pojedyncze i bliźniacze (w samochodach ciężarowych).
W zależności od sposobu połączenia obręczy koła z piastą wyróżniamy koła
szprychowe i tarczowe.
Pierwsze samochody Cugnota, Le-noira, Marcusa, a później Daimlera, Benza i
wiele innych miały koła ze szprychami drewnianymi. Drewniane szprychy jako
element łączący piastę koła z obręczą pozostały zresztą przez wiele lat.
Tego typu koła były stosowane w większości pojazdów produkowanych na
początku naszego wieku. Koła takie miały słynne Fordy T oraz Fiaty od
pierwszego modelu „3 1/2 HP" z 1899 r. do modelu „520" wprowadzonego do
produkcji w 1927 roku.
W latach 1920-40, wiele samochodów miało koła ze szprychami z drutu. Były
to przeważnie luksusowe lub sportowe wozy, takie jak np. Mercedes-Benz
serii K z 1925 r., Bugatti 30 również z 1925 r., Lancia Lambda i Bentley,
obydwa wozy z 1926 r., Duesenberg J z 1929 r. i Alfa Romeo 8C z 1933 r.
Główną zaletą kół szprychowych wykonanych z drutu stalowego jest lekkość,
przy zachowaniu dużej wytrzymałości, natomiast główną wadą — kłopotliwy
wyrób. Z tego względu przede wszystkim we współczesnych samochodach
produkowanych masowo koła szprychowe ustąpiły miejsca tarczowym. Szprychy z
drutu pozostały w kołach już tylko dwóch modeli samochodów seryjnych: w
amerykańskim Avanti II i angielskim Morgan 4/4.
Podstawowymi elementami współczesnego koła samochodowego są więc: tarcza,
obręcz i ogumienie.
Tarcza
Tarcze kół są najczęściej tłoczone z niskowęglowej stalowej blachy, o
zawartości węgla ok. 0,1%. Grubość blachy wynosi średnio 2 do 5 mm. W celu
zwiększenia sztywności tarczy, wykonanej przecież ze stosunkowo cienkiej
blachy, stosuje się odpowiednie jej ukształtowanie — fałdy współśrodkowe
lub uwypuklenia. W obudowie tarczy wykonane są wycięcia, które ułatwiają
chłodzenie mechanizmów hamulcowych, a także znacznie zmniejszają ciężar
koła.
Poza tym w tarczy są otwory na elementy, którymi mocowana jest ona do
piasty. Najszerzej znane są dwa rozwiązania konstrukcyjne mocowania koła do
piasty: za pomocą nakrętek lub śrub.
Pierwsze rozwiązanie, stosowane m.in. w samochodach Warszawa i Syrena,
polega na tym, że w piastach kół osadzone są kołki gwintowane, na które
zakłada się koło jezdne i mocuje nakrętkami. Drugie rozwiązanie polega na
wykonaniu w kołnierzu piasty kota otworów gwintowanych, w które, po
założeniu koła, wkręca się śruby mocujące. Takie rozwiązanie mają m.in.
samochody Polski Fiat 125p i 126p.
W celu przykrycia elementów mocujących używa się ozdobnych osłon, zwanych
kołpakami. Są one mocowane za pomocą blaszek sprężynowych przynito-wanych
do tarczy koła (Syrena), wytłoczeń w tarczy koła (PF 125p) lub śrubą
centralną, jak np. w kołach samochodu Citroen Dyane i w kołach Peugeotów.
Ostatnio jednak wytwórnie samochodowe coraz częściej rezygnują z kołpaków.
Nowe konstrukcje kół samochodów osobowych mają tarcze odlewane lub tłoczone
w ozdobne wzory. Przykładem takiego nowoczesnego koła bez kołpaka jest koło
samochodu Polski Fiat 126p.
Obręcz
Do tarczy koła przymocowany jest wieniec pierścieniowy (obręcz), wykonany
podobnie jak tarcza z blachy stalowej, lecz o mniejszej grubości. Obręcz
koła samochodu Polski Fiat 125p wykonane jest np. z blaszanej taśmy
grubości 2,5 mm, natomiast tarcza koła z blachy grubości 3,5 mm. Oba te
elementy połączone są ze sobą nierozłącznie przez zgrzewanie w ośmiu
punktach.
Wytwarzane są również koła, w których obręcz jest spawana z tarczą, lub
rzadziej — nitowana.
Obręcz koła musi mieć taki kształt, aby ogumienie mogło ściśle przylegać do
jej ścianek. Ukształtowanie obręczy nazy-
wa się profilem. Koła samochodów ciężkich mają obręcze o płaskim profilu.
Są to jednak obręcze dzielone, tzn. boczne ścianki profilu obręczy są
rozbieralne, w celu łatwiejszego montażu ciężkiego ogumienia.
Obręcze są znormalizowane, a ich wymiary określają międzynarodowe
oznaczenia. Jako przykład weźmy oznaczenie obręczy koła samochodu Polski
Fiat 125p: 13" x 4 1/2 J. Składa się ono z liczb, znaku łączącego i litery.
Pierwsza liczba (13") oznacza, średnicę obręczy mierzoną w calach, równą
średnicy wewnętrznej odpowiedniego ogumienia. Znak „x" oznacza obręcz o
profilu wgłębionym w odróżnieniu od znaku „—" oznaczającego obręcz o
profilu płaskim. Druga liczba (4 1/2) -odpowiada szerokości obręczy,
również podanej w calach, natomiast litera „J" określa kształt i wysokość
obrzeża obręczy, czyli rodzaj profilu.
Ogumienie
Najczęściej stosowane ogumienie składa się z opony i dętki wypełnionej
powietrzem, ale od 1948 r. produkowane jest również ogumienie bezdętkowe.
Charakterystyczną cechą konstrukcyjną opony bezdętkowej jest umieszczenie
na jej wewnętrznej ściance cienkiej warstwy (2—3 mm) miękkiej, sprężystej
gumy, która spełnia rolę warstwy uszczelniającej. Założoną na obręcz koła
samochodu oponę bez dętki możemy rozpoznać po tym, że zawór powietrza jest
szczelnie osadzony w obręczy (pomiędzy zaworem a obręczą jest zazwyczaj
gumowa uszczelka). Ponadto opony bezdętkowe zdradza umieszczony zazwyczaj
na nich napis „tubeless" - będący ich angielską nazwą.
Zależnie od wysokości ciśnienia powietrza rozróżnia się ogumienie
wysokociśnieniowe i niskociśnieniowe. Do samochodów osobowych stosowane
jest ogumienie niskociśnieniowe, tzw. balonowe, dostosowane do ciśnienia w
granicach 1,5—2,5 at.
Każda opona składa się z osnowy, bieżnika i obrzeża.
Osnowa jest podstawowym elementem, szkieletem opony. Wykonuje się ją z
kilku lub kilkunastu warstw gumowanych nici kordowych. Jako materiał na
nici kordowe stosuje się bawełnę, nylon, włókno szklane, poliester, a nawet
cienki drut stalowy. Między warstwami kordo-wymi mogą znajdować się
przekładki z gumy.
Zależnie od ułożenia warstwy nici kordowych stanowiących osnowę,
rozróżniamy opony diagonalne, opasane i radialne.
Opona diagonalna (krzyżowa) ma osnowę, w której warstwy nici kordowych
biegną skośnie pod kątem 45—65° w stosunku do środkowej linii bieżnika
(obwodowej linii opony), przy czym krzyżują się.
W oponie opasanej na warstwy kordu ułożonego krzyżowo nałożona jest warstwa
nitek kordowych biegnących równolegle do środkowej linii bieżnika, czyli po
obwodzie opony.
Opona radialna, nazywana również promieniową, ma osnowę składającą się z
warstw nitek kordowych, które biegną promieniowo, prostopadle do środkowej
linii bieżnika. Opona radialna zawsze ma opasanie, czyli na promieniowo
biegnące nitki warstwy kordu nałożone są jeszcze warstwy kordowe biegnące
równolegle do środkowej linii bieżnika jak w oponie opasanej.
Bieżnik — to warstwa gumy, która osłania z zewnątrz osnowę opony. Część
bieżnika bezpośrednio stykająca się z nawierzchnią drogi nazywa się czołem
opony i pokryta jest rzeźbą, czyli specjalnymi nacięciami tworzącymi rowki
i występy.
Obrzeże opony jest częścią wewnętrznego jej obwodu. W poprzecznym przekroju
stanowi tzw. stopkę utrzymującą oponę na obręczy i zapobiegającą zsuwaniu
się jej pod wpływem działania sił bocznych, np. w czasie jazdy na
zakrętach. Stopka opony składa się z drutówek, czyli linek plecionych z
cienkiego drutu stalowego, które tworzą rdzeń obrzeża opony. Wokół drutówek
przewinięte są warstwy osnowy, a także gumowe paski ochronne i paski
wzmacniające.
Omawiając budowę ogumienia skoncentrowaliśmy uwagę na najważniejszym jego
elemencie składowym, jakim jest opona. Choć w kilku słowach należy jeszcze
wspomnieć o dętce i zaworze powietrza. Dętka samochodowa wykonana jest z
gumy o jednakowej grubości na całym jej obwodzie. Guma- używana do
produkcji dętek musi być miękka, łatwo się rozciągająca, odporna na
ścieranie i gęsta — nie przepuszczająca powietrza. Dętka, a w przypadku
ogumienia bezdętkowego obręcz koła, wyposażone są w zawory, przez które
wtłaczane jest lub wypuszczane powietrze.
W opisach samochodów i w ich danych technicznych podawane są często wymiary
ogumienia. Również na boku każdej opony jest podany jej wymiar i
oznaczenie. Czytamy np.: 165 SR 13 albo 6,40—15 4PR Nylon. Liczby i litery
zawarte w oznaczeniu określają zarówno wymiar, jak i rodzaj ogumienia.
Wymiary opony podaje się w milimetrach lub w calach. Pierwsza liczba
określa szerokość opony (165 mm albo 6,40), natomiast druga liczba (13 albo
15) wyrażona w calach oznacza średnicę wewnętrzną osadzenia opony, która
jest równa zewnętrznej średnicy obręczy. Niektóre firmy podają średnicę
wewnętrzną opony w milimetrach. Litery określają rodzaj opony. Pierwsza
litera określa prędkość opony: S — szybka, H — bardzo szybka i V —
ultraszybka. Druga litera określa konstrukcję osnowy opony: B — diagonalna
z opasaniem, R — radialna, W przypadku braku liter w oznaczeniu opony,
pozioma kreska pomiędzy liczbami oznacza oponę (niskiego ciśnienia)
standardową, diagonalną. Dalsze opisanie opony dotyczy liczby warstw osnowy
— w podanym przykładzie 4 PR (Ply Rating) — i oznaczenia materiału, z
którego wykonana jest osnowa, np. Nylon — kord poliamidowy, Fibreglass —
kord szklany, Steel kord stalowy.
Dość często w oznaczeniu opony za liczbą określającą szerokość opony jest
liczba 70 lub 60, np. 165/70 SR 13. Liczby te określają stosunek wysokości
przekroju poprzecznego opony do jej szerokości. Wskazują one, że wysokość
opony stanowi tylko 70 lub 60 procent jej szerokości.
Kierunki udoskonaleń Chociaż koła samochodowe uległy już wielu
przeobrażeniom, to nie osiągnęły jeszcze kresu ewolucji. Jednym z kierunków
dalszych udoskonaleń jest dążenie do zmniejszenia ciężaru kół. W
samocnodach sportowych stosuje się w tym celu koła wykonane z elektronu,
lekkiego stopu magnezu z aluminium i cynkiem. Niestety, stop ten jest dość
kruchy i wykonane z niego kołar są mało odporne na uderzenia boczne, na
przykład o kamienie. Ponadto stopy magnezowe niszczy woda.
Od kilku lat prowadzi się prace nad kołami wykonanymi z tworzyw sztucznych.
Są one podobno dwukrotnie lżejsze nawet od kół elektronowych i bardzo
wytrzymałe. Jak dotychczas, czynnikiem hamującym wprowadzenie ich do użytku
jest ich wysoka cena, spowodowana skomplikowanym procesem produkcyjnym. Po
ukształtowaniu piasty nawija się na nią nitki z włókna szklanego i nylonu
warstwami, tak aby utworzyć wieniec koła. Koła tego typu, wykonane przez
firmę oponiarską Michelin, poddane zostały badaniom w zastosowaniu do
samochodu Citroen SM uczestniczącego w Rajdzie Maroka w 1971 r.
Dlaczego prowadzi się tak mozolne prace nad zmniejszeniem ciężaru kół? Jest
to bardzo ważne zagadnienie. Koła należą bowiem do tzw. nieresorowanych mas
pojazdu, a więc duża masa kół wpływa bardzo ujemnie na trwałość pojazdu,
wygodę i bezpieczeństwo jazdy. Ponadto zmniejszenie masy kół umożliwia
szybsze rozpędzenie oraz hamowanie samochodu.
Inny kierunek udoskonaleń dotyczy ogumienia. W tym przypadku chodzi przede
wszystkim o zwiększenie bezpieczeństwa jazdy przez polepszenie
przyczepności opon do nawierzchni. Uzyskuje się to przez stosowanie
szerokiego bieżnika przylegającego znaczną częścią powierzchni do jezdni.
Ale z drugiej strony — szersza opona, pomimo jej wielu zalet, jest bardziej
narażona na przebicia niż węższa. Kierowcy, którym przytrafiło się podczas
jazdy „złapać gwóźdź", zwłaszcza w przednie koło, wiedzą, jakie to może
spowodować niebezpieczne skutki. Trudno wtedy utrzymać kierunek jazdy i
może dojść do poważnego wypadku.
Ostatnie lata przyniosły kilka opracowań konstrukcji opony lub obręczy,
które zapobiegają nagłemu ujściu powietrza z przebitego ogumienia.
W 1972 roku angielska firma Dunlop przeprowadziła próby z nową oponą „Total
Mobility Tyre", czyli oponą zawsze zdolną do jazdy. Rok później ukazały się
te opony w udoskonalonej formie, o nazwie Dunlop Denovo.
Wynalazek konstruktorów Dunlopa polega na umieszczeniu w środku opony
zbiorniczków z płynem, opróżniających się po przebiciu opony. Zadaniem
płynu jest nie tylko izolowanie i smarowanie trących o siebie fragmentów
opony, ale również częściowe uszczelnianie niewielkich przebić i utrzymanie
ciśnienia w granicach 0,4—0,5 kG/cm2. Podwyższenie ciśnienia w oponie
następuje na skutek parowania płynu pod wpływem ciepła wytwarzanego przez
toczącą się przebitą oponę. Zapewniając w razie przebicia bezpieczeństwo
(samochód nie zmienia kierunku jazdy) opona Denovo umożliwia ponadto
kontynuowanie jazdy na odległość do 150 km z prędkością 80 km/h.
Inną zaletą opony Denovo jest jej współpraca z 3-częściową obręczą.
Zdejmowanie lub zakładanie opony na obręcz jest bardzo łatwe, nie wymaga
wysiłku i specjalnych narzędzi, wystarczy klucz do odkręcenia lub
dokręcenia 8 nakrętek łączących 3 części obręczy.
Koła Denovo zastosowane zostały w dwóch modelach samochodów firmy Leyland:
Rover 3500 i Mini 1275 GT. Ogumienie Denovo samochodu Rover 3500 nosi
oznaczenie 205/65 SF 375. Liczba 65 oznacza szerokość profilu, S — szybkość
do 180 km/h, a F — bezpieczną oponę. Oznaczenie to podajemy dlatego, że być
może już niedługo pojawi się ono w opisach wielu samochodów. Przewiduje
się, że w latach 1977—78 połowa wozów angielskich będzie jeździła na kołach
z takim ogumieniem.
Nie tylko firma Dunlop poszukuje nowych rozwiązań konstrukcyjnych. Również
inne firmy produkujące ogumienie zaprentowały już swoje nowe opracowa-nia.
Pojawiła się bezpieczna obręcz angielskiej firmy Avon Rubber Comp. Ltd.,
która zabezpiecza oponę przed spadnięciem w przypadku utraty ciśnienia
powietrza. Francuska firma Kleber opracowała oponę trójkomorową, którą
można zakładać na dotychczas stosowane obręcze.
Wszystkie te udoskonalenia opon zmierzają do zapewnienia maksymalnego
bezpieczeństwa jazdy, a także do wyeliminowania kół zapasowych.

Zdzisław Podbielski