Долговечность дисков автомобильных колес во многом пред­определяется их конструкцией, оптимизация которой в связи с наличием чрезвычайно сложной формы является трудновыпол­нимой задачей.

Распределение долговечности дисков колес грузовых автомо­билей подчиняется нормальному закону распределения. Это да­ет возможность используя гипотезу линейного накопления уста­лостных повреждений, предложить методику ускоренной расчет-но-экспериментальной оценки эксплуатационной долговечности дисков. В этом случае для прогнозирования долговечности кон­струкции необходимо изготовить опытную партию колес и про­вести стендовые испытания ее. Такой метод прогнозирования долговечности дисков позволяет достаточно быстро оценивать эффективность предложенных конструктивных усовершенствова­ний колес и контролировать качество колес, так как нет необхо­димости изготовлять дорогостоящую инструментальную оснаст­ку. При разработке новых конструкций дисков весь цикл опыт­но-конструкторских работ, начиная с разработки конструктор­ской документации до изготовления и испытания опытных пар­тий, должен быть выполнен. В связи с этим в настоящее время проектирование дисков колес основывается только на анализе сравнительных экспериментальных исследований прочности и долговечности конструкций различных вариантов исполнения.

В процессе разработки колес легковых автомобилей необхо­димо стремиться обеспечить высокую жесткость и долговечность диска при минимальной толщине исходной заготовки. Соотно­шение высоты и наружного диаметра диска определяется ком­поновкой колесно-ступичного узла. Однако, когда детали тор­мозных механизмов имеют значительные размеры, приходится одновременно увеличивать глубину диска и толщину исходной заготовки, так как дальнейшее повышение насыщенности по­верхности диска ребрами жесткости не всегда обеспечивает требуемое сопротивление усталости конструкции. Выполнение кольцевого ребра в средней зоне диска (рис. 78) приводит к пе­рераспределению напряжений в нем, что в 2—3 раза повышает его долговечность [5]. С увеличением диаметра расположения крепежных отверстий уменьшается нагруженность диска в це­лом.

Наряду с оптимизацией схемы крепления колеса не менее важным для повышения срока службы диска является выбор рационального распределения пятна контакта между привалочной поверхностью диска и фланцем стулицы. Контактные по­верхности, выполненные в виде узких круговых колец, располо­женных вокруг крепежных отверстий (рис. 79), повышают соп­ротивление усталости диска в 3—4 раза, так как способствуют более равномерному распределению давлений, кроме того, снижают концентрацию напряжений на кромках крепежных отвер­стий.

Рис. 78.  Кривая усталостной долговечности дисков колес грузовых автомобилей

Рис. 79.  Площадь контакта диска  колеса со ступицей  легкового автомобиля:

1,  2 — соответственно  увеличенный  и  уменьшенный  контакты

Существенное влияние на сопротивление усталости дисков оказывают число и форма вентиляционных отверстий. Увеличе­ние их числа снижает срок службы дисков (рис. 80). Долговеч­ность колес 6,75X22,5, имеющих диски с двумя вентиляционны­ми отверстиями, практически в 4 раза выше, чем у колес, в ди­сках которых сделано восемь отверстий. Диски таких конструк­ций обычно разрушаются в результате образования усталостных трещин, которые распространяются в направлении вентиляцион­ных отверстий.

Выбор рациональной формы диска является достаточно сложной технической задачей. На рис. 81, а показаны три раз­личных формы сопряжения привалочной и цилиндрической по­верхностей диска. У варианта А сопряжение выполнено по пря­мой, а у вариантов Б и В по кривым с различными радиусами.

Рис.  80.  Влияние числа вентиляционных отверстий на сопротивление усталости дисков:

1, 2, 3 — соответственно два,  четыре восемь отверстий

Рис.  81.  Влияние  конструкции  диска  на  его  усталостную  долговечность:

А — конструктивные  варианты;  б — кривые  усталости кривизны.

Анализ кривых усталости (рис. 81,6) показывает, что диск варианта Б имеет наибольшую долговечность. Следователь­но, недостаточный или чрезмерный перегиб переходной зоны сни­жает сопротивление усталости.

При проектировании дисков следует учитывать и масштаб­ный фактор. Уменьшение размеров колеса и эксплуатационной нагрузки не всегда позволяет уменьшить толщину диска. Так, в процессе разработки единой конструктивной схемы колес 228Г—508 и 228Г—457 уменьшение толщины профиля диска для наименее нагруженного колеса 228Г—457 на 2 мм привело к тому, что диски оказались неработоспособными.

Важным моментом в процессе создания надежно работаю­щих колес является выбор зоны для соединения диска с обо­дом. Наибольшую долговечность имеют те колеса, у которых диск приварен к ободу в зоне, имеющей максимальную жест­кость и наименьшие или даже нулевые напряжения [10]. Уста­лостных разрушений деталей соединения обода с диском в этом случае не происходит.

Важным этапом проектирования соединения диска и обода является выбор параметров и способа сварки. Наиболее полно удовлетворяет предъявляемым требованиям с точки зрения соп­ротивления усталости, сварной шов, выполненный под слоем флюса. Сварка в среде углекислого газа, хотя и более произ­водительна, снижает прочность соединения. Отрицательное влия­ние на прочность колес оказывают дефекты сварных швов в виде пор, непроваров, прожогов и т. д. Сварной шов должен быть равномерным, плотным и равнопрочным.