При изготовлении детали испытывают воздействие инстру­мента, в результате чего в деталях возникают остаточные на­пряжения. В процессе сборки колеса с шиной детали обода до­полнительно нагружаются силами, прикладываемыми к мон­тажному инструменту.

Давление воздуха в шине и сила натяга ее бортов на посадочных полках нагружают все детали колеса. Увеличение давления воздуха и натяга приводит к росту нагру­женности деталей колеса. После установки колеса на ступицу значительные напряжения возникают в диске, ободе и деталях крепления: болтах, гайках, подкладных шайбах и т. д.

Под действием приведенного выше комплекса нагрузок, ко­торые относятся к внутренним силовым факторам, в деталях ко­леса возникают статические напряжения. Уровень этих напря­жений определяется не только значением сил, но и их соотноше­нием, а также, как показано ниже, и технологией изготовления колес.

Эксплуатационные дефекты колес обычно связаны с процес­сом усталостного разрушения, которое является результатом действия различных по направлению, амплитуде и частоте внеш­них сил. Внешнюю нагрузку, действующую на колесо со стороны автомобиля, можно разложить на составляющие: нормальную Р, боковую Ру и продольную Рх. Со стороны дороги на колесо дей­ствуют реакции этих сил. Биение и неуравновешенность колес приводят к возникновению периодических сил и моментов, ве­личина которых пропорциональна квадрату, а частота — первой степени угловой скорости колеса. Эти силы действуют постоян­но независимо от микропрофиля дорожного покрытия.

В общем случае под действием внешних сил и моментов в деталях колеса возникают переменные напряжения, являющие­ся суммой основного напряжения, периодически изменяющегося с каждым оборотом колеса, и дополнительного переменного не­периодического напряжения. Нагружение колес при эксплуата­ции автомобилей является процессом нестационарным, так как его статистические характеристики переменные и зависят от на­чала отсчета времени. Поэтому при расчете элементов колеса на статическую прочность необходимо учитывать максимальные нагрузочные режимы, чтобы наибольшие возникающие напря­жения не превышали предела прочности материала.

В расчете долговечности колеса должен учитываться нагру­зочный режим, характерный для условий эксплуатации данного типоразмера колеса. Для определения законов действия внеш­них сил на колеса автомобиля используют основные положения теории вероятности и математической статистики, подробно из­ложенные в работе.

Нагружение деталей колес начинается с момента их изготов­ления на заводе. Технологические процессы изготовления колес включают операции, выполнение которых приводит к возник­новению внутренних остаточных напряжений. Такими операци­ями для колес, изготовляемых из горячекатаных профилей, явля­ются завивка, стыковая сварка, калибровка, соединение обода с диском (запрессовка и сварка); у профилированных и штампо­ванных колес — соответственно операции профилирования или штамповки, соединение обода с диском или с другими деталями.

Распределение и уровень остаточных напряжений от воздей­ствия инструмента зависят в значительной степени от факторов, управление которыми представляет собой сложную техниче­скую задачу. Необходимо стремиться к тому, чтобы при изго­товлении колеса в сечениях с минимальной прочностью возни­кали напряжения, способствующие повышению долговечности деталей. Это можно обеспечить термомехаиической обработкой готовых деталей. Уровень внутренних остаточных напряжений значительно снижается после нормализации и отпуска. Долго­вечность деталей повышают механической обработкой наиболее нагруженных зон в виде обкатки роликами или обдувки дробью. В связи с тем, что остаточные напряжения иногда определяют прочность и долговечность детали, необходимо после внесения изменений в технологический процесс проводить сравнительные стендовые испытания для оценки степени влияния изменений на работоспособность колеса.

В результате действия монтажного инструмента при сборке колеса с шиной в деталях обода возникают значительные мест­ные напряжения. Особенно высокой концентрации они достигают у глубоких профилированных цельных ободов. Величина напря­жений зависит от размеров обода, жесткости бортов и боковых стенок шины, конструкции монтажного инструмента и приспо­соблений, от умения монтажника выполнять монтажно-демонтажные работы. При определенном сочетании этих условий на­пряжения могут превысить предел текучести материала и вызвать местные пластические деформации в бортовых закраинах обода колеса и его съемных деталях.

Неправильное выполнение монтажно-демонтажных операций, особенно при помощи инструмента и приспособлений ударного действия или рычагов значительной длины, приводит к образо­ванию вмятин и сколов на поверхностях деталей. Это способст­вует, во-первых, росту концентрации напряжений, снижающему долговечность деталей, и, во-вторых, появлению открытых тре­щин в деталях. Вследствие этого преждевременно разрушаются детали или самопроизвольно изменяется их установка под дей­ствием давления воздуха в шине.

Значительные нагрузки, действующие на детали колеса, соз­даются в результате взаимодействия обода с шиной при напол­нении ее воздухом. Установка бортов шины с натягом на поса­дочные полки способствует возникновению нагрузки, распреде­ленной по площади контакта шины с ободом. Крепление колес на ступицах вызывает дополнительное нагружение их деталей. У колес дисковой конструкции больше всего нагружается диск колеса, а у бездисковой — обод и его детали.

Внутренние напряжения при установке колес в основном за­висят от схемы крепления колеса, точности и качества изготов­ления деталей, режима затяжки резьбовых соединений и т. д. До настоящего времени многие вопросы количественного ана­лиза уровня и характера изменения напряжений в зависимости от внутренних сил остаются невыясненными, поэтому оценка прочности и долговечности конструкций в основном проводится по качественной стороне явлений.