Защитный колпак ведущего колеса транспортного средства
Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в производстве грузовых автомобилей. Защитный колпак ведущего колеса выполнен в виде диска, опирающегося на бортик обода колеса и крепящегося посредством элементов крепления к бортику обода либо ступице колеса. Технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей колпака за счет снижения с его помощью акустического излучения ободов достигается благодаря тому, что поверхность колпака выполнена сплошной без отверстий, а опирание колпака на бортик обода осуществляется без зазора, при этом первая собственная частота колебаний колпака выбирается меньше одной четвертой наименьшей зубцовой частоты шестерен колесного редуктора в диапазоне частоты вращения коленчатого вала двигателя от 0,75 до номинальной.
2 з.п.ф., 1 ил.
Полезная модель относится к машиностроению, в частности к конструкции ведущих колес транспортных средств (ТС), и может быть использована в производстве грузовых автомобилей.
Прежде чем переходить к описанию аналогов и прототипа, необходимо отметить следующее. Нормативным документом «Правила ЕЭК ООН 
61. Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств неиндивидуального пользования в отношении их наружных выступов, расположенных перед задней панелью кабины», Женева, дата вступления в силу 15 июля 1984 г., п.6.10, стр.10, предписывается обязательная защита выступающих гаек крепления колес и острых кромок ступиц колес с помощью защитных устройств, в частности, колпаков. Это делается для того, чтобы снизить тяжесть последствий при аварийных ситуациях например, при лобовых столкновениях автомобилей либо при столкновении автомобиля с пешеходом. Пример установки защитного колпака передних колес автомобиля УРАЛ-63674 приведен в источнике «Седельный тягач Урал - 63674. Руководство по эксплуатации 63674-3202035РЭ (издание первое), ОАО «Автомобильный завод «УРАЛ», г.Миасс, 2006 г., стр.3 рис.1 и стр.37 рис.28 (данный колпак выбран в качестве аналога).
Необходимо также отметить следующее. У современных грузовых автомобилей дорожной гаммы (т.е. предназначенных для перевозки груза по дорогам общего пользования) колесные редукторы ведущих колес расположены в непосредственной близости от ободов ведущих колес, и обода, как правило, крепятся к фланцу ступицы (см. фиг.1 в материалах настоящей заявки). В колесном редукторе расположены сопрягаемые пары шестерен, которые при своем вращении создают вибрации, являющиеся следствием соударения зубьев шестерен (так называемые зубцовые частоты). При этом каждая пара сопрягаемых шестерен имеет свой диапазон зубцовых частот, зависящий от количества зубьев пары и частоты вращения коленчатого вала двигателя. Вибрации от зубцовых частот шестерен передаются на корпус колесного редуктора, а затем на обода колес, крепящихся к фланцу ступицы. Поскольку корпус редуктора представляет собой толстостенную жесткую цилиндрическую конструкцию и является неэффективным источником акустического излучения, значительная часть вибраций переходит на поверхность ободов ведущих колес, являющихся относительно тонкостенными конструкциями большой площади, хорошо излучающими звук. В результате этого обода ведущих колес излучают звуковое поле высокой интенсивности в диапазоне зубцовых частот шестерен колесного редуктора, которое может быть превалирующим во внешнем шуме автомобиля. Так, испытания одного из автомобилей (седельного тягача Урал - 6470, колесная формула 6×4, мощность двигателя 400 л.с.) показали, что уровень внешнего шума составляет 89-90 дБА и полностью определяется шумом акустического излучения ободов ведущих колес в частотном диапазоне 360-620 Гц, в котором расположены зубцовые частоты шестерен колесных редукторов. Снижение внешнего шума автомобиля в этом случае может быть осуществлено колпаком, который полностью закрывал бы нишу обода, выполняя роль звукоизолирующего экрана. Очевидно, что применение устройства - аналога, предназначено для защиты выступающих элементов (гаек) и острых кромок ступицы, при его установке на ведущие колеса ТС не приведет к снижению шума обода колеса, что является основным недостатком аналога.
Известны многочисленные конструкции колпаков для защиты колес ТС. В качестве прототипа, как наиболее близкого к заявляемому техническому решению, выбрано устройство, описанное в полезной модели по заявке RU 98119650/20, МПК В60В 7/00, опубл. 16.05.1999 г. Колпак для защиты колеса ТС содержит корпус в виде диска выпукло-вогнутой формы с радиально расположенными сквозными отверстиями и средства крепления к колесу, размещенные на корпусе. По периферии корпуса вдоль отверстий имеется канавка замкнутой формы, образованная кольцевым буртиком со стороны отверстий и краевым кольцевым уступом со стенкой со стороны канавки, расположенной под острым углом к дну канавки. На центральном участке корпуса имеется выемка круглой формы с отверстиями для размещения головок фальшболтов. Колпак по периметру опирается на бортик обода колеса. Недостатком прототипа является наличие сквозных отверстий на поверхности колпака, т.е. в случае применения данного колпака в качестве звукоизолирующего экрана сквозные отверстия существенно уменьшают эффективность звукоизоляции и он не может быть применен на ведущих колесах ТС для эффективного снижения уровня акустического излучения ободов.
Задачей, решаемой полезной моделью, является расширение функциональных возможностей защитного колпака, а именно, снижение с его помощью акустического излучения ободов ведущих колес ТС.
Достигается это тем, что в известном защитном колпаке колеса, выполненном в виде диска, опирающегося на бортик обода колеса и крепящегося посредством элементов крепления к бортику обода либо ступице колеса, согласно полезной модели:
- поверхность колпака выполнена сплошной без отверстий;
- опирание колпака на бортик обода колеса осуществляется без зазора;
- первая собственная частота колебаний колпака выбирается из неравенства 
в диапазоне частоты вращения коленчатого вала двигателя 0,75N-1,0N, где
f1 - первая собственная частота колебаний колпака, Гц;
fz - наименьшая из зубцовых частот сопрягаемых пар шестерен колесного редуктора в диапазоне частоты вращения коленчатого вала двигателя 0,75N-1,0N, Гц;
N - номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1.
Кроме этого, на поверхности колпака со стороны обода колеса может быть нанесено вибропоглощающее покрытие.
Кроме этого, на поверхности колпака со стороны обода колеса может быть установлен звукопоглощающий материал.
Суть заявляемого технического решения поясняется на фиг.1, на которой схематично приведен защитный колпак, установленный на ведущих колесах заднего моста грузового ТС. Задний мост ТС содержит редуктор 1 моста, кожух 2 полуоси (не показана), передающей вращательное движение к колесному редуктору 3, внутри которого находится несколько пар сопрягаемых шестерен (не показано), преобразующих частоту вращения полуоси до требуемой величины, которое передается на фланец 4 ступицы 5. К фланцу 4 посредством болтов 6 крепятся обода 7 ведущих колес, на которых установлены шины 8. На внешний обод 7 устанавливается защитный колпак 9 опирающийся на бортик 10 обода 7 без зазора (наличие зазора существенно снижает звукоизоляцию). Колпак 9 имеет вид диска и выполнен сплошным без отверстий. Колпак может крепиться к торцевой поверхности ступицы 5, например, болтом 11 как показано на фиг.1, а может крепиться с помощью нескольких защелок к периметру обода 7 (на фиг.1 не показано). На поверхность колпака 9 со стороны обода 7 может быть нанесено вибропоглощающее покрытие 12 для демпфирования колебаний колпака 9. Кроме этого на поверхность колпака со стороны обода 7 может быть установлен звукопоглощающий материал 13 для снижения уровня шума в полости, образуемой колпаком 9 и ободом 7. При этом первая собственная частота колебаний колпака (как пластины, опертой по контуру) выбирается такой, что она не превышает одной четверти наименьшей из зубцовых частот сопрягаемых пар шестерен колесного редуктора в диапазоне частоты вращения коленчатого вала двигателя 0,75N-1,0N, где N - номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя. Рассмотрим более подробно условие выбора величины первой собственной частоты колебаний колпака. Диапазон частоты вращения коленчатого вала 0,75N-1,0N выбран в соответствии с методикой испытаний по измерению внешнего шума, приведенной в ГОСТ Р 41.51 - 2004 «Единообразные предписания, касающиеся сертификации транспортных средств, имеющих не менее четырех колес, в связи с производимым ими шумом. М., изд-во стандартов, 2004 г., с.14, п.Г. 3.1.2.3., согласно которой ТС должно входить на мерный участок с частотой вращения коленчатого вала 0,75N и достигать при выходе с него частоты 1,0N. Допустим, что колесный редуктор имеет две пары сопрягаемых шестерен, зубцовые частоты которых при изменении частоты вращения коленчатого вала от 0,75N до 1,0N изменяются в диапазоне 
Гц, для первой пары и 
Гц, для второй пары. Из этих значений зубцовых частот выбирается наименьшее, пусть это будет, например,fz1 , которое должно удовлетворять неравенству 
или 
. Иными словами, четвертая гармоника первой собственной частоты колебаний колпака должна быть меньше наименьшей из зубцовых частот сопрягаемых пар шестерен колесного редуктора (вторая, третья, четвертая и т.д. гармоники частоты f1 получаются ее умножением на 2, 3, 4 и т.д.). Выбор величины частоты f 1 из вышеприведенного неравенства позволяет избежать возникновения резонансных колебаний колпака вследствие его возбуждения вибрациями зубцовых частот шестерен колесного редуктора. Гармоники колебаний колпака выше четвертой, как правило, возбуждаются слабо либо могут быть задемпфированы вибропоглощающим материалом 12.
Работает заявляемое устройство следующим образом. Полуось, расположенная в кожухе 2, передает вращательное движение от редуктора 1 ведущего моста к колесному редуктору 3, который посредством расположенных в нем шестерен преобразует частоту вращения полуоси до требуемой величины и передает вращение на фланец 4 ступицы 5, к которому крепятся обода 7 ведущих колес ТС. В результате этого обода 7 начинают вращаться. Вибрации на зубцовых частотах сопрягаемых пар шестерен колесного редуктора 3 передаются на фланец 4 и далее на обода 7, которые начинают излучать акустические колебания в окружающую среду. Наличие защитного колпака 9, выполненного сплошным без отверстий и опирающегося на бортик 10 обода без зазора, позволяет существенно снизить распространяющийся от обода шум, что приводит к снижению внешнего шума ТС. Наличие вибропоглощающего покрытия 12 и звукопоглощающего материала 13 усиливают эффект снижения шума колпаком, а выбор первой собственной частоты колебаний колпака из выше приводимого неравенства позволяет исключить резонансные колебания колпака на зубцовых частотах шестерен колесного редуктора.
Заявителем изготовлены опытные образцы предлагаемых защитных колпаков, которые прошли испытания на автомобиле Урал - 6470. Внешний шум этого автомобиля, в котором определяющим являлся шум, излучаемый ободами ведущих колес на зубцовых частотах колесного редуктора, с помощью колпаков был снижен с 89-90 дБА до 84,5-85,5 дБА и стал соответствовать нормативным значениям.
Учитывая наличие отличительных признаков по сравнению с прототипом и промышленную применимость заявляемого технического решения, заявитель считает, что оно может быть защищено патентом на полезную модель.
1. Защитный колпак ведущего колеса транспортного средства, выполненный в виде диска, опирающегося на бортик обода колеса и крепящегося при помощи элементов крепления к бортику обода либо ступице колеса, отличающийся тем, что поверхность колпака выполнена сплошной без отверстий, опирание колпака на бортик обода колеса осуществляется без зазора, а первая собственная частота колебаний колпака выбирается из неравенства 
в диапазоне частоты вращения коленчатого вала двигателя 0,75N-1,0N,
где f1 - первая собственная частота колебаний колпака, Гц;
fz - наименьшая из зубцовых частот сопрягаемых пар шестерен колесного редуктора в диапазоне частоты вращения коленчатого вала двигателя 0,75N-1,0N, Гц;
N - номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя, мин-1.
2. Защитный колпак ведущего колеса транспортного средства по п.1, отличающийся тем, что на поверхность колпака со стороны обода колеса нанесено вибропоглощающее покрытие.
3. Защитный колпак ведущего колеса транспортного средства по п.1, отличающийся тем, что на поверхность колпака со стороны обода колеса установлен звукопоглощающий материал.
