Dlaczego koła samochodowe mają otwory?

22

Jeśli spojrzysz na koła samochodu, zauważysz, że mają otwory, które mogą mieć różne kształty (głównie okrągłe lub prostokątne).

Dlaczego mają takie dziury? Czy to nie zmniejsza sztywności kół?

wprowadź opis zdjęcia tutaj

mechanical-engineering automotive-engineering wheels

— PaulD
źródło

Nie znam prawdziwej odpowiedzi, ale zdrowy rozsądek mówi mi, że ciężar nie jest faktycznym czynnikiem (nieznaczny% redukcji, która prawdopodobnie jest ważona (zamierzone słowo) przez zużycie lub rozmiar opony). Redukcja ciepła jest również mało prawdopodobna, ponieważ ruch powietrza jest już duży, a mniej metalu oznacza mniejszą wymianę ciepła - można uzyskać większą powierzchnię, zamykając te otwory. Aerodynamika i estetyka to jedyne realne rzeczy, jakie mogę wymyślić. Przypuszczam, że mógłbym go za to

3

Waga jest znacznie większym czynnikiem, niż można to przypisać. Niektórzy entuzjaści samochodów wydają tysiące na koła wykonane z lżejszego stopu. Daje niesamowite osiągi i zwrotność, aby zminimalizować nieresorowaną masę samochodu

— MM

@Mike: Zdrowy rozsądek zależy od tego, kim jest ten pospolity człowiek. Jako ktoś, kto buduje modele samolotów, mogę z całą pewnością powiedzieć, że zdrowy rozsądek mówi mi, że małe dziury służą zmniejszeniu masy ciała. Widzisz to jedno koło i uważasz, że usunięto niewielką ilość materiału. Ale jeśli rozebrzesz samochód do podwozia, zobaczysz o wiele więcej maleńkich otworów w całym nadwoziu. Wszystkie te dziury się sumują. Konstruktor samolotów (model i pełna skala) jest powiedzeniem: o wiele łatwiej jest zredukować 1 g wagi w tysiącach miejsc niż zmniejszyć kilogram wagi z jednego miejsca.

— slebetman

Pozwala na sprawdzenie hamulców bez zdejmowania koła

1

Biorąc pod uwagę% masy zaoszczędzonej dzięki tworzeniu otworów, nie jest to% masy samochodu, ale oszczędność w stosunku do pierwotnej masy samego koła. Ten% może być znaczący. Zobacz moją odpowiedź dotyczącą znaczenia zmniejszenia masy nieresorowanej.

— Steve Ives

27

Koła samochodowe mają dziury głównie ze względu na wagę i koszty. Każda dziura to kawał materiału, którego nie marnujesz i nie obciążasz koła.

Kolejną zaletą są otwory pomagające w chłodzeniu hamulców, umożliwiając przepływ powietrza między wnętrzem a zewnętrzem.

Oblicza się, że kształt i rozmiar otworów ma minimalny wpływ na integralność strukturalną koła.

— maniak zapadkowy
źródło

2

Dokładnie to, co powiedziałbym! Dodatkowo: spójrz na krawędzie tych otworów, mają one mały filet, który pomaga zapobiegać wyboczeniu i rozprzestrzenianiu się pęknięć

— Knigge46

2

Podczas gdy waga i koszt są z pewnością czynnikami, spodziewałbym się, że hamulce byłyby bardziej podatne na przegrzanie bez otworów w kołach do wentylacji.

— supercat

1

Ponadto zmniejszenie masy koła ma tę dodatkową zaletę, że łatwiej się nim obraca, co zmniejsza ilość energii zużywanej do poruszania się samochodu. Samochód jest nie tylko lżejszy, ale koła obracają się bez utraty mocy. Poprawny?

— Jasper

Po prostu kulę, nie wiem - czy obręcze z otworami mają lepszy stosunek wytrzymałości do masy niż solidne obręcze?

— coburne

1

chociaż są to pewne przyzwoite / dobre punkty, największe korzyści, szczególnie z punktu widzenia inżynierii, wynikają ze zmniejszenia masy nieresorowanej. nie jest to odpowiedź inżynierska, jest raczej odpowiedzią dla każdego lub odpowiedzią technika.

— agent prowokator

19

Wiele z dotychczasowych odpowiedzi wspomniało, że częścią otworów jest redukcja masy, ale większość z nich nie wyjaśnia, dlaczego redukcja masy w kołach jest ważna. Istnieją dwa główne powody; pierwsza (wspomniana również przez Steve'a Ivesa) dotyczy tego, że układy zawieszenia w pojazdach działają lepiej, jeśli masa „nieresorowana” jest utrzymywana na możliwie najniższym poziomie, a druga (jak dotąd nie wspomniano) jest taka, że masa goląca z kół ma większy udział do wydajności niż do golenia ciężaru z reszty pojazdu .

Aby zobaczyć, dlaczego tak jest, rozważ energię, którą silnik musi włożyć do pojazdu, aby mógł poruszać się z prędkością : $v$ Dla kół możemy wyrazić prędkość kątową jako prędkość liniową jako

E = \frac{1}{2} m_{t} v^{2} + \frac{1}{2} I ω^{2}

$E=\frac12 m_tv^2+\frac12 I\omega^2$

gdzie

jest promieniem koła. Moment bezwładności koła można wyrazić jako

gdzie

jest masą koła. Tutaj

jest liczbą między

ω = \frac{v}{r}

$\omega=\frac{v}{r}$

r

$r$

I = η m_{d} r^{2}

$I=\eta\ m_dr^2$

m_{d}

$m_d$

η

$\eta$

i 1, ale jest bliżej 1, ponieważ koło jest bliżejcienkiej obręczy niż dysk twardy. Wstawienie tego wszystkiego z powrotem daje

\frac{1}{2}

$\frac12$

gdzie wykorzystałem

jako nierotującą masę pojazdu. Widać więc, żemasa do golenia z kół jest równa współczynnikowi goleniatyle samo masy z nieobrotowych części samochodu.

\begin{aligned} E & = \frac{1}{2} m_{t} v^{2} + \frac{1}{2} η m_{d} r^{2} \frac{v^{2}}{r^{2}} \\ = \frac{1}{2} (m_{s} + m_{d}) v^{2} + \frac{1}{2} η m_{d} v^{2} \\ = \frac{1}{2} [m_{s} + (1 + η) m_{d}] v^{2}, \end{aligned}

$\begin{align} E&=\frac12 m_tv^2+\frac12\eta\ m_dr^2\frac{v^2}{r^2}\\ &=\frac12 (m_s+m_d)v^2+\frac12\eta\ m_dv^2\\ &=\frac12[m_s+(1+\eta)m_d]v^2, \end{align}$

m_{s}

$m_s$ $1+\eta\simeq 2$

Istnieje dodatkowy, stosunkowo niewielki efekt ze względu na moment pędu, dla którego korzystne jest zmniejszenie ciężaru kół. Ze względu na zachowanie momentu pędu nadwozie samochodu będzie się toczyć na zewnątrz skrętu, gdy koła zostaną obrócone w celu zainicjowania skrętu. Zmniejszenie momentu bezwładności kół zmniejsza ich moment pędu, a tym samym zmniejsza ilość przechyłu nadwozia podczas kierowania.

— Chris Mueller
źródło

2

To właściwie najdokładniejsza odpowiedź. Mówiąc w kategoriach laika, na każdy funt ciężaru zdjętego z kół jest jak 10 funtów ciężaru sprężynowanego. Z tego powodu Centerline zaprojektowało koła Convo-Pro i dlatego Ford wybrał koła z włókna węglowego do Mustanga GT350. Świetna odpowiedź.

— Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

1

To jedyna odpowiedź inżynieryjna. Masa nieresorowana jest jednym z największych czynników wpływających na konstrukcję zawieszenia pojazdu i jakość jazdy.

— agent prowokator

Idealnie powiedziane odpowiedzi z punktu widzenia zasad inżynierii. :) Wspaniały!

— Jem Eripol

17

Głównie w celu zmniejszenia masy ciała. Poprawiono właściwości jezdne samochodu, utrzymując możliwie jak najniższy „ciężar nieresorowany” (ciężar samochodu nieizolowany od podłoża za pomocą sprężyn, tj. Kół, osi, piast, tarcz hamulcowych, zacisków itp.). Otwory w kołach zmniejszają ten ciężar.

Niższa masa pomaga nieresorowanym częściom samochodu lepiej podążać za wybojami i spadkami drogi.

— Steve Ives
źródło

5

Otwory w kołach służą kilku celom. Zmniejszają ciężar samego koła, choć niewiele. Wydaje się, że otwory w tych konkretnych kołach nadają jemu sztywność i wytrzymałość. Dodatkowe zagięcia w stali sprawiają, że jest mocniejszy niż gdyby był tylko płaski. Otwory mogą również zapobiegać gromadzeniu się pyłu hamulcowego. Uważam, że Ratchet Freak ma rację co do przepływu powietrza.

— Jason Hutchinson
źródło

4

Służy do przepływu powietrza, aby umożliwić dodatkowe chłodzenie. W większości sytuacji ten dodatkowy przepływ powietrza nie pomoże. Ale kiedy hamujesz ciężko podczas zjeżdżania z góry, może to mieć wpływ na to, czy jesteś w stanie hamować, a hamulce nie działają z powodu przegrzania.

— użytkownik1689
źródło

3

Tak, zgadzam się, „moment bezwładności” jest czynnikiem decydującym o wykonaniu kół „szprychowych”, otwory w kołach prasowanych zmniejszą ciężar i pozwolą na krążenie.

Prawda jest taka, że w przypadku tego rodzaju koła jest on w dużej mierze kosmetyczny. Ułatwia to także ręczne przenoszenie (otwory na palce).

W przypadku tego typu kół nie byłoby dużej różnicy, gdyby ich nie było. Ale nawet gdyby były tarczami frezowanymi ze stopu magnezu kęsów, mogą być o wiele cieńsze między piastą a obręczami, w ten sam sposób profil I-beam jest cieńszy niż belka kwadratowa.

— mckenzm
źródło

Cześć mckenzm, witamy w Engineering SE. Czy możesz wyjaśnić „tego rodzaju koło” czytelnikom, którzy nie rozumieją Twojego znaczenia? Zakładam, że masz na myśli koła zapasowe typowych samochodów osobowych i lekkich ciężarówek, a nie wysokowydajne samochody sportowe i luksusowe. A może po prostu miałeś na myśli mówiony vs. Ponadto - nie jest jasne, z kim się zgadzasz, chyba że podasz wyraźny link. :)

— Air

1

Jest to tłoczona metalowa obręcz, ściśle dopasowana do felg OEM, którą można znaleźć w wielu samochodach od lat 80. To nie jest jeden kawałek i będą subtelne szwy. Naprężenie odkształcenia podczas produkcji dodaje siły. Nie jest to „dzielona obręcz”, ani szprychowa, ani obrobiona, ani odlewana. Bez otworów wklęsła powierzchnia wewnętrzna może z czasem wytworzyć częściową próżnię (efekt Bernoulliego). Ale turbulencje są na ogół znaczne. Są one zbudowane według specyfikacji i ceny. Zwykle towarzyszy mu podnośnik nożycowy, który nadaje się do 3 zastosowań, który przechowuje wewnątrz tego „kubka” w komorze koła zapasowego.

— mckenzm