¿Por qué las ruedas de los autos tienen agujeros?

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Si observa las ruedas del automóvil, notará que tienen agujeros que pueden ser de diferentes formas (principalmente circulares o rectangulares).

¿Por qué tienen esos agujeros? ¿Eso no reduce la rigidez de las ruedas?

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— PaulD
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No sé la respuesta real, pero el sentido común me dice que el peso no es un factor real (porcentaje insignificante de reducción que probablemente sea superado (juego de palabras) por el desgaste o el tamaño de los neumáticos). La reducción de calor también es poco probable, ya que hay mucho movimiento de aire y menos metal significa menos intercambio de calor: obtendría más área de superficie al cerrar esos agujeros. La aerodinámica y la estética son las únicas cosas viables que se me ocurren. Supongo que podría haberlo buscado en Google para ti :)

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El peso es un factor mucho mayor de lo que le das crédito. Algunos entusiastas de los automóviles gastan miles para obtener ruedas que están hechas de una aleación más ligera. Ofrece un rendimiento increíble y ganancias de manejo para minimizar el peso no suspendido del automóvil

— MM

@ Mike: El sentido común depende de quién sea ese plebeyo. Como alguien que construye modelos de aviones, puedo decirles con certeza que el sentido común me dice que los pequeños agujeros son para la reducción de peso. Ves esa rueda y crees que es una pequeña cantidad de material eliminado. Pero si quitas un automóvil hasta su chasis, verás muchos más agujeros pequeños en todas partes de la carrocería. Todos esos agujeros se suman. Hay un adagio entre los constructores de aviones (modelo y escala completa): es mucho más fácil reducir 1 g de peso en mil lugares que reducir un kilo de peso desde un solo lugar.

— slebetman

Le permite inspeccionar los frenos sin quitar la rueda

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Cuando se considera el% de peso ahorrado al crear los agujeros, no es el% del peso del automóvil, sino el ahorro contra el peso original de la rueda. Ese% puede ser significativo. Vea mi respuesta con respecto a la importancia de reducir el peso no suspendido.

— Steve Ives

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Las ruedas de los automóviles tienen agujeros principalmente debido a consideraciones de peso y costo. Cada hoyo es un trozo de material con el que no está desperdiciando y pesando sobre la rueda.

Como otra ventaja, los agujeros ayudan a enfriar los frenos al permitir el flujo de aire entre el interior y el exterior.

Se calcula que la forma y el tamaño de los agujeros tienen un impacto mínimo en la integridad estructural de la rueda.

— monstruo de trinquete
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¡Exactamente lo que hubiera dicho! Adicionalmente: vistazo a los bordes de estos agujeros, tienen un poco de filete de ayuda contra el pandeo y la propagación de las grietas

— Knigge46

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Si bien el peso y el costo son ciertamente factores, esperaría que los frenos fueran más propensos a sobrecalentarse sin agujeros en las ruedas para ventilación.

— supercat

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Además, reducir la masa de la rueda tiene el beneficio adicional de ser más fácil de girar, lo que reduce la cantidad de energía utilizada para hacer que el automóvil se mueva. Entonces, no solo el automóvil es más liviano, sino que las ruedas giran sin tanta pérdida de potencia. ¿Correcto?

— Jasper

Solo estoy escupiendo, realmente no lo sé: ¿las llantas con agujeros tienen una mejor relación resistencia / peso que una llanta sólida?

— Coburne

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Aunque estos son algunos puntos decentes / buenos, el mayor beneficio, especialmente desde el punto de vista de la ingeniería, proviene de la reducción del peso no suspendido. Esta no es una respuesta de ingeniería, es más una respuesta de un hombre o una respuesta desde el punto de vista de un técnico.

— agente provocador

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Muchas de las respuestas hasta ahora han mencionado que parte del propósito de los agujeros es la reducción de peso, pero la mayoría de ellos no expresa por qué es importante la reducción de peso en las ruedas. Hay dos razones mayores; La primera (también mencionada por Steve Ives) es que los sistemas de suspensión en los vehículos funcionan mejor si la masa 'no suspendida' se mantiene lo más baja posible, y la segunda (no mencionada hasta ahora) es que el peso de las ruedas al afeitarse contribuye de manera más significativa a un rendimiento que afeitar el peso del resto del vehículo .

$v$

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

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

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

$\eta$

\frac{1}{2}

$\frac12$

\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}

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

Hay un efecto adicional, relativamente menor, debido al momento angular para el cual es ventajoso reducir el peso de las ruedas. Debido a la conservación del momento angular, el cuerpo del automóvil tenderá a rodar hacia el exterior de un giro cuando se giran las ruedas para iniciar el giro. La reducción del momento de inercia de las ruedas reduce su momento angular y, por lo tanto, reduce la cantidad de balanceo de la carrocería al conducir.

— Chris Mueller
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Esta es realmente la respuesta más precisa. Para ponerlo en términos simples, por cada libra de peso que se quita de las ruedas es como 10 libras del peso suspendido. Esta es la razón por la que Centerline diseñó las ruedas Convo-Pro, y por qué Ford ha optado por las ruedas de fibra de carbono para el Mustang GT350. Gran respuesta.

— Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

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Esta es la única respuesta de ingeniería. El peso no suspendido es uno de los factores más importantes para el diseño de la suspensión del vehículo y la calidad de conducción.

— agente provocador

Respuesta perfectamente dicho en la perspectiva de los principios de ingeniería. :) ¡Excelente!

— Jem Eripol

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Principalmente para bajar de peso. Las características de manejo de un automóvil se mejoran manteniendo el 'peso no suspendido' (el peso del automóvil no aislado del suelo por resortes, es decir, las ruedas, ejes, cubos, discos de freno, pinzas, etc.) lo más bajo posible. Los agujeros en las ruedas reducen este peso.

El menor peso ayuda a las partes no suspendidas del automóvil a seguir los baches y las pendientes de la carretera más de cerca.

— Steve Ives
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Los agujeros en las ruedas sirven para algunos propósitos. Reducen el peso de la rueda en sí, aunque no mucho. Los agujeros en esas ruedas en particular parecen estar agregando rigidez y resistencia a la rueda. Los pliegues adicionales en el acero lo hacen más fuerte que si fuera simplemente plano. Los agujeros también pueden ayudar a prevenir la acumulación de polvo en los frenos. Creo que Ratchet Freak tiene razón sobre el flujo de aire.

— Jason Hutchinson
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Es para que el flujo de aire permita un enfriamiento adicional. En la mayoría de las situaciones, ese flujo de aire adicional no va a ayudar. Pero cuando está haciendo un frenado fuerte al salir de una montaña, puede hacer la diferencia entre poder frenar y fallar los frenos por sobrecalentamiento.

— usuario1689
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Sí, estoy de acuerdo, el "momento de inercia" es un factor en la fabricación de ruedas "radiales", los agujeros en las ruedas presionadas reducirán el peso y permitirán la circulación.

La verdad es que, para este tipo de rueda, es en gran medida cosmética. También los hace más fáciles de manejar manualmente (agujeros para los dedos).

Para este tipo de rueda no habría mucha diferencia si no estuvieran allí. Pero incluso si fueran discos fresados a partir de aleación de magnesio billet, pueden ser mucho más delgados entre el cubo y las llantas, de la misma manera que un perfil de viga en I es más delgado que una viga cuadrada.

— mckenzm
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Hola mckenzm, bienvenido a Engineering SE. ¿Puedes aclarar "este tipo de rueda" para los lectores que no intuyen tu significado? Supongo que se refiere a las llantas de serie en los automóviles de pasajeros y camionetas típicas, a diferencia de los autos deportivos y de lujo de alto rendimiento. O tal vez simplemente quisiste decir radiado vs. sólido. Además, no está claro con quién está de acuerdo a menos que proporcione un enlace explícito. :)

— Emitido

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Esta es una llanta de metal prensado, muy similar a las llantas OEM que se encuentran en muchos automóviles desde la década de 1980. No es una sola pieza, y habrá sutiles costuras. El estrés de la deformación en la fabricación agrega resistencia. No es una "llanta partida", ni radios de alambre, ni mecanizados, ni fundidos. Sin los agujeros, la superficie interna cóncava puede desarrollar un vacío parcial a gran velocidad (efecto Bernoulli). Pero la turbulencia es generalmente considerable. Están construidos según una especificación y un precio. Típicamente acompañado por un gato de tijera que es bueno para 3 usos, que se almacena dentro de esta "copa" en el hueco de la rueda de repuesto.

— mckenzm