Крепление колес автомобиля схема

Компоновка колесно-ступичного узла

В связи с увеличением грузоподъемности автомобилей и повышением их динамических качеств возрастают требования, предъявляемые к конструк­ции колесно-ступичного узла.

Колеса и ступицы, относящиеся к неподрессоренной массе автомобиля, во многом определяют такие важные эксплуатацион­ные свойства автомобиля, как плавность хода, устойчивость и безопасность движения, срок службы упругих элементов подвески, ходимость шин и теплонагруженность тормозных механизмов и колесно-ступичного узла в целом. От конструктивной схемы компоновки колеса со ступицей в значительной степени зависят долговечность и грузоподъемность автомобиля.

Крепление дисковых колес. Крепление к ступице дисковых колес легковых и грузовых автомобилей выполняют согласна ГОСТ 10408—74 и ГОСТ 10409—74*, а за рубежом в соответст­вии с национальными стандартами. На рис. 27 и в табл. 2 при­ведены конструкция и присоединительные размеры дисков и ступиц колес при одинарном и сдвоенном креплениях колес С Учетом требований рекомендации СЭВ PC 2334—76. В рекомен­дациях СЭВ число возможных вариантов сочетаний размеров сокращено по сравнению с числом вариантов в действующих стандартах. Это создаст определенные трудности в процессе внедрения рекомендаций в производство.

В настоящее время все большее внимание уделяют конст­рукции элементов крепления, в частности резьбовым соедине­ниям. Колеса отечественных легковых автомобилей крепят на ступице с помощью четырех или пяти болтов. Основные схемы крепления колес легковых автомобилей рассмотрены выше (см. рис. 4). Конструкции крепления дисковых колес грузовых ав­томобилей более разнообразны. Схемы крепления колес обычно подразделяют на две группы. К первой группе относят крепле­ния, которые обеспечивают центрирование колеса относительна оси вращения по фаскам крепежных отверстий. У второй груп­пы требуемая точность установки колеса достигается в резуль­тате уменьшения зазора между поверхностью центрального от­верстия и специальным посадочным пояском ступицы, т. е. ко­лесо центрируется по центральному отверстию диска. Центриро­вание колес по сферическим фаскам крепежных отверстий ис­пользуют на грузовых автомобилях ЗИЛ, ГАЗ, КрАЗ. Основные требования к конструкции деталей крепления колес определены в ГОСТ 10409—74.

Одинарное колесо (рис. 28, а) крепят к опорному фланцу ступицы гайкой, которую навертывают на шпильку. Между кре­пежными отверстиями диска и шпильками, а также между цент­ральным отверстием и ступицей имеется достаточный зазор для центрирования колеса в радиальном направлении.

Рис. 28. Схемы крепления колес грузовых автомобилей:

А — одинарных; б — сдвоенных

Сдвоенные колеса крепят с помощью более сложной системы резьбовых деталей. На шпильки 1 (рис. 28, б) ступицы вначале устанавли­вают внутреннее колесо и прикрепляют его к опорному фланцу ступицы колпачковыми гайками (футорками) 2, имеющими внутреннюю и наружную резьбы. Затем устанавливают наруж­ное колесо и прижимают его гайками к опорной поверхности диска внутреннего колеса. Обычно колесо грузового автомоби­ля крепят с помощью шести, восьми или десяти шпилек.

Многолетняя практика эксплуатации автомобилей показала, что такое крепление при правильном обслуживании надежно и точно центрирует как одинарные, так и сдвоенные колеса. Од­нако выявлены и существенные недостатки. Кроме увеличения на 2,5—7 кг массы резьбовых деталей возрастает концентрация напряжений на поверхности сферических фасок [3]. Согласно ис­следованиям напряжения на кромках отверстий только от за­тяжки гаек могут достигать 250—300 МПа. В процессе качения колеса статические напряжения дополняются динамическими, что приводит к преждевременному усталостному растрескива­нию дисков. Особенно ускоряется этот процесс при эксплуата­ции колеса с моментом затяжки гаек, меньшим рекомендуемого.

В целях повышения долговечности колеса требуется перио­дически контролировать момент затяжки резьбовых соединений. У одинарных колес эту проверку легко выполнить, а у внутрен­них сдвоенных колес эта проверка резко усложняется. Чтобы проверить момент затяжки колпачковых гаек, необходимо пред­варительно отвернуть гайки наружного колеса. Это увеличи­вает трудоемкость обслуживания колесных узлов. В случае не­правильного завинчивания гаек внутреннее колесо может ока­заться незакрепленным, а наружное колесо будет зажато между центрирующими фасками колпачковой и наружной гаек (рис.29).

На рис. 30 показаны конструктивные схемы крепления оди­нарных и сдвоенных колес грузовых автомобилей, которые при­меняют в зарубежном автомобилестроении. Одинарные и сдвоен­ные колеса крепят одной гайкой (рис. 30, а), причем одинарное колесо центрируют по фаскам крепежных отверстий. У сдвоенных колес внутреннее колесо центрируют только по сфериче­ской поверхности шпилек, а наружное дополнительно центри­руют по фаскам крепежных отверстий. Основным недостатком этой схемы является различная точность установки сдвоенных колес. Если оба сдвоенных колеса центрировать на ступице по фаскам крепежных отверстий (рис. 30,6), то этот недостаток устраняется. Однако, как показывают результаты эксперимен­тов, срок службы диска в значительной мере зависит от пло­щади контакта его с фланцем ступицы. При таком креплении внутреннее колесо не соприкасается со ступицей. Поэтому бо­лее рациональной является система крепления (рис. 30,в), ко­торая обеспечивает плотное прилегание диска внутреннего сдво­енного колеса к фланцу ступицы.

Наиболее перспективными являются схемы крепления, изоб­раженные на рис. 30, г, д. Принципиальное отличие их от ранее описанных заключается в способе центрирования колес и в кон­струкции резьбовых деталей. Колесо опирается поверхностью центрального отверстия па специальный поясок ступицы с зазо­ром 0,35—0,7 мм. В узел крепления колес включаются шпиль­ки и унифицированные для одинарных и сдвоенных колес гайки с плоской поверхностью давления. Применение центриро­вания колеса по посадочному пояску ступицы позволяет упрос­тить форму крепежных отверстий и соответственно технологию изготовления их, так как не требуется дорогостоящая механиче­ская обработка фасок.

Кроме того, допуски на размеры отвер­стий можно расширить, а точность их расположения повысить. Увеличение площади опорной поверхности гаек приводит к уменьшению давления на диск, в результате чего удлиняется его срок службы. Эта схема пригодна для крепления колес из легких сплавов. Недостатком такого способа центрирования ко­леса является затрудненные установка и особенно снятие коле­са со ступицы. В связи со значительной массой колеса, собран­ного с шиной, и малым зазором между диском и ступицей при осевых перемещениях колеса может произойти «закусывание» контактирующих поверхностей.

Каждой системе крепления колес соответствуют свои моменты затяжки гаек. Оптимальный момент затяжки с точки зрения надежности крепления и обеспечения максимальной долговеч­ности диска должен определяться по величине растягивающих усилий, действующих на шпильки. Эти усилия зависят не только от момента затяжки, но и от геометрических параметров резьбы, состояния трущихся поверхностей и т. д.

Крепление бездисковых колес. В отличие от дисковых колес бездисковые крепятся на ступицах по двум принципиально раз­личным схемам. По первой схеме крепят колеса с продольно-разборным ободом (рис. 31,а, б), имеющим конические поверх­ности с углом наклона 28°. Основные присоединительные раз­меры колес и ступицы регламентированы ГОСТ 10409—74. Од­нако конструкции ступиц и деталей крепления разрабатывают индивидуально для каждого автомобиля с учетом конкретных технических требований. Одинарное колесо обычно устанавли­вают на ступицу так, что его замочная часть располагается сна­ружи автомобиля. Но на некоторых зарубежных автомобилях (HD-1200 фирмы «Комацу», Япония) крупногабаритные коле­са устанавливают, напротив, замочной частью внутрь. Это повы­шает безопасность эксплуатации колес, так как склонное к са­моразбортовке замочное устройство направлено внутрь авто­мобиля.

Вторую схему используют для крепления бездисковых колес С Поперечно-разборным ободом (рис. 31, в), имеющим ломаную поверхность контакта с углами наклона, равными 18 и 75°.

Крепление на ступицах 4 одинарных и сдвоенных колес / при обоих способах одинаково. Усилия на прижимах 2 создают затяжкой гаек 3 на закладных болтах (автомобили МАЗ, авто­бусы ЛиАЗ) или шпильках (автомобили КамАЗ, БелАЗ). Без­дисковые колеса с цельным ободом крепят с помощью кольца 6 (рис. 31,г), которое приваривают к ободу.

Рис. 32. Компоновка узла колесо — ступица автомобиля: а—«Урал-375Д»; б —ЗИЛ-131

В связи с тем, что при втором способе колесо более точно устанавливается на сту­пице, этот способ является перспективным.

Как крепятся колеса в автомобилях

Колеса крепятся к ступицам автомобиля болтами или шпильками с гайками (рис. 1). Во втором случае шпильки жестко закреплены в ступице. Наиболее распространенные диаметры резьбы колесного крепежа — 12 и 14 мм с шагом 1,25 или 1,5 мм.

Рис. 1. Разновидности колесного крепежа: а – болт и гайка с конической прижимной частью без подголовка, грани головки выходят на конус; б – болт и гайка с конической прижимной частью и подголовком; в – болт и гайка со сферической прижимной частью и подголовком. Прижимные части болтов и гаек крепления колес могут быть конусными или сферическими и должны обязательно совпадать с профилем отверстий в диске колеса, так как обеспечивают правильную центровку колеса на ступице. Это особенно важно при креплении колеса гайками. Если закрепить колесо только торцами гаек (рис. 2), диск при движении может выскользнуть из-под них, крепление колеса ослабнет, а отверстия и шпильки будут разбиты. В худшем случае автомобиль «потеряет» колесо — надо ли говорить, как опасно это на высокой скорости?

Рис. 2. Неправильное крепление колеса. Диск, зажатый торцом гайки, а не конусом, едва держится и выскальзывает, стоит автомобилю поехать.

С колесами, крепящимися болтами, эта ошибка практически исключена. Однако установить такое колесо труднее, чем крепящееся гайками. В помощь водителю в ступицы таких колес ввернуты 1-2 направляющих штифта, а если их нет, колесо центрирует поясок ступицы, который входит в центральное отверстие диска.

Перед установкой колес посадочные поверхности ступиц и дисков следует очистить от грязи и нанести на них тонкий слой пластичной или графитовой смазки. Нелишне смазать и резьбу гаек (шпилек) и болтов крепления колес. Болты и гайки со смятыми гранями и поврежденной резьбой лучше своевременно заменить новыми, обязательно аналогичными штатным не только по размеру резьбы, но и по прочности, т.е. не кустарного, а заводского изготовления.

Диск легкосплавного колеса всегда зачастую толще, чем диск стального штампованного, поэтому для крепления литых или кованых колес используют более длинные болты (рис. 3). Длина их резьбовой части (А) должна быть не меньше глубины резьбового отверстия в ступице, но и не больше, иначе болты при вращении колеса могут задевать за детали неподвижного тормозного механизма.

Рис. 3.Стандартные болты не подходят для крепления легкосплавных колес: нужны удлиненные. Размер А должен быть равен толщине фланца ступицы.

Твердость материала легкосплавных колес ниже, чем стальных, поэтому микронеровности диска в зонах контакта с головками стальных болтов или ступицами при установке колеса через некоторое время сминаются и соединение ослабляется. Чтобы избежать повреждения дорогостоящих колес, советуем через некоторое время после их установки на автомобиль подтянуть болты крепления.

Болты или гайки крепления колес обычно затягивают моментом около 10-11 кгс/м, если в Руководстве по эксплуатации автомобиля не указано другое. При перетяжке болтов диск колеса деформируется, профиль отверстия нарушается, и колесо перестает удерживаться на ступице с необходимой силой. Излишним усилием можно также смять грани головки болта и даже оборвать головку. А при перетяжке гайки шпилька может провернуться в отверстии ступицы, и тогда гайку вообще невозможно будет отвернуть без специального инструмента или услуг автосервиса.

Для защиты колес от кражи иногда применяют так называемые «секретные» болты (или гайки). Как правило, чтобы не повредить секретный болт или гайку, при их затяжке применяется меньшее усилие. Поэтому ими заменяют только один болт (гайку) крепления каждого колеса.

«Секретный» крепеж предназначен для отворачивания только особым, индивидуальным ключом, который, как предполагается, имеется только у владельца автомобиля.

Конструкции подобного рода встречаются в продаже, а также изготавливаются умельцами. Что надо помнить при их покупке? Во-первых, действительно ли головка «секретки» недоступна для отворачивания — причем не только штатными ключами, но, к примеру, мощными клещами или молотком и зубилом. Во-вторых, не способен ли оригинальный крепеж выйти из строя от воздействия воды и грязи, а главное, из-за поломки ответной части — ключа. Наконец, особо громоздкий болт способен нарушить балансировку колеса.

Вопрос о совместимости крепежа чаще всего возникает в случае установки «запаски» с диском, отличающимся от остальных, имеющихся на автомобиле. Нет ничего проще, чем возить в багажнике необходимое количество болтов или гаек именно для него. Если же вы переходите на другие диски с целью, например, улучшения внешнего вида автомобиля, то вместе с ними необходимо грамотно подобрать и приобрести соответствующие болты или гайки.

Подготовлено по материалам журнала «За рулем».

Устройство автомобильного колеса

Устройство автомобильного колеса:
1 — шина;
2 — обод;
3 — ступица

Колесо автомобиля состоит из пневматической шины, обода, соединительного элемента (диска), ступицы и пневматических шин.
В зависимости от конструкции обода и соединительного элемента колеса могут быть разборными и неразборными, дисковыми и бездисковыми. Ступица колеса обеспечивает его свободную установку на оси автомобиля.

Неразборное колесо с глубоким ободом

Обод служит для соединения шины с колесом. С этой целью ему придается специальная форма. Колесо в сборе должно быть сбалансировано, балансировочные грузики крепятся к ободу с помощью пружинных зажимов или клея. На большинстве легковых автомобилей и грузовых небольшой грузоподъемности используются глубокие, неразборные ободья.
Глубокий обод жестко соединяется с диском, который служит для крепления колеса к ступице с помощью болтов или гаек со шпильками. Полки глубокого обода имеют конусную форму для плотной посадки шины на обод. Угол наклона полок составляет, как правило (5±1)°. Полки обода заканчиваются закраинами, имеющими определенную форму и служащих боковыми упорами для шины.
Расстояние между закраинами называется шириной профиля обода. В средней части обода имеется углубление, необходимое для облегчения монтажа и демонтажа шины на обод. Это углубление (ручей) может быть расположено симметрично относительно плоскости колеса или со смещением.

Размеры и профиль обода регламентированы соответствующими стандартами. На каждый обод наносится соответствующая маркировка, из которой можно узнать размеры и профиль. Основные размеры обода, ширину профиля и диаметр, как правило, все изготовители указывают в дюймах, за исключением компании Michelin, которая применяет для этого миллиметры.
Пример маркировки: 5J × 13H2 ET 30, где:
5 — ширина обода в дюймах;
13 — диаметр обода в дюймах;
J и H2 — конструктивные особенности профиля обода;
ET 30 — вылет (от немецкого слова Einpresstiefe — ET) 30 мм.

Положительное (а) и отрицательное (б) плечо обката управляемого колеса

Вылет колеса (выступ) является важным параметром. Любое колесо должно «охватывать» ступицу, к которой оно крепится, потому что центр пятна контакта шины с дорогой смещается относительно вертикальной оси, проходящей через центр ступицы на небольшую величину, которая рассчитывается при конструировании подвески и рулевого управления автомобиля.
Величина вылета особенно важна для управляемых колес, потому что положение пятна контакта относительно оси поворота колеса играет важную роль в определении характеристик поворота автомобиля.

Неразборные колеса с глубоким ободом обычно центрируются на ступице с помощью центрального отверстия. Если диаметр центрального отверстия больше, чем у посадочной части ступицы, то центрирование осуществляется по коническим (или сферическим) поверхностям в отверстиях диска, предназначенных для крепления болтами или гайками. Иногда для лучшего центрирования и облегчения монтажа используют пластмассовые кольца, которые устанавливаются перед монтажом колеса на ступицу в центральное отверстие диска.
Колесные диски легковых автомобилей изготавливаются штамповкой из стали с последующей сваркой обода и диска или из легких сплавов (алюминиевых или магниевых). Наиболее прочные колеса из легких сплавов — кованые. Они имеют мелкозернистую структуру и высокую прочность при малой массе. Легкосплавные колеса дороже стальных, но эстетически привлекательнее. Колеса изготавливались и из композитных материалов: например, еще в 70-е гг. фирма Citroёn выпускала армированные углепластиковые колеса, которые весили в два раза меньше металлических. Однако из-за высокой стоимости таких колес они устанавливаются только на дорогих спортивных автомобилях.

Конструкция разборного обода грузового автомобиля:
1 — закраина;
2 — обод;
3 — разрезная часть обода;
М — ширина обода;
D — диаметр обода

Разборные ободья применяют для колес большинства грузовых автомобилей и автобусов. Разборные ободья могут быть дисковыми и бездисковыми. Наиболее часто используются разборные ободья с коническими посадочными полками.

Бездисковое колесо, его общий вид (а) и крепление колеса (б):
1 — секторы колеса;
2 — ступица;
3 — крепление;
4 — шпилька;
5 — гайка

Шины грузовых автомобилей имеют большие размеры и высокую жесткость, поэтому монтаж таких шин на неразборные ободья затруднен. Разборные ободья позволяют облегчить эту задачу. Для некоторых шин грузовых автомобилей большой грузоподъемности применяют разборные ободья с распорными кольцами. Такие ободья состоят из двух частей, соединяемых между собой болтами. Такая конструкция надежно удерживает шину на колесе независимо от значения давления воздуха в шине.
Ступицы колес изготавливают из стали или ковкого чугуна. К ним крепятся элементы тормозных механизмов, диски и барабаны. Ступица устанавливается на подшипниках, которые должны воспринимать не только радиальные, но и осевые усилия от действия боковых сил. В ступицах устанавливают конические роликовые или шариковые радиально-упорные подшипники.
В подшипники колес закладывается смазка, выдерживающая высокие температуры. Для предотвращения вытекания смазки и попадания грязи подшипники уплотняются сальниками.