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.

Чтобы колеса не оторвались
Полезные советы

Крепление колес

Крепление колес ослабляется по многим причинам, но самая распространенная – неправильный момент закручивания гаек крепления. Обрыв шпилек в результате слабой затяжки гаек встречается часто. По той же причине нередко разбивает отверстия на дисках, деформирует гайки и шпильки. «Перекручивать» также не рекомендуется: при закручивании с большей, чем надо, силой диск и шпильки можно повредить, и при движении колесо оторвется от транспортного средства. Если закрутить гайку с рекомендованным крутящим моментом (который в общем случае зависит от размера гайки), она не открутится. Но периодически все же следует проверять надежность затяжки и подтягивать гайки крепления колес.

Силы, удерживающие вместе диск колеса и ступицу, создаются силой трения в резьбе гайки на шпильке и силой трения гайки о колесный диск. Прежде чем гайки крепления колеса будут надежно закреплены, их придется подтянуть несколько раз, особенно на новых колесах, у которых слой краски в местах контакта гаек и диска, разрушаясь, дополнительно ослабляет силы трения. На новом грузовике затяжку гаек следует проверять через первые 50…70 и 100…150 км пробега, а затем при каждом регулярном тех­обслуживании, периодичность которого зависит от условий эксплуатации: это может быть через 15 тыс. км, а может и всего через 3 тыс. км.

Крепление колес прицепов следует подтягивать чаще, чем колес тягача, поскольку при движении прицеп кидает из стороны в сторону и на его колеса действуют боковые силы, которые «разбалтывают», ослабляют крепление колес.

Современные колеса крепятся коническими (более старая конструкция) или фланцевыми гайками. Преимущества крепления фланцевыми гайками в том, что у отверстий крепления отсутствует фаска и, следовательно, исключается такой дефект, как износ («разбивание») фаски. Кроме того, при одинаковом моменте закручивания усилие прижатия фланцевой гайки выше, чем конической. При креплении коническими гайками в случае несовпадения угла конуса гайки и фаски на диске (при использовании неоригинальной гайки) гайка может прочно застрять в отверстии и ее невозможно будет открутить. На фланцевые гайки рекомендуется наносить смазку между шестигранной частью и шайбой. При этом надо следить, чтобы смазка не попала на поверхность шайбы, прижимающейся к диску, и не ослабила силу трения.

С течением времени усилие, с которым прижаты сопряженные поверхности, ослабевает, например, если резьба изношена. Не пытайтесь как-либо отремонтировать изношенную резьбу на шпильках крепления колеса. Если шпилька или гайка неисправна, ее следует заменить.

Также сила прижатия гайки уменьшается под действием вибрации или если поверхность, к которой прижата гайка, покрыта ржавчиной. Но и приржавевшую гайку не открутишь, а колесный диск никакой силой с места не сдвинешь, и иногда приходится разогревать приржавевшие гайки сваркой или даже обрезать шпильки сваркой. Поэтому с коррозией следует бороться и для того, чтобы иметь возможность заменить колесо.

Коррозия не только ослабляет силу закручивания гаек крепления колес. В процессе коррозии на поверхности диска возникают щербины и впадины, уменьшая тем самым эффективную толщину детали и ослабляя ее. Мельчайший дефект поверхности становится концентратором напряжений. Со временем из щербин развиваются трещины. Обычно в программу регулярного технического обслуживания колес входит очистка от ржавчины и покраска колесных дисков. После того как ржавчину удалят (например, металлической щеткой или пескоструйной обработкой), следует осмотреть диск, чтобы выявить признаки трещин или питтинга (точечной коррозии). Если коррозия минимальная, дефекты можно зашлифовать, диск покрасить и снова использовать, но если обнаружатся серьезные дефекты, использовать диск нельзя.

Динамометрический ключ измеряет сопротивление вращению гайки. Если шпилька новая, а на резьбе есть небольшие заусенцы, сопротивление закручиванию будет несколько выше расчетного. После того как гайка будет откручена, во второй раз момент закручивания по «чистой» резьбе будет уже меньше, чем в первый раз.

Подкрашивая колесные диски, надо следить, чтобы краска не попала на резьбу шпилек, потому что при закручивании гаек краска создаст дополнительное сопротивление, показания динамометрического ключа будут некорректными и усилие затяжки будет недостаточным. Слой краски на поверхности диска, контактирующей с гайкой, не должен превышать 0,1 мм. Более толстый слой краски может стать причиной ослабления сил трения и крепления колеса. Некоторые механики сначала прикручивают колеса, а затем уже красят диски вместе с гайками. В этом случае краска предохраняет от коррозии открытые участки резьбы шпилек.

Большое количество ржавчины на резьбе шпильки или гайки также создает дополнительное сопротивление и приводит к неправильному моменту затяжки. Эту проблему иногда помогают решить несколько капель масла, нанесенные на корродировавший участок резьбы. Однако наносить масло следует очень аккуратно – если оно попадет на посадочное место гайки на диске, сила трения ослабнет, показания динамометрического ключа при закручивании будут неправильными и возрастет риск самоотворачивания гайки. Это относится прежде всего к колесам, которые крепятся на шпильках коническими гайками. Впрочем, многие водители не дожидаются, когда на резьбе появится коррозия, а всегда при закручивании конических колесных гаек аккуратно наносят на резьбу консистентную смазку так, чтобы она не попала на коническую часть гайки и в отверстия в диске.

В результате люфта и ударов при движении машины поверхность гайки, прилегающая к диску, может быть повреждена. Повреждаются также диски и шпильки, причем шпильки может оборвать, а диск нередко раскалывается.

Убедившись, что крепление колес в порядке, можно перейти к проверке колесных подшипников и шаровых опор.

Быстрая проверка люфта колеса вручную

Понятно, что вручную проверить люфт можно только на сравнительно небольшом колесе.

Следует поддомкратить одно колесо (лучше начать с переднего) и покачать его за верхний-нижний края, проверяя наличие люфта в шкворне или подшипниках. Для определения величины люфта можно воспользоваться индикатором. Большинство производителей указывают допустимую величину люфта верхней части колеса грузовиков и прицепов в вертикальной плоскости 0,25. 0,50 мм. Обычно опытный механик может оценить величину люфта, не пользуясь приборами, «на ощупь», покачивая колесо руками.

Во время покачивания колеса следите за тормозным цилиндром – если он движется вместе с колесом, это верный признак люфта в поворотном шкворне. Если колесо движется само по себе, то скорее всего люфт в подшипнике.

Кроме того, следует проверить люфт колеса в горизонтальной плоскости, покачав его за переднюю-заднюю часть (взяться руками в положении «3 и 9 часов» на циферблате). Движение свидетельствует о люфте в шаровых опорах рулевых тяг. (Но это только при отсутствии люфта в подшипниках ступицы колеса.) Приступая к этой проверке, следует помнить два правила: нельзя смазывать проверяемые узлы перед проверкой, потому что консистентная смазка заполнит зазоры и вы не выявите люфта. И второе: если температура воздуха ниже –5 °С, консистентная смазка загустевает, и вы также не выявите люфт.

Подшипники ступиц

В процессе эксплуатации машины все подшипники изнашиваются и рано или поздно выходят из строя. Если вовремя не заменить изношенный подшипник, он может разрушиться в движении, что очень опасно.

Чтобы подшипники не выходили из строя раньше времени, их надо регулярно смазывать и регулировать. Периодичность смазки определяется заводом – изготовителем машины. Периодичность регулировки, как правило, совпадает с периодичностью смазки. Но при регулировке следует помнить, что небольшой люфт в роликовых конических подшипниках (величина указана выше) не только не вреден, но даже желателен. Допустимо даже, если люфт превышает на 20…50% рекомендуемое значение. Гораздо хуже, если люфта вообще нет либо регулировочная гайка ступичных подшипников затянута слишком сильно – это может привести к перегреву и последующему разрушению подшипников.

Если подшипники ступиц предельно изношены, это почти всегда можно определить по звуку при их вращении. Практически всегда изношенный подшипник перед разрушением шумит при работе значительно больше, чем подшипник исправный. Шум изношенных ступичных подшипников обычно похож на глухое шуршание. Опытный механик всегда определит по звуку, в нормальном ли состоянии подшипник.

Если при движении со стороны ступиц колес появился подозрительный звук, но точно определить его причины и происхождение не удается, надо проделать следующее: поддомкратить колеса, находящиеся на одной оси, и по очереди вращать каждое из них. Если одно колесо при вращении шумит значительно больше другого, высока вероятность того, что скоро на нем подшипники ступицы придут в полную негодность.

Покрышка, пожалуй, самая дорогая и при этом быстроизнашивающаяся часть колеса. Разрыв покрышки в движении очень опасен. Поэтому необходимо всегда содержать шины в исправном состоянии, своевременно ремонтировать и обслуживать.

Обслуживание шин в основном сводится к регулярной проверке и доведению до нормы давления воздуха в них. Следует поддерживать давление воздуха в шине, рекомендованное заводом-изготовителем, однако при этом надо учитывать, что для продления срока службы покрышки ее лучше перекачать, чем недокачать. Небольшое превышение давления воздуха, как правило, не приводит к неприятным последствиям, зато пониженное давление значительно сокращает срок службы шины. Однако значительное превышение давления снижает устойчивость и проходимость любой колесной машины, поэтому давление, рекомендованное производителем, – оптимальный вариант.

На долговечность шин управляемых колес значительно влияют углы их установки, поэтому схождение-развал управляемых колес следует проверять регулярно. Многие производители автомобилей рекомендуют проверять и регулировать углы установки управляемых колес через каждые 5000 км. При неправильной регулировке протектор может износиться очень быстро – за несколько сотен километров.

Полезные советы

Водитель обязан проверять состояние колес перед началом работы и после окончания смены.

• Проверьте то, что можно заметить невооруженным глазом: нет ли перекосов, биения, несоосности; достаточное ли давление в шинах; не трется ли колесо о другие детали машины – раму, крыло. Обращайте внимание на признаки неравномерного износа на протекторе или боковинах, «пузыри» вследствие разрыва нитей корда и другие дефекты. Не установлены ли в пару разные шины, все ли колпачки вентилей на месте.

• Обратите внимание на все случаи подтекания масла и топлива – эти жидкости могут повредить шины.

• Проверьте, не погнуты и не имеют ли иных повреждений диски, нет ли следов проворачивания шины относительно диска.

• Все оси и колеса должны быть расположены (вращаться) в правильных плоскостях, ходы подвески также должны совершаться в правильных плоскостях. Отклонения могут стать причиной пробуксовки и проскальзывания шин, что, конечно, сокращает срок их службы, создает дополнительно сопротивление качению и вызывает увеличение расхода топлива.

• Удалите все предметы, застрявшие в протекторе и между сдвоенными шинами.

• Осмотрите шины, имеющие порезы или иные дефекты. На внедорожных шинах часто бывают повреждения, но далеко не всегда они опасны и ухудшают ее рабочие характеристики. Если же повреждение действительно серьезное, шину следует заменить или отремонтировать. Обратитесь к квалифицированным специалистам, которые могут определить, возможно ли отремонтировать или следует заменить поврежденную шину. Отверстий от гвоздей можно заделать сколько угодно. Порезов должно быть не более двух. Допускается отверстие в зоне рисунка протектора не более 10 мм длиной. Возможности ремонта в наиболее нагруженных зонах боковин также ограничены.

• Запрещается применять сварку или иным образом нагревать диски вблизи смонтированной шины. Следует обязательно снимать шины перед тем, как производить ремонт диска, связанный с нагревом.

• Прежде чем снимать обод внутреннего или наружного колеса, следует выпустить воздух из обеих сдвоенных шин.

• Запрещается поднимать шины краном, закрепив крюк изнутри за боковину. Используйте плоские ременные стропы, которые должны охватывать шину с наружной стороны.

• Не устанавливайте на управляемые оси поврежденные шины и диски.

• Заменять шины следует заблаговременно. Эксплуатировать шины до тех пор, пока глубина канавок не достигнет предельной величины, невыгодно. Рекомендуется оставить примерно 5 мм рисунка до предельной глубины, чтобы шину можно было восстановить методом наварки.

• Хранить шины следует в прохладном сухом помещении, защищая от воздействия прямого солнечного света, в вертикальном положении, а не складывая стопками.