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.

Что такое ступицы колеса

Ступица – сердцевина во вращающемся механизме, с отверстием для посадки на вал/ось. Служит основной деталью колеса и подвески, предназначена для фиксации и установки колеса, а также всех его компонентов. Обеспечивает доступ к другим деталям в случае поломки, кроме тех ситуаций, когда выходит из строя тормозной барабан, диск или подшипник.

Классификация ступиц

Для ведущих управляемых и неуправляемых колес. Для неуправляемых: деталь устанавливается на ведущих осях легковых/грузовых автомобилях, в том числе и спецтехнике, но только с задним приводом. Для управляемых: ступица размещается на переднем мосту автотранспортных средств с передним приводом, оптимальна также и для полноприводных автомобилей.
Для ведомых управляемых и неуправляемых колес. Для управляемых колес: крепится на передних колесах, но для машин с задним приводом. Для неуправляемых: установка ступицы предусмотрена на задние колеса, но с передним приводом.

Функции и задачи ступиц

Ступица, как часть подшипника, обеспечивает колёсам автомобиля полноценное вращение. Все ступицы передают крутящий момент колесу, удерживают тормозную систему авто, крепят колесо к подвеске, вращают его вокруг оси. За счёт этого автомобиль осуществляет свою главную функцию – едет.
В передних и задних колёсах детали подшипника выполняют немного разные функции.
Основные задачи ступиц передних колёс – соединение диска с поворотным механизмом, торможение и движение автомобиля в целом, если он переднеприводный. Дело в том, что в этом случае именно через эту запчасть происходит вращение колеса. В заднеприводных автомобилях важными являются не только передние, но и задние ступицы. Они обеспечивают крутящий момент, ответственные за тормозной путь машины, оснащены датчиками движения и скорости (в современных иномарках).

Для чего нужна ступица колеса

1. • передача крутящего момента колесу;
2. • удержание узлов на полуоси;
3. • обеспечение вращения колеса;
4. • удержание барабана и тормозного диска;
5. • фиксация диска колеса.

Конструкционные особенности

Конструкция ступицы состоит из обода со шпильками или отверстиями – они нужны для крепежа колеса. Во внутренней части изделия есть специальное посадочное место для подшипника. В запчасти есть также отверстие, чтобы установить полуось. А в дорогих современных авто можно также увидеть «гнездо» — это посадочное место для датчика АБС. Конструкция подшипника может отличаться: бывают конусообразные и роликовые. Бывают ещё шариковые, но их сейчас использовать не рекомендуют.

Чертеж ступицы

Назначение

Функциональные особенности детали в первую очередь сказываются на работе тормозного и рулевого управления. Благодаря работе ступицы осуществляется вращения колеса вокруг оси, при этом подвеска закреплена и надежно удерживается на посадочном месте.

Особенности крепления

Ступица крепится к подшипнику или двум, благодаря чему имеет возможность вращаться и передавать это вращение колесу. Металлическую запчасть прикрепляют шайбой или несколькими гайками. Само изделие устанавливают на край коленвала с помощью подшипника. Сейчас обычно ступицы крепят к роликовым или конусным подшипникам. Изделие для крепления колеса изготавливают из высокопрочного металла в виде цельнолитой болванки. Заготовку потом мастер обрабатывает на станке до готовой запчасти.

Для каких видов спецтехники применяется

1. • строительной: бетономешалки, автокраны и экскаваторы;
2. • подъемной: автовышки, краны-манипуляторы, погрузчики;
3. • коммунальной: снегоуборочные машины;
4. • сельскохозяйственной: уборочные машины;
5. • дорожной: бетоноукладчики и асфальтоукладчики, а также катки.

Стандартные характеристики и размеры

Подшипниковые детали для крепления колёс изготавливают разного размера. Речь идёт о диаметре ступицы. Размерные характеристики запчасти всегда будут зависеть от марки автомобиля и размера колёсных дисков. Производители придерживаются правила: цилиндр металлического изделия должен всегда совпадать с размером колеса автомобиля. Определением этих параметров занимается специальная система – DLA. Дело в том, что большие колёса на ступицах маленького диаметра будут болтаться. Иногда для колёсных дисков большого диаметра, под которые не подходит стандартная ступица, устанавливают дополнительное переходное кольцо.

Причины поломки и замена ступицы

Из-за поломанной ступицы может барахлить тормозная система. Если вовремя обнаружить и устранить поломку детали, можно избежать серьёзных аварий и трат на более сложный ремонт. Причинами поломки детали подшипника могут стать: агрессивная и неаккуратная езда, «дрифтование», протирание брюхом автомобиля гравия, песка или грязевой жижи на дорогах, регулярное попадание колёсами в ямы и на кочки, перегруз. В некоторых случаях, запчасть может выйти из строя из-за изначального брака при сборке на заводе. Среди основных признаков выхода из строя запчасти – слабые толчки, неприятный звук, ощущение вибрации кузова, укачивание.

Определить поломку ступицы поможет стук и слух

— Первый способ – постучать о колесо ногой. От лёгких ударов шины не должны ни шататься, ни люфтовать. Если же ощутили шатание или заметили зазор между запчастями при постукивании, то это сигнал о поломке.

— Другой вариант – прислушаться во время езды. Если из-под колёс доносится неприятный режущий звук или любой другой посторонний шорох – деталь колеса следует немедленно заменить.

На передних и задних колёсах неисправность запчасти определяют по-разному.
На передних шинах это сделать проще. Нужно разогнать автомобиль до скорости 60 км/час и выше и повилять по дороге в разные стороны. Если поломался левый подшипник, то звук будет усиливаться на левом повороте, а если правый – соответственно при повороте вправо.
Неисправные ступицы на задних колёсах ведут себя иначе. Определить, какая поломалась – трудно. Бывает, что неприятный звук доносится справа, но сломана левая запчасть. Опытные автомобилисты советуют приподнять корму авто, после чего покрутить колесо в разные стороны. Одно и другое. Там, где услышите хруст, посторонний звук или обнаружите люфт – нужен ремонт либо замена детали.

Подшипники ступицы

Данная деталь представляет собой подшипник качения, состоящий из внутренних/наружных колец и сепаратора. Какие виды выделяют:

1. • упорные;
2. • радиальные;
3. • упорно-радиальные;
4. • радиально-упорные.

Где расположена ступица переднего колеса, ее строение и назначение

Эксплуатируя автомобиль, водители редко задумываются о его конструкционных особенностях и принципах работы основных узлов. Однако важно следить за состоянием механизмов, отвечающих за безопасность. Одной из таких деталей является ступица переднего колеса. Из расположения элемента становятся понятны его задачи: удержание колеса. Выполнить диагностику и устранить возможные неисправности механикам поможет схема конструкции с описанием устройства.

Функция

В общем случае ступица – это центральная часть вращающейся детали, служащая точкой крепления на вал или ось. В первом варианте посадку или соединение выполняют с помощью шпонки или шлицев для передачи крутящего момента. На ось деталь крепят через подшипник (почевник) качения или скольжения. В машиностроении ступицу делают для зубчатых колёс, шкивов, маховиков.

В конструкции автомобиля также присутствует ступица, которая отвечает за крепление передних и задних колёс. Деталь находится в составе подвески машины и крепится к опорным мостам, балкам и рычагам. Основная функция элемента – удержание тормозного диска (барабана), колеса, передача крутящего момента. Ступичный узел воспринимает большую радиальную и осевую нагрузки. Первая – результат удержания веса автомобиля и преодоления препятствий в виде выбоин на дорогах. Осевое воздействие возникает при вхождении в поворот и боковом смещении машины.

Ввиду высоких динамических нагрузок изготавливают элемент из цельнометаллической стальной болванки. Обычно на заводе предварительно выливают заготовку в специальную форму с последующей токарной обработкой. Готовая ступица выглядит как металлический диск с крепёжными отверстиями и посадочным местом под подшипник. В зависимости от назначения в ней может быть выполнено отверстие (простое или под шлицевый вал) либо сделана глухая втулка.

Конструкция

Опорный узел состоит из ступицы колеса, навесного устройства, подшипников качения. Все его компоненты изготовлены с высокой степенью точности. Даже незначительные зазоры могут привести к разрушению узла. Крепится ступица к подвеске через радиально-упорный шариковый или роликовый подшипник. Для фиксации последнего применяют стопорные кольца или зажимные корончатые гайки, предотвращающие самопроизвольное откручивание.

В зависимости от места установки и типа привода автомобиля возможен монтаж ступицы на один или два подшипника. В первом случае используют однорядный шарико- или роликоподшипник.

Конструкция ступицы колеса зависит от типа привода автомобиля и места установки. Существует 4 основных конструктивных варианта исполнения компонента:

1. Ведущие неуправляемые колёса. Такие элементы устанавливают на задних мостах автомобилей с полным или частичным приводом. Узел представлен длинной полуосью, входящей в зацепление с деталями дифференциала, на которой закреплён монтажный фланец и ступичный подшипник.
2. Ведомые неуправляемые колёса. Применяют в задней подвеске переднеприводных автомобилей. Ступичный узел состоит из монтажного фланца, закреплённого на подшипниках. Крепят элемент к продольным или поперечным балкам задней подвески.
3. Ведущие управляемые колёса. Такой тип устанавливают на автомобили с полным или частичным приводом. Ступица передняя служит не только для поддержки колеса, но и для передачи крутящего момента от трансмиссии. Она пустотелая с внутренним шлицевым зацеплением.
4. Ведомые управляемые колёса. Применяют ступичные узлы в конструкции передней подвески заднеприводных автомобилей. Закрепляют детали на поворотном кулаке с помощью резьбового соединения, а зазоры в элементах можно регулировать путём затяжки стопорной гайки.

Основная деталь в ступичном узле – подшипник. Именно он воспринимает все статические и динамические нагрузки. От его ресурса зависит долговечность всего механизма. Производители, выпускающие подшипники, указывают срок службы компонента порядка 200 тыс. км. Это число довольно условное и зависит от характера вождения, а также состояния дорожного покрытия. При езде по бездорожью пробег снижается до 50 тыс. км. После окончания срока службы подшипник подлежит замене.

Чтобы увеличить комфорт и снизить шум в автомобиле, производители стараются уменьшить неподрессоренные массы подвески. Для этого подшипник и ступицу объединили в единую конструкцию. Всего разработано 5 поколений новых узлов:

1. Двухрядные подшипники типа HUB-I. Такие детали можно заменить отдельно, что увеличивает ремонтопригодность конструкции.
2. Подшипники с монтажным фланцем HUB-II. Одна из обойм деталей выполнена в теле ступицы или крепёжного элемента.
3. Ступичный узел в сборе HUB-III. Третье поколение получило наиболее широкое применение в автомобилях последних годов выпуска. Как такового подшипника в узле уже нет, а есть ступица и крепёжный элемент, разделённые между собой телами качения.
4. В конструкцию 3 поколения добавили интегрированный ШРУС, получив технологию HUB-IV.
5. Ступичный узел с шарниром равных угловых скоростей и тормозным диском (HUB-V).

Технологии 4 и 5 поколения находятся в стадии разработки и тестирования. Ступичные узлы имеют минимальную неподрессоренную массу, что положительно сказывается на работе подвески. Однако, ввиду сложности конструкции у этих поколений высокая цена, а значит устанавливать их будут на премиальных автомобилях.

Возможные дефекты, причины их возникновения

Отказ ступичного узла не происходит мгновенно. Обычно дефекты проявляются постепенно. Сопровождаются они в увеличении зазора в подшипнике, что приводит к люфту и биению колеса. Основные виды неисправности ступицы:

1. Разрушение сепаратора или тел качения. Обычно это происходит из-за низкого качества материалов или нарушения технологии сборки подшипника. Кроме того, разрушение возможно по причине неправильного монтажа узла.
2. Выработка контактных поверхностей. Детали подшипника неизбежно изнашиваются, однако, интенсивность процесса зависит от твёрдости материала, из которого они изготовлены.
3. Ослабление креплений. В конструкции механизма предусмотрены стопорные кольца и гайки. Если они ослабнут, подшипниковый узел может разболтаться.
4. Высыхание или отсутствие смазки. Без смазывающего материала интенсивность износа повысится в несколько раз, что приведёт к преждевременному отказу элементов.
5. Попадание внутрь грязи или абразивных материалов. При нарушении герметичности посторонние вещества способствуют быстрому разрушению деталей.

Что именно сломается спрогнозировать сложно. Всё зависит от модели автомобиля, особенностей конструкции ступичного узла, применяемых комплектующих. Не стоит эксплуатировать машину, если есть подозрение, что элементы ходовой имеют повреждения. Увеличенные зазоры в опоре колеса приводят к повышению динамических нагрузок на компоненты подвески (шаровые, наконечники, стойки, амортизаторы и другие менее значимые детали). Кроме того, отказ ступицы во время движения может стать причиной потери управления и возникновения ДТП.

Признаки дефектов, их диагностика

Чтобы не допустить полного отказа ступичного узла, когда колесо перестанет вращаться или даже отвалится, водителю необходимо обращать внимание на признаки поломки. Последние проявляются постепенно. Сначала появляется невнятный гул во время разгона или торможения, затем шум не стихает даже при равномерном движении по ровной дороге. Более сильные повреждения выражены скрежетом и свистом. Когда отказывает подшипник, наблюдается чрезмерный износ протектора и нагрев тормозного диска.

Неисправности узла сложно диагностировать на первом этапе их появления. Чтобы исключить отказ, нужно периодически проводить проверку на станциях, где есть специальное оборудование.

При появлении первых явных признаков, что ступичный узел работает неправильно, нужно провести диагностику деталей. Самостоятельно это можно сделать несколькими способами:

1. Постучать ногой по боковой части покрышки. Это простой, но действенный способ: если колесо заметно шатается, в его креплениях есть люфты.
2. Проверка в движении. Если при скорости автомобиля 60 км/ч и выше появляется монотонный гул, виляя из стороны в сторону, можно определить, какой узел имеет дефект. При повороте влево нагружается правая ось и наоборот. Если при манёвре звук стихает – значит, именно эта ступица подлежит ремонту.
3. Приподнять колесо. Необходимо поднять автомобиль домкратом или на подъёмнике и проверить люфт и перемещение каждой ступицы. Прилагая боковое усилие к колесу, последнее не должно болтаться или стучать. Кроме того, при вращении недопустимы шелестящие звуки и гул в подшипнике.

Обслуживание, регулировка

Ступичные узлы автомобилей последних поколений имеют необслуживаемую конструкцию. Они должны отработать срок, заявленный производителем, затем изношенные детали меняют на новые. Однако в ступицах применяют грязе- и пылезащитные компоненты, повреждение которых может стать причиной отказа всего узла. При эксплуатации автомобиля необходимо периодически проверять и обслуживать пыльники, уплотняющие манжеты, менять смазку внешних элементов.

Подвеска на старых автомобилях предполагала возможность регулировки зазоров в подшипниках. Это возможно благодаря двум разнонаправленным коническим подшипникам. Их надевают на общую ось и зажимают специальной гайкой с прорезями под шплинт. Порядок регулировки:

1. Вывешивают нужное колесо, поднимая автомобиль домкратом или на подъёмнике. Принимают меры для предотвращения падения или перемещения машины во время работы.
2. Снимают пылезащитный колпачок. Для этого в место его соприкосновения со ступицей вставляют плоскую массивную отвёртку или монтировку, аккуратно постукивая молотком, сбивают защиту.
3. Извлекают шплинт из стопорного отверстия.
4. Закручивая гайку по часовой стрелке, затягивают подшипник. Затем на 45-90 ° отворачивают крепёж в обратную сторону.
5. Проверяют биение колеса и лёгкость вращения. Если оно крутится равномерно, без заеданий и не болтается, гайку фиксируют, устанавливая новый шплинт.
6. Добавляют немного свежей смазки, устанавливают пылезащитный колпачок и опускают автомобиль.

Если в ступичном подшипнике образовался зазор – это признак начала его интенсивного износа. В этом случае регулировка будет временной мерой, чтобы продлить срок эксплуатации автомобиля до плановой замены детали.

Неисправная ступица обязательно подлежит ремонту. Сделать это можно в сервисной мастерской либо самостоятельно в гараже. В последнем случае понадобится набор инструментов для демонтажа узла и массивный рабочий стол с тисками для выпрессовки/запрессовки деталей. Тем, кто будет впервые менять подшипник ступицы помогут фото или видеоматериалы процесса замены.

Для каждой модели автомобиля процедура ремонта индивидуальна. Но в общем случае необходимо демонтировать подшипниковый узел, отделив его от деталей подвески. В снятом положении будет удобно выпрессовывать внутреннюю и внешнюю обоймы. Но, если демонтировать старый подшипник можно, применяя тяжёлый молоток, новый нужно устанавливать аккуратно, чтобы не повредить защитные уплотнения, сепараторы. Любая поспешность или неточность могут привести к быстрому отказу отремонтированного узла.

Поломка ступицы – неисправность, с которой эксплуатация автомобиля недопустима. Лучше вовремя отремонтировать подшипниковый узел, чем потом тратить деньги на восстановление всей подвески.