Устройство автомобилей

Ободья, ступицы и соединители колес

Обод колеса

Обод служит для установки пневматической шины. По профилю обод может быть глубоким неразборным (рис. 1), который применяется на легковых автомобилях, и плоским, разборным (рис. 2), который устанавливается на большинстве грузовых автомобилей средней грузоподъемности (например, марок ЗиЛ, ГАЗ и т. п.).

Для облегчения монтажа и демонтажа шины в средней части глубокого обода выполняется выемка В. По обеим сторонам обода расположены конические посадочные полки, на которые монтируют борта шин. Наклоны посадочных полок на угол примерно 5˚ обеспечивает плотную посадку шины на ободе.

Обод для бескамерной шины должен иметь на своих посадочных полках специальные кольцевые выступы 4 (рис. 1) тороидальной формы («хэмпы»), предотвращающие самопроизвольное соскальзывание бортов шины (саморазбортовку) в случае критической ситуации во время движения.

Среди разборных ободьев наиболее распространен обод с конической посадочной полкой (рис. 2). Этот обод характеризуется сравнительной простотой монтажа и демонтажа шин грузовых автомобилей, которые имеют большие массы, размеры и жесткость. Бортовое кольцо 1 имеет коническую посадочную полку, которая прижимается к борту шины. Пружинное распорное кольцо 2 устанавливается между ободом и бортовым кольцом, фиксируя последнее.

Шины широкопрофильные, арочные и с регулируемым давлением имеют разборные ободья с распорными кольцами. Распорное кольцо устанавливается по центру плоского обода и обеспечивает надежное зажатие бортов шины между ним и закраинами обода, что исключает проворачивание шины на ободе при снижении давления в ней.

Ступица колеса

Ступица конструктивно объединена с мостом автомобиля, но традиционно считается элементом колеса. Она служит для установки колеса на балке моста и обеспечения его вращения. Ступица устанавливается на мосту посредством конических роликовых или шариковых (на некоторых легковых автомобилях) подшипников. К ней также крепятся тормозные барабаны и фланцы полуосей ведущих мостов грузовых автомобилей.

Ступица передних колес, показанная на рисунке 3, установлена в поворотном кулаке 10 на двух конических роликовых подшипниках 1. Наружные кольца (обоймы) подшипников запрессованы в ступицу, а внутренние установлены в цапфу 5. Регулировочная гайка 3 через шайбу 4 обеспечивает нормативный зазор в подшипниках. Подшипники смазываются при сборке, а для защиты их от пыли и грязи с внутренней стороны в ступицу запрессовывается уплотнительная манжета, а с наружной стороны устанавливается защитный колпак 2.

Ступица передних колес переднеприводного легкового автомобиля установлена в поворотном кулаке на двухрядном шариковом подшипнике закрытого типа. Подшипник фиксируется в поворотном кулаке стопорными кольцами.
Ступица с помощью внутренних шлицов соединена с хвостовиком корпуса наружного шарнира привода передних колес и крепится на нем гайкой, которая закрывается пластмассовым колпаком.
К ступице крепится направляющими штифтами тормозной диск. Штифты центрируют относительно ступицы колесо, которое крепится к ней сферическими болтами. Этими же болтами к ступице крепится тормозной диск.

Ступица задних колес у заднеприводных легковых автомобилей обычно отсутствует. Ее заменяет фланец полуоси, которая устанавливается на подшипниках в балке моста.

Соединитель колеса

Соединитель колеса обычно выполняется в виде диска. Такие колеса называются дисковыми. Стальной штампованный диск 1 (рис. 1) для увеличения жесткости выполняется выгнутым с выемками В или отверстиями Б. Вырезы и отверстия облегчают колесо и улучшают охлаждение тормозных механизмов. Отверстия А для крепления колеса имеют сферические фаски. Крепление производится с помощью сферических болтов или сферических гаек.

Бездисковые колеса имеют соединитель, изготовленный совместно со ступицей. Они могут быть разъемными в продольной и поперечной плоскостях. Бездисковое колесо (рис. 4) с разъемом в поперечной плоскости состоит из трех секторов 1, которые соединены в единое кольцо с помощью специальных вырезов (скосов), выполненных на торцах секторов 1. При монтаже секторы колеса устанавливаются в определенной последовательности в лежащую шину, а затем вместе с шиной прикрепляются к ступице 2 специальными прижимами 3, шпильками 4 и гайками 5. Такие колеса устанавливаются на грузовые автомобили и автобусы.

По технологии изготовления колеса легковых автомобилей могут быть обычными стальными сварными (из прокатного обода и штампованного диска), литыми и кованными.

Литые колеса изготовляют из сплава алюминия с кремнием путем обтачивания посадочных поверхностей отливок и сверления в них отверстий. Основное преимущество литых колес – их небольшая масса. Малая масса колеса положительно влияет на плавность хода автомобиля и облегчает его обслуживание. Кроме того, применение литых колес позволяет эффективнее охлаждать колесные тормозные механизмы.
Недостатками литых колес являются чрезмерно толстые стенки, возможность появления скрытых пор и раковин, недостаточная прочность при ударной нагрузке и сложность восстановления при повреждении.

Кованые колеса выполняют методом ковки с последующей обработкой. При ковке (или объемной штамповке) из заготовки выковывают поковку, которая затем обрабатывается на токарном станке. Такая технология сложна и дорога, однако кованые диски прочнее и легче литых. Например, 13-дюймовое кованое колесо весит примерно 4,5 кг, а литое колесо такого же размера – почти 6 кг. При этом толщина стенок у кованого колеса составляет 3 мм, а у литого – 5,5 мм. Немаловажным преимуществом кованых колес является большая стойкость к ударным нагрузкам.

Основные размеры обода колес : посадочный диаметр под покрышку и ширина. Например, обычное дисковое колесо для автомобиля ВАЗ-2109 обозначается как 114J-330 (в миллиметрах) или 4 1/2J-13 (в дюймах). Первые цифры обозначают ширину обода, буква J – форму профиля обода, а последние цифры – монтажный диаметр колеса.

Легкосплавные литые или кованые диски обычно имеют дюймовое обозначение. Например, колесо автомобиля ВАЗ-2110 обозначается 5 1/2J13Н2, где дополнительная маркировка Н2 означает наличие на ободе «хэмпов» определенного профиля.

Так как колеса и шины изготовляются со значительными допусками, колесо в сборе может обладать значительной неуравновешенностью (дисбалансом), приводящей к осевому и радиальному биению при вращении колеса. В результате возрастает вибрация, сокращается срок службы шин, амортизаторов, рулевого управления, снижается комфортность езды и т. п.
Для устранения неуравновешенности колес их подвергают балансировке на специальных балансировочных стендах, закрепляя в определенных местах балансировочные грузики. Особенно это актуально для автомобилей, передвигающихся с большими скоростями, поскольку инерционные нагрузки дисбаланса возрастают в квадратичной зависимости от частоты вращения колес.

Виды и методы креплений автомобильных колес

Тот факт, что колеса автомобиля являются одним из самых важных компонентов безопасности, надеемся, ясен всем автовладельцам. Как указывается во многих статьях, большое значение имеет выбор шин, однако не меньшее значение имеет и непосредственно крепеж колеса.

Если колесо авто закреплено плохо или же фиксирующие элементы выходят из строя, эксплуатация автомобиля становится в край небезопасной, и в случае, если колесо в буквально смысле разболтается, не спасут даже самые качественные шины. Хотя и об их защите стоит позаботиться, например, технология XRP, которая позволяет продолжить движение и на проколотой шине, будем весьма кстати. Но остановимся более подробно на крепежах.

Типы крепежей

Существует два типа крепежа колеса: при помощи болтов и при помощи гаек. Во втором случае шпильки, на которые накручиваются гайки, жестко зафиксированы в области ступицы колеса. В более детальном обзоре стоит выделить такие варианты крепежей, как:

1. болт/гайка без подголовка, в которых грани головки выходят на конус
2. болт/гайка с подголовком, где отмечается цилиндрический отступ на конце прижимной части
3. болт/гайка со сферической структурой подголовка и прижимной части
4. фиксатор с наличием плоской поверхности на торце

Последний крепеж еще называется планшайбой, и такая технология часто используется на зарубежных автомобилях.

Центровка колеса на ступице

Очень важно обратить ваше внимание на тот факт, что при монтаже крепежей нужно очень четко сопоставлять части гаек и болтов с профилем отверстий на участке колесного диска, поскольку от этого зависит центровка колеса по отношению к ступице. Особенно важно к исполнению это требование, если колесо фиксируется только лишь гайками. Если колесо будет закреплено правильно, то даже взрыв шины на полном ходу может не оказаться критическим, по крайней мере при технологии XRP вы сможете спокойно съехать на обочину, а то и добраться до ближайшего шиномонтажного сервиса.

Помимо всего прочего, не забывайте хотя бы раз в месяц проверять натяжку крепежей на колесах. Не стоит пренебрегать этим правилом, ведь от этого прямым образом зависит безопасность вашего передвижения на автомобиле.

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».