Устройство автомобильного колеса

Что такое колеса?

Колесо — это вращающийся и передающий элемент ходовой части, расположенный между шиной и ступицей.

Колеса транспортных средств подразделяются на одинарные и сдвоенные. Одинарное колесо устанавливается на одной ступице и несет одну шину, а сдвоенное имеет два обода, смонтированных на одной ступице и несущих две шины.

На автомобилях применяются следующие виды колес:

  • дисковые колеса
  • колеса с разборным ободом
  • составные колеса

Дисковое колесо — это неразборный узел, состоящий из обода колесного диска. Дисковое колесо грузового автомобиля может иметь составной обод, один из бортов которого состоит из съемного разрезного замочно-посадочного кольца и съемного бортового кольца, которые в сборе образуют обод. Варианты исполнения дисковых колес представлены на рисунке:

Колесо с разборным ободом — это колесо, в котором один или два разборных обода крепятся непосредственно на ступице, развитой до размера обода. Такие колеса широко применяются на тяжелых автомобилях и автобусах.

Составное колесо состоит из двух элементов, каждый из которых включает часть обода. После сборки элементы образуют обод с двумя закраинами. Такие колеса применяются для крупногабаритных широкопрофильных шин и шин с регулируемым давлением.

Типоразмер колесного диска может быть обозначен следующим образом:

5,5 J x 15 H2 ET30

Здесь: 5,5 — указание ширины обода в дюймах. Данное значение выбирается из стандартного ряда: 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5; 7,0 дюймов (размер а на рисунке);

J — тип конструкции боковых закраин обода диска (может быть J, JJ, JK, К или L);

15 — монтажный диаметр обода в дюймах. Стандартный ряд для легковых автомобилей — 10; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; l9 дюймов, для грузовых автомобилей и прицепов — 16; 20; 22,5; 24 дюйма (размер dM на рис. 4.25);

H2 — тип конструкции кольцевых выступов на посадочных полках обода, служащих для надежного удержания бескамерной шины на диске (например, Н, Н2, FH, АН и др.);

ET30 — вылет колеса в миллиметрах. Вылет — это расстояние между продольной плоскостью симметрии обода и привалочной плоскостью ступицы колеса.

Рис. Колесо с разборным ободом: 1 — обод, 2 — прижим; 3 — ступица

Соединение колеса со ступицей обеспечивает передачу крутящего момента и центрирование колеса на ступице. Крепление штампованных дисковых колес легковых автомобилей производится, как правило, с помощью болтов или гаек, имеющих коническую центрирующую поверхность. Центрирование литых дисков колес осуществляется по посадочному пояску ступицы. Узел крепления включает шпильки и унифицированные гайки, снабженные свободно вращающимися шайбами, которые исключают возможность повреждения диска. Вместо шпилек и гаек могут использоваться болты.

Соединение дискового колеса со ступицей грузовых автомобилей осуществляется с помощью шпилек и гаек со сферической опорной поверхностью или шпилек и унифицированных гаек со свободно вращающимися шайбами.

Крепление колес с разборным ободом производится специальными крепежными элементами (прижимами), которые прижимают коническую посадочную поверхность обода к соответствующей поверхности ступицы, имеющей угол наклона 28°.

Пневматическая шина — это упругая оболочка, предназначенная для установки на ободе колеса и заполняемая воздухом под давлением. Основным элементом шины является покрышка, непосредственно воспринимающая нагрузки на шину со стороны дороги. Она состоит из каркаса, протектора, брекера, бортов и боковин.

Каркас — это силовая часть покрышки, состоящая из одного или нескольких слоев корда, закрепленных на боковых кольцах.

Протектор — наружная резиновая часть покрышки с рельефным рисунком, обеспечивающая сцепление шины с дорогой предохраняющая каркас от повреждений.

Брекер — часть покрышки, состоящая из слоев корда или резины и способствующая более равномерному распределению по поверхности колеса действующих на него нагрузок.

Борта — это жесткие части покрышки, служащие для крепления шины на ободе.

Боковины — резиновый слой, покрывающий боковые стенки каркаса и предохраняющий его от механических повреждений и проникновения влаги.

По конструкции каркаса и брекера различают диагональные и радиальные шины. По способу герметизации внутренней полости (при сборке с ободом) шины бывают камерные и бескамерные.

Рис. Типы рисунков протектора шин

По типу рисунка протектора различают шины:

  • с дорожным рисунком в виде шашек или ребер, разделенных канавками; предназначены для эксплуатации преимущественно на дорогах с усовершенствованным капитальным покрытием
  • с универсальным рисунком в виде шашек и ребер в центральной зоне беговой дорожки и грунтозацепами по ее краям; предназначены для эксплуатации на дорогах с усовершенствованным и облегченным покрытием
  • с рисунком повышенной проходимости, в котором имеются высокие грунтозацепы, разделенные выемками; предназначены для эксплуатации в условиях бездорожья и на мягких грунтах
  • с зимним рисунком, имеющим острые кромки выступов; предназначены для эксплуатации на заснеженных и обледенелых дорогах и могут оснащаться шипами противоскольжения
  • с направленным рисунком, не симметричным относительно радиальной плоскости колеса
  • с всесезонным рисунком

Диск

Колесный диск состоит из двух элементов – самого диска и обода. Выпускается четыре вида автомобильных дисков – стальные сварные (штампованные), цельнолитые (легкосплавные, кованные), комбинированные и композитные. В первом виде диск и обод – два разных элемента, соединенных между собой при помощи сварки. В литых дисках его составляющие – единая неразъемная конструкция.

Третий тип – это так называемые комбинированные или разборные диски, бывают двух- или трехсоставными. Являются лучшими дисками по всем характеристикам, поскольку центральная секция обычно выполняется литой и соответственно можно получить любой дизайн, а обод выполняется методом штамповки. Четвертый и самый редкий тип – композитные, стоимость их просто запредельная из-за сложной технологии производства и поэтому увидеть их можно только на спорткарах.

Диск – элемент обеспечивающий крепление колеса. Для этого в нем по центру проделано посадочное отверстие, по окружности которого расположены крепежные отверстия. Количество крепежных отверстий на легковых авто варьируется от 3 до 5, на грузовых же их обычно 6-8. Фиксация диска на ступице осуществляется либо болтами, либо шпильками с гайками.

konstrukciya-diska.jpg

Конструкция литого диска

Обод предназначен для установки шины. Он обладает сложным поперечным профилем, которое необходимо для правильной и надежной посадки ската. Если рассматривать обод в профиль, то он имеет ступенчатую форму.

Центр обода представлен в виде утопленной площадки, к которой примыкается диск. С обоих сторон от центра сделаны ступеньки, которые сформированы кольцевым выступом (хампом), полкой и бортом.

Хамп предназначен для фиксации шины в ободе и предотвращает ее уход к центру обода. Полка выступает в качестве посадочной площадки для борта ската. Борт обода удерживает шину на полке и не дает ей «слезть».

Отметим, что это самый распространенный тип диска. Но на грузовых авто и спецтехнике можно встретить иные виды дисков авто – с фиксирующим кольцом, разборные (диск состоит из двух половин, стягивающихся болтовым соединением).

Конструкция

Konstrukciya-600x450.jpg

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.

К сведению! 

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).

К сведению! 

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.

Виды ступиц и особенности крепления их к колесу

Каждая ступица имеет общие особенности конструкции, в основе которых лежит подшипник, преобразующий силу терния скольжения в то же усилие, но качения.

Читайте также:  Клиренс автомобилей сравнительная таблица 2021

По способу крепления к колесу, полуоси, а также траектории действия нагрузки и, соответственно, передаче нагрузки на подвеску, они подразделяются на следующие категории:

  • Радиальные, классические, когда элемент может воспринимать лишь крутящий момент.
  • Упорные, когда на подшипник одевается фиксирующая гайка, которая препятствует свободе перемещения изделия.
  • Радиально-упорные и упорно-радиальные – ступицы комбинированного действия, наиболее часто устанавливаемые на современные автомобили зарубежных производителей.

Фиксация ступицы на колесо происходит через расчётное количество шпилек с последующей затяжкой при помощи гаек.

Сама шпилька, в свою очередь, крепится к фланцу, вместе с тормозным диском, а он уже сопрягается через подвижное соединение с подшипником, установленным в теле ступицы. В случае, если старые модели авто имеют барабанные тормоза, то они также крепятся к фланцу, приводимому в движение по мере вращения колёс.

stupica-kolesa5.jpg Ремонт детали

Ступица – это одна из самых важных деталей в ходовой части автомобиля, без которой его эксплуатация будет невозможной. Именно поэтому автолюбителям необходимо заказывать её диагностику на каждом колесе в ходе проведения технического обслуживания автомобиля.

Связано это с тем, что раннее выявление дефекта поможет предотвратить тяжёлые последствия, связанные с дорогостоящим ремонтом и избавит водителя от лишних трат. Кроме того, даже если изделие в порядке, то во время банальной замены масла в двигателе данные детали также надо регулярно смазывать, повышая их ресурс.

Колёсный диск: труд инженеров и дизайнеров

Обод и диск – они, по сути, представляют собой единое целое, поэтому разделение между этими элементами весьма условное. Зачастую, когда говорят о диске, имеют в виду обе эти детали вместе – мы поступим так же. Различают такие разновидности дисков:

  • стальные (обод и диск соединены сваркой). Это классика – дёшево и сердито, из-за чего они получили большое распространение. Недостатки – вес и невозможность придания оригинального дизайна;
  • легкосплавные (полностью монолитные). Бывают литые диски и кованые. Первые, хотя и позволяют играть с дизайном, но достаточно хрупкие. Вторые — гораздо более крепкие и вообще практически лишены каких-либо недостатков за исключением одного — цены, из-за сложности изготовления. В целом же легкосплавные изделия во многом превосходят своих стальных собратьев – помимо веса и эстетики они ещё и эффективнее охлаждают тормоза, а также не требуют столь кропотливой балансировки.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий