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».

Крепление колес

Колеса крепятся к фланцам ступиц автомобиля гайками, устанавливаемыми на болтах или шпильках, которые проходят через крепежные отверстия дисков. Использование болтов или шпилек обусловлено компоновкой колесно-ступичного узла и технологией его сборки.

Центрирование колес на ступице осуществляется разными способами. В российском автомобилестроении применяют следующие варианты:

• коническими фасками крепежных отверстий диска;

• по центральному отверстию диска.

Присоединительные размеры дисковых колес для отечественных легковых автомобилей изготовляются с фасками под углом 60° (Рис. 10 а), которые предназначены для центрирования колеса и предотвращения самоотворачивания крепежных гаек или болтов. Специальная форма диска, получаемая за счет выштамповок в местах расположения крепежных отверстий, обеспечивает его упругое деформирование под действием усилия затяжки гаек или болтов, что обусловливает стабильность затяжки резьбовых соединений.

a)б)в)

Рис. 10. Крепежные отверстия колес

На автомобилях «Таврия» для крепления колес применяются специальные гайки с декоративным колпачком и конусом под углом 80° (Рис.10 6).

На автомобилях ВАЗ колеса крепятся болтами, которые завинчиваются в резьбовые отверстия ступицы. Предварительное центрирование колес производится направляющими штифтами, которые закреплены во фланце ступицы и входят в 2 дополнительных отверстия в диске. Все детали крепления делаются стальными и изготовляются с антикоррозионным покрытием, в том числе и хромированным.

У автомобилей семейства «Газель» и ряда марок зарубежных автомобилей центрирование колеса на ступице осуществляется по центральному отверстию диска, а крепление производится гайками с подвижными шайбами.

На зарубежных автомобилях для крепления колес применяют три основных типа гаек или болтов:

• с конусом под углом 60° (Рис.11а);

• с плоской торцевой поверхностью (Рис. 116);

• со сферической посадочной поверхностью (Рис. 11в).

а)б)в)
Рис.11. Крепеж колес на зарубежных автомобилях

Детали крепления колес отечественных и многих марок зарубежных европейских автомобилей имеют метрическую резьбу: М10х1,25; М12х1,25; М12х1,5; М 14×1,5. Однако, у европейских автомобилей, предназначенных для экспорта в США, Англию и страны, бывшие ее колониями, крепежные детали колес изготовляются с дюймовой резьбой. При этом на американских автомобилях применяют крепежные детали как с дюймовой (7/16», 1/2», 9/16», 1/2»), так и с метрической резьбами. Наиболее распространен крепеж с резьбой 1/2».

Важным конструктивным параметром колеса является диаметр d₁ (см. Рис. 1) расположения центров крепежных отверстий (его международное обозначение — РСD – (от английского Рitch Сirс1е Diаmеtег). Обозначение этого параметра может выглядеть следующим образом: РСD 98/4, что означает 4 крепежных отверстия на диаметре 98 мм. Следует отметить, что в Европе установлен определенный ряд таких диаметров: 98,100 и 108 мм. Менее распространены колеса с диаметрами расположения крепежных отверстий 110,112 и 120 мм. На подавляющем же большинстве колес джипов этот диаметр равен 139,7 мм. На американском континенте к этому параметру относятся менее строго и поэтому на автомобилях американского производства применяются самые различные РСD.

Колеса легковых автомобилей имеют высокую точность изготовления и, как следствие этого, незначительный дисбаланс. Поэтому их балансируют только в сборе с шинами.

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.