Способы крепления и центрирования колес

  Колеса крепятся к ступицам и вращаются на них. Существует два типа ступиц: фланцевые и спицевые.

  На легковых автомобилях, грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности и тракторах для дисковых колес применяются фланцевые ступицы (рисунок 2.21). Колесо автомобиля крепится к фланцу ступицы 5, вращающейся на роликовых подшипниках 4 и 6, установленных на цапфе 17 поворотного кулака.

Таблица 2.2 – Соответствие размеров шин размерам профилей ободьев колес

Обозначение шины	135/80R12	155/80R13	155/65R13 145/80R13	175/70R13	185/65R13 175/60R13
Обозначение обода колеса	4,00В	4½J	5J	5J, 5½J	5½J
Обозначение шины	155/65R14	185/70R14 165/65R14	175/65R14	185/55R14 165/55R14	205/70R14
Обозначение обода колеса	4,5J, 5J,  5½J	5J, 5½J	5J, 5½J, 6J	6J	6J, 6½J
Обозначение шины	175/65R15 175/60R15	185/65R15 175/50R15	205/65R15 195/55R15	215/75R15 205/60R15 195/45R15	235/75R15 225/75R15
Обозначение обода колеса	5½J, 6J	6J	6J, 6½J	6½J, 7J	7J
Обозначение шины	175/80R16	205/60R16	235/60R16 225/65R16 205/50R16	245/70R16 225/55R16	265/70R16 255/65R16 245/50R16
Обозначение обода колеса	5½J, 6J	6J, 6½J, 7J	6½J, 7J	7J, 7½J	8J
Обозначение шины	235/60R17 215/50R17 205/50R17	225/50R17 215/35R17	245/60R17 235/45R17	255/65R17 245/50R17	285/70R17 265/65R17
Обозначение обода колеса	7J	7J, 7½J	7½J, 8J	8J	8J, 8½J
Обозначение шины	235/60R18	255/55R18 245/45R18	265/65R18 235/40R18	255/45R18 245/40R18	285/55R18 275/40R18
Обозначение обода колеса	7½J	7½J, 8J	8J	8J, 8½J	8½J, 9J
Обозначение шины	225/55R19	235/55R19 225/35R19	255/45R19 245/35R19 235/35R19	255/30R19	265/50R19
Обозначение обода колеса	7½J	8J	8J, 8½J	8½J, 9J	9J, 9½J
Обозначение шины	255/50R20 225/30R20	245/40R20	265/50R20	275/40R20	305/50R20 285/50R20
Обозначение обода колеса	8J	8J, 8½J	8½J, 9J	8½J, 9J,  9½J	9J, 10J
Обозначение шины	245/40R22	265/40R22	295/40R22 285/45R22	305/40R22	305/30R26
Обозначение обода колеса	8½J	9½J	9½J, 10J,	10J, 10½J	10J

    На грузовых автомобилях для бездисковых колес применяются спицевые ступицы (см. рисунок 2.14, поз. 2). В их конструкции пять или шесть спиц выполняют функции дисков колес, а разъемно-разборный обод 3 (рисунок 2.22) устанавливают на конических посадочных поверхностях, выполненных на концах спиц 1. Колесо от поперечных перемещений удерживается прижимами, крепящимися на шпильках 2 к спицам.

          

Рисунок 2.21 – Фланцевая ступица:

1– колпак ступицы; 2 – гайка; 3 – стопорная шайба; 4 и 6 – подшипники;

5 – ступица; 7 – сальник; 16 – упорная шайба; 17 – цапфа

Рисунок 2.22 – Спицевая ступица: 1 – спица; 2 – шпилька крепления прижима; 3 – разъемно-разборный обод

  Ступицы колес изготавливают литьем из ковкого чугуна.

  Применяются два способа центрирования дисковых колес при креплении на ступицах:

- по коническим и сферическим поверхностям, по которым сопрягаются прижимные части крепежных болтов (или гаек) (рисунок 2.23) и гнезда крепежных отверстий в диске – на всех колесных машинах. Радиус сферы обычно составляет 14…18 мм, а угол конуса – 60…90⁰. При сдвоенных колесах точное центрирование внутреннего колеса не обеспечивается;

  - по центральному отверстию в диске (рисунок 2.24) – на грузовых автомобилях и тракторах. При этом обеспечивается точное центрирование как одиночных (рисунок 2.24, а), так и сдвоенных (рисунок 2.24, б) колес колесных машин.

Рисунок 2.23 – Крепежные детали: а и б – с конической прижимной частью; в – со сферической прижимной частью

  Внутренний диаметр центрального отверстия и наружный диаметр ступицы имеют размеры с допусками. Зазор между указанными деталями может составлять от 0,2 до 0,6 мм. Крепежные отверстия – цилиндрические, требующие лишь грубой обработки. Их диаметр на 3…4 мм больше диаметра шпильки, что необходимо для предотвращения двойной посадки.

а)              б)

Рисунок 2.24 –       Центрирование по центральному     отверстию одиночных (а) и сдвоенных (б) колес

  Преимуществом способа центрирования по центральному отверстию в диске является малое радиальное биение колеса, поэтому такое центрирование применяется также на спортивных легковых автомобилях, а недостатком – коррозия в зоне центрирования как при стальных колесах, так и колесах из легких сплавов.

  Центрирование разъемных в продольной плоскости ободов на ступицах (передние и задние внутренние колеса) и прижимах (задние наружные колеса) осуществляется по коническим поверхностям А (см. рисунок 2.13), которые имеют обода в замочной части с внутренней стороны.

Присоединительные размеры для крепления дисковых колес стандартизованы и включают:

Рисунок 2.25 – Параметры дисков: PCD – диаметр     расположения крепежных отверстий; ЦО – диаметр центрального отверстия; ЕТ – вылет колеса

- диаметр окружности расположения отверстий под шпильки (или болты) крепления колеса (PCD);

- количество (LZ) и диаметр крепежных отверстий;

- диаметр центрального отверстия под ступицу (DIA);

- вылет колеса (обозначение ET на рисунке 2.25, от немецкого слова Einpresstiefe).

     Вылет колеса – расстояние от плоскости симметрии обода до плоскости крепления к фланцу ступицы. Вылет колеса может быть положительным (как показано на рисунке 2.25) и отрицательным.

  Формула колеса (рисунок 2.26) (например, PCD 4/100) указывает, что крепежных отверстий – 4, а диаметр окружности расположения их центров – 100 мм.

  Параметр PCD должен обязательно соответствовать автомобилю, так как, если диаметр расположения отверстий будет отличаться всего на 2…3 мм, то колесо при качении будет иметь биение. Колеса легковых автомобилей имеют 3…6 отверстий.

Рисунок 2.26 – Формула расчета PCD по расстоянию между центрами отверстий (А)

  В таблицах 2.3 и 2.4 приведены основные характеристики колес некоторых легковых автомобилей и значения коэффициентов ширины обода их шин.

Таблица 2.3 – Основные характеристики колес некоторых легковых автомобилей

Модель автомобиля	ВАЗ-1113 «Ока»	ВАЗ- 2101-07	Лада Приора (Калина)	ВАЗ- 21214 «Нива»	ГАЗ- 3102	GAZ Siber
Обозначение шины	135/80R12	175/70R13	185/65R14 (175/65R14)	175/80R16	195/65R15	205/65R15 205/60R16
Обозначение обода колеса	4.00Вх12	5J х 13	5½J х 14	5½J х 16 6J х 16	6½J х 15	6J х 15 6½J х 16
Вылет колеса (ЕТ), мм	40	23	37	52	45	44
Диаметр расположения шпилек (болтов) (PCD), мм	98	98	98	139,7	108	100
Диаметр центрального отверстия, (ЦО), мм	60	58,5	58,6	98,5	58,1	57,1
Модель автомобиля	Ford Focus	Renault Logan	Chevrolet Niva	UAZ Patriot	Ssang Yong Rexton II	Hummer H2
Обозначение шины	195/65R15 205/55R16	165/80R14 185/65R15	205/75R15 215/65R16	245/70R16	235/75R16 255/60R18	315/70R17
Обозначение обода колеса	6J х 15 6½J х 16	5½J х 14 6J х 15	6½J х 15 6½J х 16	7J х 16	6½J х 16 7½J х 18	9J х 17
Вылет колеса (ЕТ), мм	52,5	43 (5½J) 50 (6J)	48	40	43	10
Диаметр расположения шпилек (болтов) (PCD), мм	108	100	139,7	139,7	130	165,1
Диаметр центрального отверстия, (ЦО), мм	63,3	60,1	98	108	84,1	117

 

  Анализ данных таблицы 2.4 позволяет определить коэффициент ширины обода (отношение ширины профиля обода колеса к ширине профиля шины, b/В) шин для легковых автомобилей, который составляет 0,69…0,92. При этом на легковые автомобили устанавливаются как низкопрофильные (с посадочным диаметром d от 12 до 17”), так и сверхнизкопрофильные шины (d ≥ 13”).

Таблица 2.4 – Значения ширины обода шин легковых автомобилей

Профиль шины	Низкопрофильная          (Н/В = 0,70...0,80)			Сверхнизкопрофильная (Н/В = 0,30...0,65)
Посадочный диаметр обода	12”	13”	14”	13”	14”	15”
Ширина про-  филя обода  колеса (b)	4”	(4½...5)”	(5...6½)”	(5...5,5½)”	(4½...6)”	(5...5,5½)”
Ширина про- филя шины (В), мм	135	145...165	185...205	155...185	155...185	185...205
Коэффициент ширины обода	0,75	0,74...0,88	0,69...0,80	0,73...0,85	0,74...0,92	0,74...0,91
Посадочный диаметр обода	15”	16”	17”	16”	17”	18”
Ширина про-  филя обода  колеса (b)	(6½...7)”	(5½...8)”	(7...8½)”	(6...8)”	(7...8½)”	(5½...6,5½)”
Ширина про- филя шины (В), мм	215...235	175...265	245...285	205...255	205...265	225...285
Коэффициент ширины обода	0,73...0,83	0,73...0,87	0,71...0,77	0,70...0,87	0,76...0,92	0,74...0,90
Посадочный диаметр обода				19”	20”	22”
Ширина про-  филя обода  колеса (b)				(6...8)”	(7...8½)”	(5½...6,5½)”
Ширина про- филя шины (В), мм				205...255	205...265	225...285
Коэффициент ширины обода				0,70...0,87	0,76...0,92	0,74...0,90

 

 

Список литературы

1. Автомобильные шины: Устройство, работа, эксплуатация, ремонт / В.Н. Тарновский, В.А. Гудков, О.Б. Третьяков. – М.: Транспорт, – 1990.

2. Афанасьев Б.А., Даштиев И.З. Проектирование элементов подсистем автомобиля из композиционных материалов: Учеб. пособие / Под ред. Б.А. Афанасьева. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, – 2007.

3. Барский И.Б. Конструирование и расчет тракторов. – М.: Машиностроение, – 1980.

4. Иванов А.М., Солнцев А.Н., Гаевский В.В. и др. Основы конструкции автомобиля. – М.: ООО КЖИ «За рулем», – 2005.

5. Кнороз В.И., Кленников Е.В. Шины и колеса. – М.: Машиностроение,    – 1975.

6. Колеса и шины. Краткий справочник. С рекомендациями журнала «За рулем». – М.: ЗАО «КЖИ «За рулем», – 2000.

7.  Лукин П.П., Гаспарянц Г.А., Родионов В.Ф. Конструирование и расчет автомобиля. – М.: Машиностроение, – 1984.

8. Отчет о НИР «Исследование проблем расширения состава унифицированных семейств и улучшения эксплуатационных свойств военной автомобильной техники». ОКР «Буерак». Этап 3. «Исследование направлений улучшения параметров основных эксплуатационных свойств ВАТ». – ФГУП 21 НИИИ МО РФ, Инв.№ 9824, – 2007.

9. Оценка и выбор пневматических шин регулируемого давления для армейских автомобилей / В.Н. Абрамов, М.П. Чистов, И.В. Веселов, А.А. Колтуков; Под ред. В.В. Шипилова. – ФГУП 21 НИИИ МО РФ, – 2006.

10. Проектирование полноприводных колесных машин: В 2 т., Т.2 / Под общ. ред. А.А. Полунгяна. – М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, – 2000.

11. Раймпель Й. Шасси автомобиля: Амортизаторы, шины и колеса / Пер. с нем. В.П. Агапова; Под ред. О.Д. Златовратского. – М.: Машиностроение,         – 1986.

12. Родичев В.А., Родичева Г.И. Тракторы и автомобили. – М.: Колос,          – 1998.

13. Техническое обслуживание автомобилей КрАЗ-255Б, КрАЗ-255В, КрАЗ-256Б, КрАЗ-257 и КрАЗ-258. Инструкция. – М.: Воениздат, – 1973.

14. Шарипов В.М. Конструирование и расчет тракторов. – М.: Машиностроение, – 2004.

15. Янчевский В. Линии жизни протектора // Коммерческий транспорт. 2007, № 2. С.134-136.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

Основные требования к боестойким колесам с пневматическими шинами для армейских автомобилей многоцелевого назначения (АМН) и специальных колесных шасси (СКШ)

  На современном этапе боестойкие колеса с пневматическими шинами и другими элементами их конструкции должны отвечать следующим основным требованиям:

1. Конструкция боестойких колес с неповрежденными пневматическими шинами в сборе не должна снижать достигнутый уровень эксплуатационных характеристик АМН и СКШ с серийными колесами и современными шинами регулируемого давления, а также обеспечивать сохранение подвижности образцов ВАТ в случаях повреждения шин.

2. В конструкциях боестойких колес с пневматическими шинами и различными средствами повышения боестойкости должна быть обеспечена надежная посадка шины на ободе, исключающая их взаимное проскальзывание как при наличии, так и при отсутствии избыточного давления воздуха в шинах.

3. Конструкция обода боестойких колес должна обеспечивать монтаж-демонтаж шины с внутренней дополнительной опорой или распорно-герметизирующим кольцом и шины с усиленными боковинами, а также шины каркасного типа с заменой в полевых условиях поврежденных элементов этих колес с помощью придаваемых в ЗИП инструментов.

4. Обода боестоких колес должны быть разборными и обеспечивать стягивание и сжатие бортов шин с распорно-герметизирующим кольцом или с внутренней дополнительной опорой.

5. Конструкция внутренней дополнительной опоры должна при разрушении шины обеспечивать сохранение подвижности образцов ВАТ с наименьшим ухудшением показателей их движения по дорогам с твердым покрытием и деформируемым грунтам.

6. Шины для боестойких колес перспективных образцов АМН и СКШ во всех классах грузоподъемности должны быть радиальной конструкции в бескамерном исполнении с регулируемым давлением воздуха. Их нагрузочные, жесткостные и размерные параметры должны соответствовать характеристикам опорной поверхности и обеспечивать работоспособность во всех климатических и дорожных условиях.

7. Приведенная удельная нагруженность шин по объему при движении по деформируемым грунтам не должна превышать 8 т/м³. При эксплуатации на дорогах с твердым покрытием для транспортных образцов допускается превышение указанной нагруженности на 20…25 %, но разогрев этих шин при движении с максимальной скоростью должен быть не менее чем на 10⁰С ниже уровня критических температур нагрева для используемых шинных материалов (120⁰С).

8. При движении по дорогам с твердым покрытием с начальным номинальным давлением воздуха в шинах удельное сопротивление качению автомобиля в ведомом режиме со скоростью 40 км/ч должно быть не более 0,020 с «холодными» (+ 20⁰С) и 0,012 с прогретыми до установившихся температур шинами.

9. При движении по деформируемым грунтам с минимальным давлением воздуха в шинах их конструкция должна обеспечивать получение максимальной удельной силы тяги по сцеплению, не менее:

- 0,5 – на сухом торфянике;

- 0,25 – на мягком торфяном грунте и сухом сыпучем песке;

- 0,15 – на снежной целине с плотностью снега 0,25…0,40 т/м³ и температурой не выше минус 5⁰С при глубине снежного покрова не менее 0,3 от наружного диаметра колеса (шины).

10. При номинальном давлении радиальный прогиб шины под нагрузкой должен соответствовать 4 %, а при минимальном – 12 % от наружного диаметра шины.

11. Для сокращения времени регулирования давления воздуха в шинах боестойких колес должны применяються вентили по типу используемых с бескамерными шинами с проходными сечениями по диаметру не менее 5, 8 и 10 мм для шин с объемом 0,10…0,14; 0,19…0,40 и 0,50 м³ и более, соответственно.

12. Интенсивность износа шин не должна превышать 0,25 мм/тыс. км на АМН и 0,30 мм/тыс. км – на СКШ.

13. Гарантийный пробег шин на АМН должен составлять не менее 50 и СКШ – не менее 45 тыс. км, а гарантийный срок службы – не менее 15 лет с момента изготовления.

14. При повреждениях шины с размерами сквозных отверстий до 8 мм и их количеством – до 10 ед. она должна сохранять работоспособность в движении на расстояние не менее 50 км при обеспечении соответствующего соотношения между внутренним давлением и скоростью.

15. Вентили для подвода воздуха к шинам боестойких колес должны вкручиваться через отверстия в ободе во втулку распорно-гетметизирующего кольца или внутренней дополнительной опоры.

 

Александр Владимирович Острецов, доц., к.т.н.

Павел Александрович Красавин, доц., к.т.н.

Виктор Владиславович Воронин, ст. препод.

Шины и колеса для автомобилей и тракторов: Учебное пособие по дисциплине «Конструкция автомобиля и трактора» для студентов вузов, обучающихся по специальности 190201 (150100) «Автомобиле – и тракторостроение»

 

Подписано в печать                Заказ                              Тираж 200

Усл.п.л.   4,04                          Уч.-изд.л. 4,2                                      

──────────────────────────────────────────

МГТУ «МАМИ», 107023, Москва, Б.Семеновская, 38