В связи с увеличением грузоподъемности автомобилей и повышением их динамических качеств возрастают требования, предъявляемые к конструк­ции колесно-ступичного узла.

Колеса и ступицы, относящиеся к неподрессоренной массе автомобиля, во многом определяют такие важные эксплуатацион­ные свойства автомобиля, как плавность хода, устойчивость и безопасность движения, срок службы упругих элементов подвески, ходимость шин и теплонагруженность тормозных механизмов и колесно-ступичного узла в целом. От конструктивной схемы компоновки колеса со ступицей в значительной степени зависят долговечность и грузоподъемность автомобиля.

Крепление дисковых колес. Крепление к ступице дисковых колес легковых и грузовых автомобилей выполняют согласна ГОСТ 10408—74 и ГОСТ 10409—74*, а за рубежом в соответст­вии с национальными стандартами. На рис. 27 и в табл. 2 при­ведены конструкция и присоединительные размеры дисков и ступиц колес при одинарном и сдвоенном креплениях колес С Учетом требований рекомендации СЭВ PC 2334—76. В рекомен­дациях СЭВ число возможных вариантов сочетаний размеров сокращено по сравнению с числом вариантов в  действующих стандартах. Это создаст определенные трудности  в  процессе внедрения рекомендаций в производство.

В настоящее время все большее внимание уделяют конст­рукции элементов крепления, в частности резьбовым соедине­ниям. Колеса отечественных легковых автомобилей крепят на ступице с помощью четырех или пяти болтов. Основные схемы крепления колес легковых автомобилей рассмотрены выше (см. рис. 4). Конструкции крепления дисковых колес грузовых ав­томобилей более разнообразны. Схемы крепления колес обычно подразделяют на две группы. К первой группе относят крепле­ния, которые обеспечивают центрирование колеса относительна оси вращения по фаскам крепежных отверстий. У второй груп­пы требуемая точность установки колеса достигается в резуль­тате уменьшения зазора между поверхностью центрального от­верстия и специальным посадочным пояском ступицы, т. е. ко­лесо центрируется по центральному отверстию диска. Центриро­вание колес по сферическим фаскам крепежных отверстий ис­пользуют на грузовых автомобилях ЗИЛ, ГАЗ, КрАЗ. Основные требования к конструкции деталей крепления колес определены в ГОСТ 10409—74.

Одинарное колесо (рис. 28, а) крепят к опорному фланцу ступицы гайкой, которую навертывают на шпильку. Между кре­пежными отверстиями диска и шпильками, а также между цент­ральным отверстием и ступицей имеется достаточный зазор для центрирования колеса в радиальном направлении.

Рис.  28.  Схемы  крепления  колес  грузовых  автомобилей:

А — одинарных;  б — сдвоенных

Сдвоенные колеса крепят с помощью более сложной системы  резьбовых деталей. На шпильки 1 (рис. 28, б) ступицы вначале устанавли­вают внутреннее колесо и прикрепляют его к опорному фланцу ступицы колпачковыми гайками (футорками) 2, имеющими внутреннюю и наружную резьбы. Затем устанавливают наруж­ное колесо и прижимают его гайками к опорной поверхности диска внутреннего колеса. Обычно колесо грузового автомоби­ля крепят с помощью шести, восьми или десяти шпилек.

Многолетняя практика эксплуатации автомобилей показала, что такое крепление при правильном обслуживании надежно и точно центрирует как одинарные, так и сдвоенные колеса. Од­нако выявлены и существенные недостатки. Кроме увеличения на 2,5—7 кг массы резьбовых деталей возрастает концентрация напряжений на поверхности сферических фасок [3]. Согласно ис­следованиям напряжения на кромках отверстий только от за­тяжки гаек могут достигать 250—300 МПа. В процессе качения колеса статические напряжения дополняются динамическими, что приводит к преждевременному усталостному растрескива­нию дисков. Особенно ускоряется этот процесс при эксплуата­ции колеса с моментом затяжки гаек, меньшим рекомендуемого.

В целях повышения долговечности колеса требуется перио­дически контролировать момент затяжки резьбовых соединений. У одинарных колес эту проверку легко выполнить, а у внутрен­них сдвоенных колес эта проверка резко усложняется. Чтобы проверить момент затяжки колпачковых гаек, необходимо пред­варительно отвернуть гайки наружного колеса. Это увеличи­вает трудоемкость обслуживания колесных узлов. В случае не­правильного завинчивания гаек внутреннее колесо может ока­заться незакрепленным, а наружное колесо будет зажато между центрирующими фасками колпачковой и наружной гаек (рис.29).

На рис. 30 показаны конструктивные схемы крепления оди­нарных и сдвоенных колес грузовых автомобилей, которые при­меняют в зарубежном автомобилестроении. Одинарные и сдвоен­ные колеса крепят одной гайкой (рис. 30, а), причем одинарное колесо центрируют по фаскам крепежных отверстий. У сдвоенных колес внутреннее колесо центрируют только по сфериче­ской поверхности шпилек, а наружное дополнительно центри­руют по фаскам крепежных отверстий. Основным недостатком этой схемы является различная точность установки сдвоенных колес. Если оба сдвоенных колеса центрировать на ступице по фаскам крепежных отверстий (рис. 30,6), то этот недостаток устраняется. Однако, как показывают результаты эксперимен­тов, срок службы диска в значительной мере зависит от пло­щади контакта его с фланцем ступицы. При таком креплении внутреннее колесо не соприкасается со ступицей. Поэтому бо­лее рациональной является система крепления (рис. 30,в), ко­торая обеспечивает плотное прилегание диска внутреннего сдво­енного колеса к фланцу ступицы.

Наиболее перспективными являются схемы крепления, изоб­раженные на рис. 30, г, д. Принципиальное отличие их от ранее описанных заключается в способе центрирования колес и в кон­струкции резьбовых деталей. Колесо опирается поверхностью центрального отверстия па специальный поясок ступицы с зазо­ром 0,35—0,7 мм. В узел крепления колес включаются шпиль­ки и унифицированные для одинарных и сдвоенных колес гайки с плоской поверхностью давления. Применение центриро­вания колеса по посадочному пояску ступицы позволяет упрос­тить форму крепежных отверстий и соответственно технологию изготовления их, так как не требуется дорогостоящая механиче­ская обработка фасок.

Кроме того, допуски на размеры отвер­стий можно расширить, а точность их расположения повысить. Увеличение площади опорной поверхности гаек приводит к уменьшению давления на диск, в результате чего удлиняется его срок службы. Эта схема пригодна для крепления колес из легких сплавов. Недостатком такого способа центрирования ко­леса является затрудненные установка и особенно снятие коле­са со ступицы. В связи со значительной массой колеса, собран­ного с шиной, и малым зазором между диском и ступицей при осевых перемещениях колеса может произойти «закусывание» контактирующих поверхностей.

Каждой системе крепления колес соответствуют свои моменты затяжки гаек. Оптимальный момент затяжки с точки зрения надежности крепления и обеспечения максимальной долговеч­ности диска должен определяться по величине растягивающих усилий, действующих на шпильки. Эти усилия зависят не только от момента затяжки, но и от геометрических параметров резьбы, состояния трущихся поверхностей и т. д.

Крепление бездисковых колес. В отличие от дисковых колес бездисковые крепятся на ступицах по двум принципиально раз­личным схемам. По первой схеме крепят колеса с продольно-разборным ободом (рис. 31,а, б), имеющим конические поверх­ности с углом наклона 28°. Основные присоединительные раз­меры колес и ступицы регламентированы ГОСТ 10409—74. Од­нако конструкции ступиц и деталей крепления разрабатывают индивидуально для каждого автомобиля с учетом конкретных технических требований. Одинарное колесо обычно устанавли­вают на ступицу так, что его замочная часть располагается сна­ружи автомобиля. Но на некоторых зарубежных автомобилях (HD-1200 фирмы «Комацу», Япония) крупногабаритные коле­са устанавливают, напротив, замочной частью внутрь. Это повы­шает безопасность эксплуатации колес, так как склонное к са­моразбортовке замочное устройство направлено внутрь авто­мобиля.

Вторую схему используют для крепления бездисковых колес С Поперечно-разборным ободом (рис. 31, в), имеющим ломаную поверхность контакта с углами наклона, равными 18 и 75°.

Крепление на ступицах 4 одинарных и сдвоенных колес / при обоих способах одинаково. Усилия на прижимах 2 создают затяжкой гаек 3 на закладных болтах (автомобили МАЗ, авто­бусы ЛиАЗ) или шпильках (автомобили КамАЗ, БелАЗ). Без­дисковые колеса с цельным ободом крепят с помощью кольца 6 (рис. 31,г), которое приваривают к ободу.

Рис.  32.  Компоновка  узла  колесо — ступица  автомобиля: а—«Урал-375Д»;  б —ЗИЛ-131

В связи с тем, что при втором способе колесо более точно устанавливается на сту­пице, этот способ является перспективным.