ЗАМОК ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ КОЛЕС

Полезная модель относится к автомобилестроению, в частности к средствам крепления автомобильных колес. Замки для автомобильных колес используются в качестве защитного элемента для предотвращения несанкционированного демонтажа колес с транспортного средства.
Из уровня техники известны замки для автомобильных колес, каждый из которых содержит болт с цилиндрической головкой или гайку с цилиндрической головкой, при этом на поверхности цилиндрической головки болта или гайки по периметру выполнены расположенные параллельно оси болта или гайки радиально ориентированные выемки (FR2876059, CN2290490Y; CN2294857Y, CN2434157Y, CN2571612Y).
Наиболее близким по технической сущности является замок для автомобильных колес, содержащий предназначенный для закрепления автомобильного колеса элемент крепления с резьбовой запорной частью и секретной частью, и сопрягаемый с секретной частью ключ, имеющий грани под гаечный ключ (патент РФ № 87661). Секретная часть элемента крепления замка выполнена в виде цилиндрической головки со шлицевидными выемками, ориентированными вдоль оси, и цилиндрической втулки, охватывающей боковую поверхность цилиндрической головки, и закрепленной с возможностью вращения.
Недостатком известного технического решения является невысокая эксплуатационная надежность секретной части, связанная с недостаточной несущей способностью и прочностью поверхности шлицевидных выемок.
Техническая проблема, решаемая заявленной полезной моделью, заключается в повышении эксплуатационной надежности замка для автомобильных колес.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в обеспечении повышенной несущей способности секретной части элемента крепления замка, достаточной для осуществления необходимого количества монтажных операций, а в некоторых применениях и достаточного числа демонтажных операций автомобильного колеса, закрепленного с использованием заявленного замка.
Достижение заявленного технического результата обеспечивается тем, что в замке для автомобильных колес, содержащем предназначенный для закрепления автомобильного колеса элемент крепления с резьбовой запорной частью и секретной частью, и сопрягаемый с секретной частью ключ, имеющий грани под гаечный ключ, где секретная часть выполнена в виде цилиндрической головки со шлицевидными выемками, ориентированными вдоль оси, и цилиндрической втулки, охватывающей боковую поверхность цилиндрической головки и закрепленной с возможностью вращения, согласно полезной модели, материал цилиндрической головки в области боковой поверхности имеет твердость от 25 до 45 единиц HRC, а площадь поверхности шлицевидных выемок, которая воспринимает усилие затяжки, составляет
1
HRC
Sз=k⋅P,
1
где k - коэффициент, учитывающий форму поверхности шлицевидных выемок, воспринимающей усилие затяжки, выбираемый из диапазона от 0,7 до 2,5;
HRC
P - твердость материала цилиндрической головки в области боковой поверхности, в единицах HRC.
Приведенная совокупность признаков обеспечивает повышение несущей способности секретной части элемента крепления замка, т.к. развитая поверхность, воспринимающая усилие затяжки позволяет уменьшить удельную нагрузку и снизить уровень контактных напряжений. Выбор необходимого значения твердости поверхности позволяет уменьшить вероятность смятия кромок шлицевидных выемок при выполнении монтажных операций.
Уменьшить вероятность смятия кромок шлицевидных выемок возможно за счет повышения твердости поверхности, т.к. известно, что чем выше твердость материала, тем выше способность к сопротивлению деформирующим усилиям (упругой или пластической деформации).
Вместе с тем, повышенная твердость материала ведет к увеличению его хрупкости, что в свою очередь снижает эксплуатационную надежность.
Автором установлено, что для повышения эксплуатационной надежности и достижения требуемого количества монтажных операций по установке автомобильного колеса, необходимо оптимальное сочетание твердости поверхности и величины площади поверхности, воспринимающей усилие затяжки.
Кроме того, предпочтительно, чтобы площадь поверхности шлицевидных выемок, воспринимающей усилие откручивания, составляла
2
HRC
Sо=k⋅P,
2
где k - коэффициент, учитывающий форму поверхности шлицевидных выемок, воспринимающей усилие откручивания, выбираемый из диапазона от 0,5 до 2,0.
Далее сущность полезной модели подробно поясняется со ссылкой на чертежи, где
на фиг. 1 приведен замок в сборе, как для варианта использования болта в качестве элемента крепления, так и гайки;
на фиг. 2 приведен вид сверху на секретную часть элемента крепления;
1
на фиг. 3 приведена область оптимальных значений коэффициента k, учитывающего форму поверхности шлицевидных выемок, воспринимающей усилие затяжки.
Замок для автомобильного колеса содержит элемент 1 крепления с резьбовой запорной частью 2 для прикрепления диска автомобильного колеса к ступице (на фиг. 1 не показано). Элемент 1 крепления имеет также секретную часть 3, предназначенную для сопряжения с ключом 4. При этом сопрягаемый с секретной частью 3 ключ 4 представляет собой съемную накидную головку с выступами 5, выполненными на внутренней цилиндрической поверхности ключа 4. Наружная поверхность ключа 4 выполнена в виде шестигранной головки с размерами под соответствующий гаечный ключ.
Секретная часть 3 элемента 1 крепления выполнена в виде цилиндрической головки со шлицевидными выемками 6. Выемки 6 ориентированы вдоль оси элемента 1 крепления и выполнены так чтобы сопрягаться с выступами 5 на внутренней поверхности ключа 4. Дополнительно секретная часть 3 снабжена цилиндрической втулкой 7.
Втулка 7 установлена так, что охватывает боковую поверхность секретной части 3. Втулка 7 прикреплена к секретной части 3 с возможностью вращения вокруг оси. При этом цилиндрическая втулка 7 установлена таким образом, что образует зазор между своей внутренней поверхностью и боковой поверхностью цилиндрической головки секретной части 3, обеспечивающей сопряжение с ключом 4.
Шлицевидные выемки 6 имеют боковые поверхности 8 и 9. Боковая поверхность 8 выемки 6 воспринимает усилие затяжки при закручивании запорной части 2 в направлении, показанном стрелкой на фиг. 2. Боковая поверхность 9 выемки 6 воспринимает усилие откручивания.
Материал цилиндрической головки в области боковой поверхности имеет определенную твердость, а площадь шлицевидных выемок выбирается достаточной для предотвращения смятия поверхностей шлицевидных выемок 6 ключом 4 при установке и снятии автомобильного колеса, например для выполнения шиномонтажных работ. Твердость материала выбирают из диапазона от 25 до 45 единиц HRC (твердость по Роквеллу по шкале С) в зависимости от используемой для изготовления элемента 1 крепления марки стали.
Площадь боковой поверхности секретной части 3 элемента 1 крепления, образованной шлицевидными выемками 6, воспринимающая усилие затяжки представляет собой суммарную площадь боковых поверхностей 8 всех выемок 6. Указанная площадь поверхности, которая воспринимает усилие затяжки, передаваемое от гаечного ключа посредством ключа 4, определяется по формуле
1
HRC
Sз=k⋅P,
1
где k – коэффициент, учитывающий форму поверхности шлицевидных выемок, воспринимающей усилие затяжки, выбираемый из диапазона от 0,7 до 2,5;
HRC
P - твердость материала цилиндрической головки в области боковой поверхности, в единицах HRC.
1
1
Коэффициент kопределен автором исходя из условий достижения достаточного уровня эксплуатационной надежности. Указанная достаточность зависит от необходимого количества монтажных операций, в которых используется элемент 1 крепления. Область оптимальных значений коэффициента k показана на фиг. 3.
Прямая линия, ограничивающая область оптимальных значений коэффициента снизу, описывается формулой
1
HRC
k=2,0–0,025 P.
Прямая линия, ограничивающая область оптимальных значений коэффициента сверху, описывается формулой
1
HRC
k=5,0–0,060 P .
2
2
Для элемента 1 крепления, крепежная часть 2 которого выполнена с наиболее часто встречающимся размером резьбы М12, площадь боковой поверхности секретной части элемента крепления, воспринимающая усилие затяжки составляет около 45 мм. Предпочтительные значения указанной площади находятся в пределах от 30 до 70 мм. Разброс значений площади определяется  применяемыми марками стали, которые используются при изготовлении замков.
В некоторых применениях замков необходимо обеспечить гарантированное количество демонтажных операций автомобильного колеса, закрепленного с использованием заявленного замка.
В этом случае площадь поверхности 9 шлицевидных выемок 6, воспринимающей усилие откручивания, составляет:
2
HRC
Sо=k⋅P,
2
где k – коэффициент, учитывающий форму поверхности шлицевидных выемок, воспринимающей усилие откручивания, выбираемый из диапазона от 0,5 до 2,0.
Полезная модель используется следующим образом.
Элемент 1 крепления (болт или гайка) используется общепринятым образом для прикрепления диска автомобильного колеса к ступице Резьбовую запорную часть 2 элемента 1 крепления устанавливают в отверстие ступицы автомобильного колеса и частично вкручивают от руки. Далее ключ 4 вводят в зазор между внутренней поверхностью втулки 7 и боковой поверхностью цилиндрической головки секретной части 3, совмещая выемки 6 и выступы секретной части 3 с выступами 5 и выемками ключа 4. Далее используя гаечный ключ соответствующего размера, затягивают элемент 1 крепления через ключ 4 с необходимым моментом затяжки.
Откручивание элемента 1 крепления осуществляют в обратной последовательности.
Заявленный замок для автомобильных колес обладает повышенной несущей способности секретной части элемента крепления замка, т.к. развитая поверхность, воспринимающая усилие затяжки позволяет уменьшить удельную нагрузку и снизить уровень контактных напряжений. Выбор необходимого значения твердости поверхности позволяет уменьшить вероятность смятия кромок шлицевидных выемок при выполнении монтажных операций.
При этом повышение несущей способности и соответственного уменьшения вероятности смятия кромок шлицевидных выемок достигается как за счет выбора оптимальной твердости поверхности, так и посредством выбора достаточной площади поверхности, воспринимающей усилие затяжки.
Описанный выше подход обеспечивает повышение эксплуатационной надежности за счет повышения несущей способности секретной части элемента крепления без увеличения хрупкости материала. Таким образом, появляется возможность достижения требуемого количества монтажно-демонтажных операций по установке и снятию автомобильного колеса, получения оптимального сочетания твердости поверхности и величины площади поверхности, воспринимающей усилие затяжки.