Что такое шаровая опора
При движении передние, ведущие, колеса автомобиля выполняют две функции: обеспечивают движение машины по дороге и позволяют маневрировать, то есть поворачивать вправо или влево. К положению колес относительно дорожного полотна для обеспечения движения и маневрирования предъявляется несколько требований: колеса должны стоять ровно, катиться вперед или назад, легко управляться рулем и надежно крепиться. Соответствие этим условиям обеспечивает подвеска, и шаровая опора в ней занимает немаловажное место — соединяет рычаги подвески со ступицей управляемого колеса.
История создания шаровой опоры
Шаровые опоры были изобретены и использованы в качестве альтернативы шкворневому механизму. Первоначально шаровые опоры использовались только в конструкции передней подвески и обеспечивали возможность поворота колес автомобиля вокруг вертикальной оси. Стандартная конструкция шаровой опоры, остающаяся практически неизменной и в наши дни, была разработана итальянскими инженерами для Fiat более 40 лет назад.
Устройство шаровой опоры
Технический прогресс привел к появлению изменений в первоначальном устройстве шаровых опор, хотя они не носили принципиального характера. На смену штампованным половинкам корпуса, соединенным точечной сваркой, пришли опоры литые и разборные — с резьбовой крышкой, необслуживаемые и обслуживаемые — с пресс-масленками. Эти усовершенствования были оправданы и полезны. Сегодня конструкция самой распространенной необслуживаемой шаровой опоры состоит из: корпуса со сферической выемкой и пальца с шаром на одном конце и резьбой на другом. Пыльник, надетый на палец, предотвращает попадание влаги и грязи в заполненный специальной густой смазкой корпус.
Главная функция шаровой опоры: обеспечить во время вертикального перемещения колеса его фиксированное положение в горизонтальной плоскости. Шаровой палец может вращаться в корпусе, раскачиваясь при этом на небольшие углы. То есть, в плоскости своего крепления шаровая опора обеспечивает одновременные вращательные и линейные (ограниченные) перемещения пальца.
Все детали шаровой опоры изготавливаются, как правило, из стали. Для снижения трения соприкасающихся рабочих поверхностей, сферическое углубление корпуса покрывают пластмассой или другим полимерным материалом. Однако, существуют шаровые опоры, в конструкцию которых не входит полимерное покрытие между корпусом и пальцем. Это касается, прежде всего, устаревших отечественных автомобилей. Это модели комплектовались разборными шаровыми опорами, в которых люфты устранялись подтяжкой крышки.
Существует два способа крепления шаровой опоры. В первом случае, она крепится болтами к рычагу. Во втором – запрессовывается в него. При выходе закрепленной болтами шаровой опоры из строя, ее можно заменить отдельным узлом. Для этого достаточно просто купить и установить его, привернув болтами к рычагу. Во втором случае – придется менять рычаг подвески с уже предустановленной, запрессованной шаровой опорой. Стоимость такого ремонта значительно выше, поскольку включает и стоимость рычага.
Запрессованные шаровые опоры, как правило, устанавливаются на автомобилях японского производства. Азиатские производители автозапчастей предлагают потребителю шаровые опоры на такие автомобили в виде отдельных узлов. Это гораздо дешевле, но следует отдавать себе отчет в том, что их качество значительно уступает оригиналу, и рычаг придется переделывать «кустарным способом», превращая его в деталь, не подлежащую гарантийному ремонту.
Вопросы эксплуатации шаровой опоры
Шаровая опора, в силу своего назначения, эксплуатируется в жестком режиме. Основная масса автомобиля опирается на очень небольшую площадь поверхности шара. А если учитывать вес пассажиров и груза в салоне автомобиля, высокую скорость и некачественные дороги, то становится понятно, что нагрузки на шаровую опору многократно возрастают. Это неизбежно приводит к износу и выходу из строя этого узла.
По некоторым данным, объем российского рынка шаровых опор ежегодно составляет более 20,000,000 штук. Около 70% этого количества — это шаровые опоры для отечественных автомобилей и более 20% — для иномарок.
При покупке такой нагруженной детали рекомендуется отдавать предпочтение оригинальным производителям. На рынке представлено большое количество торговых марок, выпускающих аналоги оригинальных деталей, в том числе, и шаровые опоры, но выбирать следует только хорошо себя зарекомендовавшие. Производственные мощности и опыт дают возможность российским заводам обеспечивать необходимый уровень качества. Результат – более надежные и крепкие шаровые опоры, которые не уступают зарубежным аналогам и соответствуют всем требованиям безопасности.
Количество шаровых опор в подвеске
Самой распространенной является передняя подвеска с двумя шаровыми опорами, по одной на каждое колесо. Некоторые автомобили — в частности внедорожники — имеют на передней подвеске 4 шаровых опоры, по две (верхняя и нижняя) на каждое колесо. Гораздо реже передние колеса имеют по три шаровых опоры. Современные автомобили с независимой многорычажной задней подвеской нередко оснащаются шаровыми опорами и на задних колесах.
Большее количество шаровых опор обеспечивает их долгую службу и уменьшает вероятность поломки. Но это же обстоятельство усложняет диагностику подвески автомобиля и значительно увеличивает суммарную стоимость ремонта и запчастей.
Диагностика и замена шаровых опор
Если при повороте руля автомобиля требуется прилагать дополнительное усилие или появляется скрип – возможно, возникли проблемы с шаровой опорой. Об этом же говорит и появление стука при движении автомобиля с небольшой скоростью по неровной поверхности, например, при проезде «лежачего полицейского».
Еще одним признаком выхода из строя шаровых опор является неустойчивость и виляние передних колес при движении по прямой. Другой характерный признак проблем с шаровой опорой – неравномерный (боковая поверхность больше) износ шин автомобиля.
Конечно, быструю и качественную замену шаровой опоры могут произвести только профессионалы, хотя многие автовладельцы и предпочитают делать это самостоятельно.
Сегодня производство шаровых опор — это высокотехнологичный процесс, позволяющий добиться высокой степени надежности. Тем не менее, их замена – самый распространенный вид ремонта автомобиля. Ситуация не будет меняться до тех пор, пока качественно не изменятся российские дороги.
Полезно? Лайкаем и делимся со своими подписчиками!
Как работают в подвеске шаровые опоры? Зачем их интегрируют в рычаги подвески, отчего они изнашиваются и насколько трудно их менять на современном автомобиле? Разбираемся в этом вопросе во всех деталя
Зачем нужна шаровая опора
Шаровая опора – это, конструктивно, не что иное, как шарнир, которым ступица колеса крепится к рычагу подвески. Главная ее задача – давать колесам свободу перемещения в горизонтальной плоскости и исключать – в вертикальной. Вообще, шаровые шарниры используются далеко не только в опорах ступиц – их можно встретить и в развальных рычагах, и в рулевой трапеции, и даже в креплении газовых упоров капота.
Но до определенного времени вместо подвижных шаровых шарниров на поворотных колесах использовали шкворневый шарнир – тяжелый, требующий периодической смазки, а главное – обеспечивающий колесу только свободу поворота по одной оси, что негативно сказывалось на управляемости.
Изначально опора представляла из себя корпус, в который установили шаровый палец и поджали через металлическую пластину пружиной, а сверху накрыли пыльником. Дабы палец не износился через два дня, заложили смазочный материал и дали указание всем, кто занимается обслуживанием, регулярно проверять и заменять смазочный материал в корпусе, запрессовывая его через масленку.
Затем наступила эра пластика, и из конструкции ушла пружина. Шаровая часть пальца была помещена в полусферу, образованную вкладышами из вышеупомянутого материала. С тех пор, по сути, конструкция не изменилась, единственно, пластик был заменен на более износостойкий нейлон.
Шаровые опоры разделились на обслуживаемые и необслуживаемые, то есть с масленками и возможностью разборки и без, соответственно. Но чем ближе к настоящему десятилетию, тем меньше использовались разборные опоры. Отголоском эпохи остаются шаровые опоры с масленками, для закладки смазочного материала, но почти на всех машинах давно ставят необслуживаемые опоры.
Сколько в подвеске шаровых опор?
Все сводится к типу подвески. В самых простых МакФерсонах шаровых две – они находятся снизу. Чем больше рычагов, тем больше шаровых. На двухрычажках шаровые есть верхние и нижние, а на самых сложных подвесках, в основном это касается Volkswagen и Audi, шаровых может быть и по пять штук на одну сторону.
Сейчас вся классификация сводится не к типу конструкции самой шаровой, а к способу ее установки – от этого очень сильно зависят затраты на замену. Самая простая и миролюбиво настроенная к хозяину автомобиля конструкция – с креплением корпуса опоры к рычагу подвески с помощью болтов, гаек или заклепок. В таком случае отсоединить изношенную шаровую от рычага не составит труда. Казалось бы, конструкция доведена до совершенства, но с конца 1990-х годов инженеры постепенно стали отказываться от нее в пользу опоры, интегрированной в рычаг подвески.
Есть компромиссная конструкция, в которой нет элементов крепления к рычагу, но есть элемент фиксации – стопорное кольцо. В таком случае опора просто запрессована в рычаг (например – Zafira C и Jeep Patriot). Чтобы ее заменить, придется использовать пресс или иной силовой способ (подробнее об этом – ниже).
Крепеж к поворотному кулаку
Основные типы крепления к рычагу рассмотрели, теперь обратим взоры к фиксации шаровой опоры к поворотному кулаку, при условии, что опора на рычаге. Здесь только два варианта: палец опоры может подсоединяться и крепиться гайкой, которая или шплинтуется, или применяется самоконтрящаяся гайка с внутренним стопорным кольцом. Альтернативный вариант крепежа – стяжным болтом, как, например, у Hyundai Santa Fe с 2006 года. Последний вариант более хлопотный, так как болт, на практике, склонен к закисанию.
Взять хотя бы Audi A6 С7: тут замечательная конструкция передней многорычажной подвески, в которой шаровые опоры верхних рычагов подсоединены к поворотному кулаку и зафиксированы одним длинным стяжным болтом, который очень часто прикипает настолько, что извлечь его невозможно. Ни нагрев кулака (он из алюминиевого сплава), ни охлаждение болта, ни даже прикладывание пяти, а то и десяти тонн на гидравлическом прессе не сдвигают с места этот злополучный болт и на миллиметр. И, как часто бывает в таком случае, хозяин узнает, что его кошелек опустел еще на 400–500 долларов – такова средняя цена на новый поворотный кулак для A6 C7.
В стремлении оптимизировать конструкцию подвески (не всегда в угоду ремонтопригодности) шаровую опору перенесли с рычага на поворотный кулак. В него опора может запрессовываться (SsangYong Rexton, Mercedes-Benz CLS W219), крепиться болтами (ВАЗ 2110) или фиксироваться стяжным болтом в кронштейне кулака (Subaru Forester SG). У каждого способа свои преимущества и недостатки.
В первом варианте для замены шаровой придется снять весь поворотный кулак, а это само собой разумеющийся демонтаж суппорта и диска с отсоединением от верхнего (или верхних, если их два) и нижнего рычагов. Второй и третий вариант намного проще, потому как для замены достаточно будет отсоединить нижний рычаг от шаровой опоры.
Они у шаровой опоры есть всегда, вне зависимости от того, снимаемая или интегрированная в рычаг опора. И они заменяемы! Небольшая поблажка от конструкторов и маркетологов. Но после радостной вести вынужден огорчить: как часто вы заглядываете под автомобиль и смотрите на пыльники? Самые ответственные – раз в 10-15 тысяч километров при периодическом ТО, а в большинстве своем автовладельцы видели свою машину снизу пару раз (когда мастер показывал износ подвески) или не видели вовсе.
Как бы то ни было, но вовремя выявить потрескавшийся, но не поврежденный пыльник вероятность мала, значит вы обратите на него внимание, только если ему придет конец, а это автоматически замена шаровой опоры. Круг замкнулся. Ниже приведено описание того, как может разрушиться пыльник и как заменить шаровую опору почти в полевых условиях на примере Jeep Patriot. Отчего решили заменить? На себя обратил внимание жуткий скрип со стороны подвески при повороте рулевого колеса.
Причины и следствия выхода из строя шаровых опор
Как говорилось выше, опору придумали, как замену шкворню, но избавившись от него, не избавились от сил, действующих на шарнир. Если задать почти философский вопрос: «Так почему же изнашиваются шаровые?», то ответ будет состоять из трех основных пунктов (есть и четвертый – время – но он не интересен, так как понятен). Первый: повышенные ударные нагрузки на подвеску при проезде, например, по трамвайным путям на неприличной скорости или обычная эксплуатация автомобиля в необычных дорожных условиях, которыми нас не удивишь. Второй: отсутствие смазочного материала там, где он должен быть (помните о масленках?). И, наконец, третий: разрушение пыльника опоры.
Что касается конструктивных особенностей подвесок и влияния этого на износ, то можно сказать следующее: любая шаровая опора, как бы она ни была установлена – на рычаге или на поворотном кулаке – будет изнашиваться благодаря ударам и трению. И если вам хочется сберечь средства и нервы, то нужно чаще заглядывать за колесо, а также не кричать про себя «Банзай» при виде приближающихся недоразумений в виде выбоин.
Пример замены шаровой опоры
Специнструмента не было, но было огромное желание побыстрее решить проблему, чтобы выдвинуться в путь и приехать в срок. Потому машину на подъемник, ключи в руки, рукава до локтей. Первым делом шаровые опоры. В данном случае «умерли» обе, но даже если бы почила только одна, заменять пришлось бы все равно с обеих сторон. Это писанное правило для всех без исключения автомобилей, которое относится к ремонту элементов ходовой части и тормозной системы. Поломалось справа, значит, и левая часть под раздачу (конечно же, с определением причины асимметрии в поломке).
Приступаем. Выкручиваем болты крепления нижнего рычага передней подвески к подрамнику. Дается нелегко – болты немного прикипели. Однако выкручиваем их не полностью, так как рычаг подсоединен еще и к поворотному кулаку.
Поэтому следующим шагом мы выкрутили болт крепления шаровой опоры рычага. К слову, это не самый удачный вариант подсоединения из тех способов, что существуют. Я уже писал выше, что для выпрессовки опоры в этом случае нужно специальным клином разжимать концы кронштейна кулака. В нашем случае никакого спецприспособления не было, его роль с достоинством выполнили зубило и молоток.
Когда рычаг отсоединен, выкручиваем окончательно болты крепления к подрамнику, и вуаля – рычаг в изрядно замасленных руках профессионала. Для взора открылась ужасная картина – палец в опоре просто болтался и был поржавевший настолько, насколько вообще позволял материал, из которого он был сделан. Пыльника не было. У хозяина машины появилось несколько седых волос, так как он осознал, что в любой момент рычаг могло просто вырвать, и тогда…
Отправив хозяина пить настойку валерианы, продолжили борьбу. Механик после осмотра рычага отметил, что сайлентблокам тоже осталось недолго. Хотя по заверению вернувшегося уже спокойным хозяина, эти детали заменялись относительно недавно и вообще «быть такого не может!»
Причину разъяснил профи: чтобы скоротать время на ремонт, отдельные представители рабочего класса затягивают болты крепления рычага к подрамнику на ненагруженной подвеске. Автомобиль висит на подъемнике, а механик с динамометрическим ключом тянет болты крепления с моментом затяжки, указанном, например, в руководстве по ремонту. Все вроде бы правильно, но не совсем. Редко кто читает инструкцию, в которой черным по белому: «Окончательная затяжка элементов крепления рычага к подрамнику выполняется на нагруженной массой автомобиля подвеске». Значит, момент, который указан заводом-изготовителем, необходимо приложить после установки автомобиля на поверхность – таким образом сайлентблоки «усядутся», уберутся необходимые для нормальной работы зазоры. В противном случае получится так, как получилось на нашей машине. И хоть немедленной замены сайлентблоки не требовали, но в семейном бюджете владельца в ближайшем будущем должна была образоваться прореха.
Вернемся к нашим «баранам». Шаровая опора фиксируется в рычаге посредством трения и одного стопорного кольца. Следовательно, снимаем стопорное кольцо, если бы был пыльник, то и его, и безжалостно выбиваем опору из рычага. По идее, для этой операции нужен пресс, но дело сделано, и вопросов не возникло.
В комплект новой шаровой опоры входит: собственно, сама опора, пыльник и стопорное кольцо, а также специальный смазочный материал. Устанавливаем опору в рычаг, подбираем по размеру оправку и вбиваем ее в рычаг до появления выборки под стопорное кольцо над верхней поверхностью рычага. И для этой операции очень был нужен пресс (по крайней мере, так писали в руководстве по ремонту), однако пресса нет, а необходимость в срочном ремонте – есть.
Изрядно намучившись, устанавливаем стопорное кольцо. Наносим смазочный материал из комплекта на палец шаровой опоры и закладываем смазку в пыльник. Как оказалось, никакого стопорного кольца для пыльника нет (в данном варианте), он просто надевается на корпус опоры, и все. Впоследствии выяснилось, что пыльник выполнен как уплотнительная манжета – с упругим пояском, может, даже с пружиной внутри. Сел на опору довольно плотно.
Монтируем рычаг на место. Подсоединяем рычаг к подрамнику, вкручиваем, но не затягиваем окончательно болты его крепления. По совету бывалого, на резьбовую часть болтов желательно нанести немного нигрола, чтобы впоследствии облегчить их выкручивание. В новой шаровой опоре палец не болтается, потому для того, чтобы направить его в кронштейн крепления на поворотном кулаке, придется немного попотеть. Наш механик, чтобы увеличить плечо воздействия, установил на палец опоры накидной ключ и подвинул его в нужное положение. Шаровую опору подсоединили, установили и затянули стяжной болт. Опустили автомобиль на поверхность и затянули болты крепления рычага к подрамнику окончательно. Вернулись на десяток – другой строк выше и повторили все действия для второго рычага.
Всем спасибо за внимание. Если кому была полезна данная информация ставим палец вверх, а лучше подпись на мазду 🙂
Удачи Вам на дорогах и мирного неба над головой!
Шаровые опоры: назначение, конструкция и особенности установки
Среди пользователей Drive2 вряд ли найдутся те, кто не знает, что шаровая опора — это ответственный и высоконагруженный элемент подвески, которым колесо (через поворотный кулак) соединяется с несущим элементом подвески — подрамником (соединяется, разумеется, через рычаг) или кузовом автомобиля. Или те, кто не знают, что состоит шаровая опора из корпуса, пластикового вкладыша, шарового пальца и пыльника. Всё это хорошо известно увлеченным автолюбителям, и заострять на этом внимание нет никакого смысла. А вот на что стоит обратить внимание, так это на некоторые особенности проектирования шаровых опор и распространенные ошибки при их установке.
По внешнему виду шаровые опоры разных производителей для одного и того же автомобиля может быть сложно различить между собой. Отличия кроются в используемых материалах и технологиях производства. Если говорить о материалах, то только поставщики на конвейеры автопроизводителей, такие как, например, CTR, используют для шарового пальца высоколегированные стали и холодную ковку, остальные экономят, что, разумеется, сказывается на долговечности всей детали. Кроме того, при разработке новой шаровой опоры инженеры центра Исследований и Разработок CTR проектируют каждую опору заново, под особенности конкретного автомобиля, а не копируют конструкцию других производителей. Методами математического моделирования создается прототип, в котором учтены все нагрузки и все особенности конструкции, материалы шарового соединения подобраны с учетом трибологических свойств трущихся элементов.
Самая ответственная и самая сложная часть шаровой опоры — шаровое соединение. Его долговечность зависит от множества параметров: точности обработки шарового шарнира, прочности пластикового вкладыша, коэффициента трения в соединении и даже количества смазки в нём. Объем и тип смазки рассчитываются при проектировании детали, так как зазор между шаром и вкладышем не превышает 0,2 мм (требуется уточнение), а возникающее давление в соединении очень высокое. Важно также понимать, что количество смазки, идущей в комплекте с шаровой опорой, необходимо и достаточно. Кстати, в 2019 году по просьбам клиентов её количество было увеличено, дополнительное количество смазки добавлять при установке не требуется и бессмысленно, так как проникнуть в зазор между вкладышем и шаром она не сможет физически.
Подтверждением долговечности деталей служат испытания на стендах. Шаровые опоры из каждой партии подвергаются испытаниям. Шаровая опора должна выдерживать 1 000 000 циклов, цикл состоит из перемещения пальца из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее, с одновременным поворотом. Кроме того, шаровые опоры подвергаются испытаниям на вырывание или выдавливание из корпуса. Как показывают испытания, шаровые опоры CTR выдерживают повышенные тестовые нагрузки по сравнению с оригинальными опорами.
Особенности установки
Никаких проблем, как правило, не возникает с установкой шаровых опор лопастного типа, откручиваются гайки, и шаровая опора снимается. А вот с прессуемыми в рычаг шаровыми опорами ситуация обратная. Преждевременный выход из строй из-за ошибок установки очень распространён, и основных причин тому всего две. Первая связана с неправильным выбором инструмента для запрессовки. Не будем говорить, что головки ключа не предназначены для запрессовки шаровых опор, и без наших слов очевидно, что шестигранная головка отличается по форме от цилиндрической оправки, и поэтому при её использовании может деформироваться корпус детали. Необходимо использование специальных оправок, наборы которых, наряду с динамометрическими ключами доступны любому автосервису. Важно подобрать точно подходящую по диаметру оправку, так как при выборе меньшего диаметра можно повредить корпус опоры, а при использовании оправки большего диаметра она будет просто проскакивать. Ещё один важный момент, который частенько упускают из виду сервисмены, это глубина оправки, которую подставляют между столом пресса и рычагом.
Если глубина оправки будет меньше необходимой, то в процессе запрессовки шаровой опоры в посадочное место палец упрется в стол пресса. Возникающая при этом нагрузка может привезти к повреждению пластикового вкладыша и запорной пластины и, как следствие, образованию люфта или к выдавливанию шарового пальца из опоры. При такой ошибке установки повреждения на опоре становятся очень заметны, даже если палец не выдавил запорную пластину корпуса шаровой опоры. На торце пальца сразу становятся заметны повреждения из-за возникшей на нем нагрузки, а крышка корпуса опоры деформируется. И, разумеется, такая ошибка становится причиной отказа в гарантии. Избежать подобной проблемы очень просто, достаточно внимательно подбирать глубину оправки.
Другая важная причина, по которой шаровая опора может выйти из строя, это неоднократная запрессовка опоры в рычаг. Кто бы, чтобы ни говорил про беспроблемную многократную запрессовку, это не является истиной. Важное требование автопроизводителя, подтвержденное многолетним опытом компаний. Запрессовать шаровую опору в рычаг можно только один раз, поле ОЕ детали. Дело в том, что при демонтаже старой шаровой опоры посадочное место рычага увеличивается в размерах. Натяг, который возникает после установки новой шаровой опоры становится меньше, но остается достаточным, для корректной работы узла. Последующая запрессовка опоры уже не позволит обеспечить необходимый натяг для надежного удержания шаровой опоры в рычаге. Даже если люфт не чувствуется при перемещении опоры в рычаге руками, он есть. А нагрузки, которые возникают в месте их соединения многократно превышают те, которые человек может приложить руками.
Если же люфт становится заметен и вам предлагают прихватить опору сваркой, помните, температура плавления пластикового вкладыша шарового соединения около 300 градусов Цельсия, что в несколько раз меньше температуры плавления стали. Это значит, что при обваривании опоры в рычаге, пластиковый вкладыш, с большой долей вероятности, оплавится и в соединении образуется люфт, который приведет к выходу из строя шаровой опоры. И придется менять уже рычаг в сборе. Так зачем переплачивать, если можно сделать надежно и с первого раза? Доверяйте свои автомобили профессионалам, даже если Кулибины вам нравятся больше!