Автомобильные подшипники: где они находятся и как распознать их неисправность?
Подшипники — это широко применяемые в автомобилях узлы, без которых отдельные компоненты и целые системы не могли бы функционировать. Конструкторы используют их, например, в коробке передач, ступицах колес, приводе осей, в двигателе. Где еще применяются подшипники и как распознать их неисправность, которая может привести к серьезным последствиям?
Существует несколько типов подшипников, в числе которых — подшипники качения (например, шариковые или роликовые подшипники). Они имеют один или два ряда тел качения. В свою очередь, подшипники качения подразделяются на радиальные и упорные. Не менее распространены конические подшипники, встречающиеся в нескольких вариантах. Реже используются игольчатые или радиальные роликовые подшипники. Применяемые в двигателе подшипники рассчитаны на весь срок службы автомобиля. Как правило, независимо от типа подшипников, признаки их неисправности проявляются уже на раннем этапе. Именно поэтому очень важно научиться ее быстро идентифицировать.
Одним из типовых мест установки подшипников являются неразборные ступичные узлы колес, состоящие из подшипника, ступицы и датчика ABS. Здесь используются шарикоподшипники, в которых производитель обеспечивает предварительный натяг. Еще одно место установки — это двигатель: на подшипники опирается его коленчатый вал. Подшипники скольжения также используются в газораспределительном механизме. Исключением могут быть, например, клапанные механизмы BMW, оснащенные роликовыми толкателями, в которых используются игольчатые, а иногда — шарикоподшипники. Эти подшипники не подлежат замене в качестве отдельных запчастей (ситуация аналогична ступичному узлу). Подшипники также устанавливаются в шатунах. Их тип зависит от типа двигателя: в традиционных четырехтактных двигателях обычно устанавливаются подшипники скольжения.
«Большое количество подшипников можно также найти в коробке передач и в приводе осей автомобиля. «Гудящий» подшипник в коробке передач — часто встречающееся явление в длительно эксплуатирующихся грузовых автомобилях. Этот шум возрастает с увеличением частоты вращения и может быть слышен не на каждой передаче, а только в определенном режиме. Распространен также выжимной подшипник сцепления, представляющий собой комбинацию радиального и упорного подшипников. В прошлом привод разъединения двигателя и коробки передач осуществлялся с помощью троса и так называемой «вилки выключения сцепления». На смену тросу пришла гидравлическая система с выжимным подшипником. В новейших автомобилях все чаще используется центральный выжимной подшипник, то есть гидравлический рабочий цилиндр, встроенный в упорный подшипник. Признаком его неисправности будет шумная работа, а в некоторых случаях — трудности с переключением передач.
Неправильная диагностика усугубит эту проблему и может привести к преждевременному износу других компонентов», — объясняет Томаш Охман из компании SKF.
Подшипники (ранее — качения, теперь — скольжения) также находят применение в конструкции ведущего моста — в узлах, обеспечивающих передачу крутящего момента. Подшипники ведущей шестерни и дифференциала — конические, реже встречаются игольчатые. Не менее важная область — это подвеска (например, амортизаторные стойки) и система рулевого управления, в которой насчитывается более десятка различных подшипников. Нельзя не упомянуть и шарикоподшипники генератора.
Неисправность подшипника (со стороны шкива) может стать следствием чрезмерных нагрузок, которые воздействуют на генератор, неправильной установки клинового ремня или механических повреждений.
«Проще всего диагностировать неисправность подшипника, к которому у нас относительно легкий доступ — колес, подвески, генератора. Гораздо больше проблем с подшипниками внутри двигателя или агрегатов трансмиссии. Стиль вождения и техническое состояние автомобиля в широком понимании служат решающими факторами, которые могут вызвать преждевременный износ подшипников независимо от их типа. Если подшипник подлежит замене по причине естественного износа или повреждения, дают о себе знать два основных признака — его люфт или шумная работа. Правильная диагностика крайне важна прежде всего для того, чтобы исключить выход из строя других, сопряженных узлов, что естественным образом отображается на затратах времени и труда», — резюмирует Томаш Охман.
SKF является ведущим мировым производителем и поставщиком подшипников и подшипниковых узлов, систем смазывания, мехатроники, уплотнений, оборудования для мониторинга состояния и сопутствующих изделий, а также предоставляет сервисные услуги, инженерный консалтинг и технические тренинги. Представительства компании SKF располагаются в более чем 130 странах, а всего в мире работает около 17 000 компаний-дистрибьюторов продукции SKF. В 2018 году годовой объём продаж компании SKF достиг 85 713 000 000 шв. крон, а количество штатных сотрудников составило 44 428 человек.
Почему подшипник так называется и что общего у него с медведем?
Зачастую названия автозапчастей отсылают нас к их предназначению: тормозной диск, амортизатор, сцепление, глушитель… Но есть и исключения, такие как «подшипник», с которым с первого взгляда не всё так очевидно.
Для того чтобы понять от чего получилось слово «подшипник» стоит обратиться к словарю Даля, в котором под словом «подшипник» в различных механизмах называют часть подушки, на которую опирается шип вала или оси; подшипником может быть и упорная подкладка, на которой вращается ось.
Получается в русском языке название подшипника состоит из корня «шип» и приставки «под». Что значит — деталь, распложенная под шипом опорного вала или вращающегося элемента конструкции.
Так что же общего у подшипника с медведем? И почему медведь является «лицом» бренда B-RING?
Дело в том, что английское название подшипника — bearing. Слово происходит от глагола “ to bear” (нести), а bearing, означает «несущий». Элемент, позволяющий одной части механизма нести (поддерживать) другую. И в то же время сильное и красивое животное — медведь, в английском языке имеет точно такое же написание, что и вышеупомянутый глагол «нести»: bear (существительное) и to bear (глагол).
Благодаря этому любопытному омониму и появился медведь в логотипе компании B-RING.
Хочешь рулить – умей крутиться: что такое опорный подшипник и почему он ломается
О том, что в машине существует опорный подшипник, чаще всего узнают только тогда, когда он выходит из строя, и его приходится менять. По отношению к подшипнику это крайне несправедливо: деталь эта важная, а задачи у неё далеко не самые простые. Так что попытаемся эту несправедливость исправить и рассказать об этом подшипнике подробнее.
Умей крутиться!
Итак, что это за подшипник и почему он называется опорным? Опорным он называется потому, что в него упирается верхняя часть амортизационной стойки (опорные подшипники устанавливают в переднюю подвеску классической схемы Макферсон, в которой используются именно амортизационные стойки). А верхняя часть стойки – это и есть шток амортизатора. Наверняка вы видели, что на на штоке есть резьба. Она нужна для того, чтобы закрепить шток во внутренней части опорного подшипника: шток проходит сквозь подшипник и притягивается к его внутренней части гайкой. А корпус подшипника (обойма) крепится к кузову автомобиля (к чашке амортизатора). Таким образом подшипник соединяет стойку и кузов.
А почему там нужен подшипник, а не какая-то более жёсткая и вместе с тем – более надёжная конструкция? Потому что стойка должна иметь возможность вращаться вокруг своей оси. Колёса-то передние, управляемые, им эта возможность просто необходима. Поэтому в основе опоры стойки всегда лежит подшипник.
Конструкция опорного подшипника может отличаться в деталях. Например, он может быть разборным или нет. И ещё могут быть отличия именно в подшипниках, у которых внутренние и наружные кольца могут быть встраиваемые или отделяемые. Иногда опорные подшипники могут быть даже подшипниками скольжения. Правда, это экзотика, которую можно встретить, например, на нашей Оке или на Nissan Primera P12. Однако в большинстве случаев опорник – подшипник качения, а не скольжения. Но это, пожалуй, даже избыточная информация, потому что в любом случае никто эти подшипники не ремонтирует: в случае износа их можно только поменять.
Независимо от конструкции, опорный подшипник состоит из трёх основных частей: верхней, нижней и непосредственно подшипника, расположенного между этих двух деталей. Верхняя часть – эта та, что крепится к чашке кузова. Если открыть капот, то её трудно не заметить: обычно она прикручена к кузову в трёх точках (тремя гайками). А в середине виден как раз шток амортизатора, который гайкой притянут к подшипнику с нижней частью. Вроде бы всё просто, но это только при взгляде со стороны. А вот если представить себе, каково этому подшипнику живётся, хочется плакать от жалости.
Вечный или нет?
Если бы опорный подшипник, как и любой другой подшипник, был создан для того, чтобы просто вращаться, он был бы практически вечным: шток амортизатора не крутится вокруг себя как бешеный, так что перегревом от вращения опорник убить невозможно. Но дело в том, что все тяготы дороги, которые принимает на себя стойка амортизатора, сразу передаются опорному подшипнику. А это уже очень серьёзно, потому что удары и постоянные знакопеременные нагрузки могут убить кого угодно.
Кроме того, арка колеса (в том числе и чашка кузова, где установлен подшипник) – далеко не самое чистое место на нашей грешной земле. Тут всегда есть и грязь, а во влажную погоду – и водяная пыль. Зимой могут быть ещё и реагенты с дорог, так что среда обитания опорного подшипника, скажем прямо, не самая благоприятная. А подшипник, хотя и трижды опорный – всё равно подшипник, и поэтому в этих условиях он умирает. Ну а кроме того, в нём точно так же стареет смазка и даже развивается коррозия (если вся смазка кончилась). Так что опорник со временем может рассыпаться, как и любой другой подшипник.
Иногда, правда, в смерти этой детали виноваты не время и тысячи километров пробега, а русские дороги. Чем больше ударов получит колесо, тем короче получится жизнь подшипника, потому что амортизатор, который принимает на себя все удары, от всей своей масляной, газовой и газомасляной души передаёт их опорнику. А даже очень крепкий подшипник от таких ударов может развалиться.
Конечно, вечных деталей в автомобиле нет (сломать можно даже пепельницу и «кривой стартер» от ГАЗ-24). Опорный подшипник имеет свой ресурс, и обычно он довольно высокий – он может прослужить и двести тысяч километров, и триста. Но при этом есть некоторые автомобили, у которых опорники считаются расходным материалом. Например, этим грешат многие Форды – от Фокусов первого и второго поколений до Мондео четвёртого поколения. На этих автомобилях опорник мог развалиться и за 60-80 тысяч пробега, и установка оригинальной детали помогала мало, потому что как раз оригинальные подшипники и не отличались ресурсом. Сейчас, наверное, уже трудно найти эти машины с оригинальными опорниками, но всё же при их покупке проверить их надо обязательно. Ну а среди наших автомобилей частой проверки и замены опорных подшипников могут потребовать Калина и Приора. Впрочем, тут как повезёт: у Калины, например, может быстрее деформироваться чашка, а подшипник остаться целым. Да и что там может у Калины отвалиться раньше, не знает никто. У Приоры, в общем-то, тоже.
К сожалению, предотвратить выход из строя опорного подшипника невозможно. Можно только дать избитый, как лицо Конора Макгрегора, совет: не летать по ямам, которые сокращают ресурс подшипников очень значительно. Но вряд ли кто-то из нас дубасит по разбитому асфальту ради собственного удовольствия, так что совет этот носит чисто теоретический характер. Зато советы на тему определения неисправности опорника будут максимально практическими.
Руками и ушами
Чаще всего износ опорного подшипника можно услышать ушами: при повороте руля издаётся характерный хруст и щелчки, иногда – достаточно громкие. Однако он может и скрипеть, и щёлкать очень тихо. В этом случае неисправность опорника можно перепутать с износом шаровой опоры, поэтому требуется дополнительная диагностика. Во-первых, можно сразу исключить шаровую опору. Для этого понадобится подъёмник или хотя бы смотровая яма, но зато диагностика проста: если у шаровой опоры порван пыльник, то скорее всего, скрипит именно она. Можно набрать в шприц немного моторного масла и брызнуть им в опору. Если скрип прошёл, значит, опорник явно ни при чём, а вот шаровую опору придётся менять. Лучше – сразу с обеих сторон. Если же шаровая опора целая, можно поступить следующим путём.
Берём умного помощника и сажаем его за руль. Падаем перед машиной на колени и берёмся рукой за пружину. Просим помощника крутить руль. Если рука на пружине почувствует щелчки, это почти стопроцентная вероятность того, что опорник придётся менять. Почти – потому что вибрация на пружине может быть и от скрипящей шаровой опоры, но если мы договорились, что из списка подозреваемых её исключаем, то вероятность становится практически стопроцентной.
Ну и, наконец, классический способ проверки, которым пользовались наши отцы и даже, может быть, деды. Открываем капот, кладём руку на шток амортизатора, закреплённого в подшипнике. Само собой, если на штоке или верхней части корпуса опорника есть защитный чехол, предварительно его нужно снять. Затем раскачиваем машину и смотрим, что получится. Тут опять нужно напрячь не только руки, но и уши, потому что велика вероятность того, что появится стук, который уже слышали раньше. И если он локализуется около чашки и подшипника, то это верный признак гибели последнего. Если стука нет, то нужно попытаться рукой обнаружить люфт штока. Если шток амортизатора гуляет в опорнике, с последним что-то не так. Скорее всего, он развалился.
Вот эти методы поиска неисправности опорного подшипника, особенно последний, и есть самые простые и проверенные временем. Но есть и некоторые другие симптомы неисправности опорника, которые могут проявляться в меньшей мере и не на всех автомобилях в силу незначительной разницы конструкции подшипников. Например, на некоторых машинах шток зафиксирован дополнительной втулкой, которая не даёт ему в случае разрушения подшипника слишком сильно гулять в стороны. Стук, конечно, всё равно будет, но не будет другой характерной особенности неисправности опорника – большого ухода углов схождения-развала колёс. А вот если шток держится исключительно в подшипнике, углы уйдут сильно, отчего неисправность последнего заметно скажется на управляемости, а если тянуть с ремонтом слишком долго, то и на износе шин.
Менять подшипники лучше парой. Исключение – если на молодой машине с небольшим пробегом подшипник развалился после сильного удара в яме. Тут, конечно, можно заменить его и с одной стороны, но во всех остальных случаях менять их лучше парой. Если этого не делать, можно заработать асимметрию передней подвески: разное усилие на рулевых тягах и их наконечниках, разный угол развала передних колёс. А это очень плохо и для управляемости, и для сохранности других деталей подвески (шаровых опор, наконечников рулевых тяг и тех же шин, которые могут изнашиваться неравномерно). Кроме того, стоит учитывать особенности замены опорников на разных автомобилях. Иногда для их замены совершенно внезапно требуется разбирать очень многое – от жабо до рулевой трапеции. И, конечно же, при не самой высокой стоимости самого подшипника работа обойдётся в копеечку. В этом случае практичнее будет менять опорники парой, чтобы не платить за одну и ту же работу дважды.
Применение подшипников в автомобиле
Разбирая отдельные системы и в целом весь автомобиль, следует сказать про огромный спектр деталей, поддерживающих все в рабочем состоянии. Работа двигателя машины немыслима без подшипника генератора, подвесного подшипника, подшипника колеса, подшипника карданного вала. В каждой части машины, в которой появляется движение либо нагрузки вызванные движением, действием или же весом устройства, а также любые формы передачи движения или нагрузки, появляется необходимость в определенной форме опоры. Автомобиль не является однородным устройством, не только с точки зрения опоры. Можно выделить ряд систем, в которых используются более одного типа подшипников. Давайте разберем подшипники по их типам более подробно.
Типы подшипников, используемых в легковых автомобилях
Гораздо чаще применяются подшипники качения, использующие незначительное сопротивление фрикционного трения. В оборудовании тяжелого типа, экскаваторах, погрузчиках, домкратах, легко найти шарнирные подшипники скольжения, а в легковых автомобилях — редкость. Чаще используются разного рода втулки и шайбы скольжения, особенно в элементах, от которых необходим самый низкий уровень шума, малый вес и небольшое пространство для установки между валом и корпусом.
Наиболее распространенными являются шариковые подшипники, начиная от радиальных одно- и двухрядных обычных, заканчивая опорными подшипниками (стопорными) сложной конструкции. Не менее распространены также конические роликоподшипники.
Очень часто можно встретить различные разновидности игольчатых подшипников, при этом абсолютно преобладают так называемые игольчатые роликоподшипники, т. е. контейнеры с телами качения.
Относительно редкие цилиндрические роликоподшипники, и это из-за их ограничения в отношении переноса сложных нагрузок.
Реже всего в автомобилях встречаются подшипники самоустанавливающиеся, будь то шариковые или роликовые.
Упорные сферические роликоподшипники также отсутствуют. Однако следует упомянуть, что они доминируют в тяжелом оборудовании и сельскохозяйственной технике.
Стоит помнить, что конструкции подшипников, применяемых в автомобильной промышленности, часто отличаются от стандартных конструкций. Наиболее распространены незначительные изменения размеров в отношении стандартных деталей, которые чаще являются результатом политики производителя, чем требованиями технических регламентов. Однако во многих случаях мы имеем дело со сложными конструкциями, такими так натяжной ролик, элементы руля и т. д.
Стандартные подшипники можно встретить в ступицах колес и мостах, в генераторах и кондиционерах.
Основные области применения подшипников в автомобилях
Ходовая часть
Ходовые колеса (подшипники ступиц передних и задних колес)
В старых автомобилях наиболее распространено применение двух подшипников колес, конических подшипников качения. Они переносят как радиальные, так и осевые нагрузки. Они монтируются в ступице парами и устанавливаются относительно себя наоборот. Преимуществом решения с двумя коническими роликоподшипниками является то, что всегда можно заменить поврежденный подшипник с минимальными затратами. Тем не менее, следует поддерживать высокую точность монтажных операций, потому что конические роликоподшипники очень чувствительны к ошибкам монтажа.
В новых конструктивных решениях в качестве подшипника ступицы колеса используется радиально-упорный двухрядный шарикоподшипник. Такое решение занимает меньше места в осевом направлении, чем с двумя коническими подшипниками, что имеет немаловажное значение для конструкции. Другие преимущества — легкий монтаж и то, что подшипник уже идет с необходимым уплотнением и смазкой, достаточной на весь срок эксплуатации.
Комплексная ступица первого поколения была оснащена ранее упомянутым двухрядным угловым шарикоподшипником, в котором одна из беговой дорожки опирается на внутренний элемент системы подвески, а вторая прижимается к ней через центральную гайку ступицы.
В задней ступице второго поколения отказались от кольца внешнего подшипника, выполняя беговую дорожку в материале ступицы, имеющей фланец. Таким образом, ограниченное количество элементов снизило затраты на производство, а также уменьшилась масса элементов опоры.
В решении ступицы третьего поколения можно говорить о подшипнике, являющимся одновременно ступицей и поворотным колесом. Внутренняя беговая дорожка выполнена в ступице, а благодаря использованию крепежного фланца на наружном кольце его можно фиксировать на элементы подвески колеса.
Система подвески
Система подвески, когда дело доходит до традиционных автомобилей, не относится к подшипниковым узлам. Чаще всего мы имеем дело с валовым коническим подшипником легкой конструкции, чаще с сепаратором, выполненным из пластика. Можно встретить также решения, основанные на шариковых подшипниках. В обоих случаях производители используют сложные конструкции, облитые пластиком, где простая их замена невозможна.
Рулевое управление
Сердце рулевого управления — рулевой механизм, часто называемый парусником.
Здесь можно встретить как обычные однорядные подшипники серии 60. 62. 63.
стандартные шариковые подшипники типа HK. а также специальные конструкции, основанные, правда, на игольчатых или шариковых подшипниках. Поперечный рулевой наконечник — это элемент подобной конструкции для верхних тяг.
Система привода
Виды и типы используемых подшипников связаны не только с самой системой, но и, прежде всего, с видом конструкции. В системе привода преобладают плотные, компактные и комплексные конструкции. Встречаются игольчатые роликоподшипники, однорядные конические роликоподшипники, цилиндрические роликоподшипники типа NU. радиальные шарикоподшипники. Трудно определить доминирующие решения, они связаны с размером транспортного средства и прежде всего с маркой автомобиля.
Коленвал
Здесь используют игольчатые роликоподшипники специальной конструкции, в которых ось симметрии порядка игл не совпадает с цепью корзины. Это две серии: в KZK.. оси элементов прижаты внутри, в КБК.. — снаружи. Также все чаще применяются подшипники скольжения, втулки/вкладыши скольжения.
Двигатель
Вал или ролики грм, натяжного ролика, натяжной ролик
Распределительный вал на подшипниках, как правило, работает с помощью скользящего подшипника, так называемой скользящей пластины. Ролик натяжителя ремня ГРМ является наиболее распространенной комплексной конструкцией, в которой подшипники являются неотъемлемой частью. В так называемых натяжителях используются игольчатые роликоподшипники и радиальные шариковые подшипники.
Коробка передач
Вал сцепления, выжимной подшипник сцепления, промежуточный вал
В валах сцепления используются шариковые однорядные и двухрядные подшипники, радиально-упорные шарикоподшипники, двунаправленные (серия Q.. или QJ..), а также конические. В сцеплении применяется так называемый выжимной подшипник сцепления. Отдельные шестерни передач — чаще всего игольчатые роликоподшипники. Промежуточный вал — игольчатые роликоподшипники (типа HK..), подшипники качения (типа NUP..).
Дифференциал
Преобладают почти полностью конические роликоподшипники.
Система охлаждения
Подшипник насоса охлаждающей жидкости имеет специальную конструкцию шарикоподшипников. Как правило, эти подшипники встроены, так что трудно на первый взгляд определить тип опоры.
Подшипники вентилятора — шарикоподшипники и втулки скольжения.
Электрическая система
В генераторе используются исключительно однорядные шарикоподшипники. Доминирует серия 62. но также используются серии 60. 63. а также серии 622.. или 630..
Топливная система
Подшипник топливного насоса
Кондиционер
Подшипник кондиционера, чаще один шарикоподшипник.
Самый обычный автомобиль насчитывает огромное множество и разнообразие подшипников. Так, только в колесе автомобиля мы можем найти радиальные шарикоподшипники, такие как 6204 и 6205, конические подшипники, начиная от метрических 32010 AX и заканчивая дюймовыми, LM11749/10, двухрядными радиально-упорными с разъемным внутренним кольцом, BC346037, и двухрядными конические роликоподшипники с разъемным внутренним кольцом, BT408037.
Проходят годы, меняются конструкции, материалы и, конечно, модели автомобилей. Тем не менее, правила передачи привода и нагрузки остаются неизменны. Быть может, через несколько лет мы не найдем в машине ни одного, в полном смысле этого слова, подшипника. Но, безусловно, модульная конструкция является символом нашего времени, и не только в автомобильной промышленности.