Шаровые опоры: сильные и слабые стороны узла и немного истории
Как вы узнали из предыдущего поста, бренд LEMFÖRDER, принадлежащий концерну ZF, имеет непосредственное отношение к шаровой опоре, которая уже много десятилетий применяется в автомобилях. Узел этот относительно прост, но его обслуживание и нормальная работа требуют некоторых знаний. Подробности, а также советы от нашего отдела технической поддержки, как не сгубить шаровую раньше срока, — в этом посте.
Устройство шаровых опор
При движении переднее колесо автомобиля перемещается относительно кузова и при этом поворачивается с помощью руля, изменяя траекторию движения машины. Шаровая опора — деталь, соединяющая два элемента подвески автомобиля и обеспечивающая подвижность колеса относительно кузова. По своей природе и устройству она напоминает тазобедренный сустав человека.
Так устроена шаровая опора: 1) шаровой палец; 2) пыльник; 3) полимерный вкладыш; 4) термообработанный кованый корпус; 5) смазка (в количестве 0,14–0,30 г). Источник: ZF
Шаровой палец и корпус — основные части опоры. С одной стороны палец имеет форму шара, который плотно охватывается корпусом. Такое соединение работает как шарнир — при повороте колёс шаровой палец поворачивается в корпусе опоры, вращение осуществляется вокруг оси пальца, при этом плоскость корпуса может ещё и качаться относительно пальца. Корпус шаровой опоры соединяется с рычагом подвески болтами, а шаровой палец, имеющий резьбу в конце цилиндрической части, — гайкой со ступицей колеса.
На левом фото представлена шаровая опора на «рабочем месте» в подвеске. На правом — наконечник рулевой тяги. Фото: Аркадий Боралов
Чтобы уменьшить трение и износ, между поверхностью шара и корпусом установлен полимерный вкладыш. Замечательно, что у исправной шаровой опоры полностью отсутствует люфт, ведь никакого зазора между пальцем и вкладышем нет. Применение современных полимеров и синтетических смазок обеспечивает этому сопряжению долговечность. Чтобы пыль и вода не нарушили эту идиллию, шаровой палец закрыт пыльником.
Необслуживаемые шаровые опоры начали массово использовать в автомобильной подвеске в 70-е годы прошлого века. До этого управляемые колёса чаще всего устанавливались на шкворнях. По сути шкворень — это просто стержень, работающий как ось, вокруг которой поворачивается ступица переднего колеса. Шкворень — надёжный и долговечный узел, выдерживающий большие эксплуатационные нагрузки, однако он требует регулярной смазки. Кроме того, габариты и масса шкворневой подвески намного больше, чем, например, габариты и масса современной подвески типа макферсон. В силу этого шаровые опоры прочно обосновались почти в каждом автомобиле. С того момента, как шаровые опоры стали необслуживаемыми, они окончательно вытеснили шкворневую подвеску из конструкции легковых машин.
Сколько ходят шаровые и когда их менять
Водители постарше помнят, что во времена их молодости шаровые шарниры ходили по 20–30 тысяч км. Они были разборные, их можно было ремонтировать — заменять изношенные вкладыши и порванные пыльники. Встречались опоры, в корпус которых с помощью шприца закачивали свежую смазку.
В подвеске классических «жигулей» шаровых было четыре, и если владелец относился к их замене легкомысленно, они мстили: палец вырывало из корпуса и машина ложилась на грунт, характерно вывернув переднее колесо. Впрочем, это случается не только с отечественными автомобилями. Источник: Graf1k / DRIVE2
На современных машинах с макферсоном шаровых две. Часто они располагаются пальцем вниз, поэтому даже если шаровая убита, её практически невозможно вырвать из рычага — масса машины прижимает корпус шаровой к пальцу.
Неисправность у шаровой по большому счёту одна: в ней появляется зазор. В норме трение между вкладышем и закалённой отшлифованной сферической поверхностью пальца практически безызносное. Поэтому сегодня шаровые соединения ходят очень долго: 100 тыс. км — для них норма. Однако, если по какой-то причине пыльник повреждается, вода и грязь быстро выводят шаровую из строя.
Типичные симптомы неисправных шаровых опор таковы:
— стук в передней подвеске при движении;
— увеличенный люфт на руле;
— неустойчивость при движении по прямой — машина «рыскает».
Из-за появления люфта в шаровых опорах и шарнирах рулевых тяг нарушаются углы установки передних колёс. В результате у машины может уменьшиться выбег (здесь: движение по инерции, продолжающееся, если отпустить педаль газа), увеличиться расход топлива, а шины начинают быстро и неравномерно изнашиваться. Это объясняет, кстати, почему менять шаровые соединения экономически выгоднее, чем ездить на неисправных.
Иногда встречаются более редкие неисправности — например, шарнир «закусывает»: трение в нём увеличивается, из-за чего тоже появляется стук в подвеске, который, однако, отличается от стука, вызванного люфтом. Иногда такой шарнир при повороте колёс скрипит.
Диагностика шаровых на СТО проводится при вывешенных колёсах: машину загоняют на подъёмник, затем мастер с помощью монтировки (стараясь не повредить пыльники) покачивает рычаг подвески относительно ступицы, наблюдая за перемещениями пальца шаровой относительно её корпуса — видимый люфт говорит о неисправности шаровой. Иногда люфт на глаз не заметен, в таком случае его можно уловить на ощупь.
Как не угробить шаровую опору раньше времени: ошибки при установке
Как мы сказали выше, шаровые опоры — при правильно обращении удивительно долговечная деталь. Однако убить их неправильным обращением довольно просто — и в рекламационном отделе ZF Aftermarket, где рассматривают претензии в адрес продуктов LEMFÖRDER, об этом хорошо знают.
Вот перечень самых частых ошибок монтажа шаровой опоры:
— повторное использование крепежа,
— применение для затяжки гаек пневматического гайковёрта,
— повреждение пыльника.
ПОВТОРНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КРЕПЕЖА
Качественная шаровая опора поступает в продажу вместе с комплектом крепежа — гайкой шарового пальца и болтами для крепления корпуса. Это происходит неслучайно, ведь в эксплуатации эти детали испытывают постоянные динамические нагрузки. Внешне они могут выглядеть целыми и исправными, но усталость металла и наличие микротрещин простым осмотром выявить нельзя. Поэтому при установке новых шаровых опор важно всегда использовать новый крепёж.
ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ЗАТЯЖКИ ГАЕК ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ГАЙКОВЁРТА
Стержень пальца, в отличие от его шаровой части, сделан из более мягкого металла — он лучше работает при динамических нагрузках и не лопнет от какого-нибудь особенно сильного удара в подвеске. Поэтому гайковёрт — слишком грубый инструмент для закручивания гаек шаровых опор. Результат его применения — на фото:
Иногда в рекламационный отдел LEMFÖRDER попадают вот такие «экспонаты»: здесь гайку наворачивали с помощью пневматического гайковёрта. Как мы видим, резьбу на пальце полностью срезало. Источник: ZF
При установке новой шаровой опоры или шарового шарнира нужно соблюдать осторожность, чтобы не повредить пыльник. Также следует беречь его от попадания агрессивных технических жидкостей, таких как антифриз или тормозная жидкость. Даже небольшие повреждения пыльников для шаровых соединений смертельны — как можно видеть на фото:
С этим экземпляром из коллекции нашего рекламационного отдела по-видимому, произошло вот что: сначала через повреждённую резинку в шарнир попала вода, отшлифованная поверхность пальца довольно быстро была разрушена коррозией — хорошо видно, что как раз со стороны пыльника она развивалась очень интенсивно, эрозия гладкой поверхности трения быстро съела полимерный вкладыш, и появился люфт. Палец всё сильнее разбалтывался в шарнире, пока при очередном рывке в подвеске его не вырвало из корпуса. Источник: ZF
Вскрытие пыльника обычно производят мастера старой закалки. Опыт учит их, что производитель экономит на смазке, и для наилучшего результата её в шарнир следует добавить.
Когда-то такое встречалось, но сегодня беспокоиться на этот счёт не стоит: в продукции именитых производителей автокомпонентов смазка положена в оптимальном количестве. Хуже того, вскрытие пыльника само по себе вредит шаровой опоре. Во-первых, крепёж, фиксирующий пыльник на корпусе шарнира одноразовый, он не рассчитан на демонтаж и повторную установку. Во-вторых, в процессе заводской сборки в полости под пыльником создаётся определённое избыточное давление. Оно помогает предотвратить проникновение посторонних частиц и воды под пыльник, и во многом именно благодаря этому избыточному давлению современные шаровые опоры обладают большим ресурсом. Разумеется, при повторном монтаже пыльника в мастерской о контроле внутреннего давления никто не думает.
Отдельно скажем о количестве смазки: поскольку зазора в трущейся паре шарового шарнира нет, количество смазки в ней очень незначительно. Более того, смазка играет здесь вспомогательную роль — за трение и износ отвечает чистота обработки шаровой поверхности пальца, её твёрдость и свойства материала полимерного вкладыша. Следовательно, усердствовать со смазкой нет никакой необходимости, гораздо важнее не нарушать «стерильность» шарнира под пыльником.
Механик заложил смазку при попытке скрыть дефект, который он сам допустил в ходе ремонта. Теперь избыток смазки выдавливается через повреждение пыльника. Источник: ZF
Заключительные рекомендации
1) Регулярно проверяйте состояние шаровых опор и рулевых шарниров. Люфты в них нарушают развал-схождение, что ведёт не только к ухудшению управляемости машины, но и к ускоренному износу шин и увеличению расхода топлива. Ездить на исправных шаровых не только безопаснее, но и выгоднее.
2) Чистота — залог качественной работы по замене шаровых шарниров. Место установки детали и сама деталь должны быть чистыми.
3) Соблюдайте технологию замены шаровых опор — работу начните с изучения руководства по ремонту вашего автомобиля.
4) Меняйте шаровые опоры, используя новый крепёж, затягивайте его динамометрическим ключом с предписанным моментом.
5) Сразу после замены шаровых опор и рулевых тяг проверьте углы установки колёс и при необходимости отрегулируйте их.
Если у вас остались ещё вопросы о шаровых опорах или о продукции LEMFÖRDER, задавайте их в комментариях.
6 шаровых: испытали самую опасную деталь подвески
В 90‑х годах привычной картиной на дорогах были Жигули с вывернутыми набок передними колесами. Виновата не самая удачная конструкция подвески, а главное – дефицит и плохое качество запчастей, наводнивших тогда рынок.
Сейчас и время иное, и нагружены шаровые опоры на современных автомобилях с подвеской McPherson иначе: не на вырыв, а, в основном, тормозными и тяговыми силами, а также боковыми на поворотах. Но оговариваемые старомодным стандартом силы вырыва и выдавливания позволяют косвенно оценить стойкость шаровых при боковых нагрузках. Их-то мы и замерили. Кроме того, оценили твердость и шероховатость шаровых поверхностей, а также провели спектральный анализ всех образцов: из чего сделаны? Ну а подержать изделия в морозильнике, да при «минус 50˚ С» – это уж само собой!
Для экспертизы мы приобрели детали шести производителей, которые подходят для таких популярных у нас моделей как Renault Logan и Sandero второго поколения, а также Lada Largus (после 2013 года). Выборку делали просто: приехали в один из крупнейших московских магазинов автозапчастей и скупили весь ассортимент. Стоимость приобретенных образцов, представленных в нашей фотогалерее по алфавиту, – от 330 до 1200 рублей. Разница в цене – почти четырехкратная.
| Примерная цена 500 ₽ Стопорное кольцо – под разжимные клещи. Пыльник с трудом проходит в отверстие рычага. Посадка опоры плотная. В морозильной камере резинка рассыпалась при –50˚ С – это нехорошо. Рекомендовать не можем. |
| Примерная цена 400 ₽ Стопорное кольцо – под разжимные клещи. В рычаг пыльник проходит свободно. Натяг в посадке опоры средний. Пятидесятиградусного мороза изделие не испугалось. Итог – второе место в наших испытаниях. Рекомендуем. |
| Примерная цена 1200 ₽ Самое дорогое изделие. Стопорное кольцо – тонкое, проволочное. В рычаг пыльник заходит свободно. Посадка опоры со средним усилием. Силовой запас наименьший. При температуре –40˚С пыльник развалился на куски. Рекомендовать не можем. |
| Примерная цена 550 ₽ Пыльник легко заходит в отверстие рычага, а опора фиксируется тонким проволочным стопорным кольцом. В морозильнике при –50˚ С пыльник потерял цельность. Рекомендовать не можем. |
| Примерная цена 500 ₽ Стопорное кольцо – проволочное, «хилое». В отверстие рычага пыльник входит легко. Натяг при посадке опоры средний. Морозные испытание изделие выдержало. Итог – третье место. Рекомендуем. |
| Примерная цена 330 ₽ Самая дешевая опора. Стопорное кольцо мощное – под клещи. В рычаг пыльник протискивается. Фиксация в отверстии плотная. Малая шероховатость шара и значительные усилия выдавливания говорят о повышенном ресурсе изделия. Первое место! Рекомендуем. |
Рвем и выдавливаем
Осмотр первым делом выявляет различие в конструкции стопорных колец, которые фиксируют корпус опоры, с натягом запрессованный в стальной штампованный рычаг. У одних опор они совсем тоненькие, проволочные, а у других требуют применения разжимных клещей: такие выглядят надежнее. Оценили и то, как опоры заходят в неновый рычаг: каково усилие, не мешает ли пыльник.
Проверить силовые качества поможет разрывная машина Р‑20. Согласно ГОСТ Р 52433-2005, в котором изложены требования к шаровым шарнирам автомобильных транспортных средств, для шара диаметром до 25 мм включительно (это наш размерчик – как раз 25 мм!), нормативные усилия составляют 1500 кгс для вырыва и 2100 кгс для выдавливания.
В норматив уложились все изделия, однако разница в результатах примерно двойная. При прочих равных глаз ложится на те опоры, что держат более высокую нагрузку.