Шаровые опоры: особенности устройства и эксплуатации

    Шаровая опора, другое название - несущий (направляющий) шарнир, - необходимый компонент независимой подвески транспортного средства. С помощью этого узла поворотный кулак шарнирно соединяется с рычагом подвески. 

    Назначение шаровой опоры

    Задача узла – обеспечивать управляемым колесам возможность поворота и при этом сохранять их стабильное положение относительно горизонтали при вертикальных перемещениях.
Наиболее широкое применение эта конструкция находит в передней подвеске автотранспортных средств. 

Рис. 1. Шаровая опора - обязательный элемент подвески автомобиля

    В конструкциях с рычажной системой подвески задних колес их можно найти и в задней части авто.
Шаровые опоры с точки зрения механики - это шаровые шарниры. Конструкции этого типа служат не только в качестве опор ступиц. Они присутствуют в развальных рычагах, в креплении газовых пружин капотов и крышек, в рулевых тягах. 

    Сколько в подвеске авто шаровых опор?

    Это зависит от выбранной конструкторами схемы подвески. В простых стойках МакФерсона шаровых опор две - слева и справа, они расположены снизу. На двухрычажных подвесках (например, на микроавтобусах Фольксваген Транспортер Т4) имеются верхние и нижние шаровые, т. е. две слева и две справа, а на сложных, многорычажных (модели VW, Audi, Skoda, BMW), их может стоять по пять с каждой стороны.

Рис. 2. Двухрычажная подвеска автомобиля. 1 - верхняя шаровая опора, 2 - нижняя шаровая опора

    История создания

    До определенного времени в кинематической схеме управляемых колес автомобилей применяли шкворневый шарнир. Металлоемкий узел требовал регулярной смазки и давал колесу возможность поворота лишь относительно одной оси, что плохо влияло на маневренность.
    Шаровая опора создавалась как альтернатива шкворневому шарниру. Уменьшение неподрессоренной массы, снижение трудоемкости обслуживания - такие задачи стояли перед конструкторами. 
    Условия работы шаровой опоры - очень тяжелые. Она несет колоссальную нагрузку, принимая на себя каждый удар и толчок от дороги, и работает на износ. Конструкторы не стали создавать очень прочную деталь, придав ей статус практически расходника. Основной упор сделали на легкость и простоту замены узла.

    Устройство шаровой опоры

    Изначально она имела вид обслуживаемого узла и состояла из корпуса с помещенным в нем шаровым пальцем, поджатым через стальную пластину пружиной и накрытым пыльником. С целью предотвращения износа шарнира в узел закладывалась регулярно возобновляемая смазка, которую ремонтный персонал запрессовывал через предусмотренную для этого масленку при выполнении ТО.
    С наступлением эры пластика шаровая часть пальца была заключена в полусферу из пластмассовых вставок, а пружина оказалась ненужной. Такой конструкция остается и сегодня. Пластмассовые вкладыши выполняются из износостойкого нейлона, а для контроля зазора служит специальное отверстие.

Рис. 3. Устройство шаровой опоры

    Конструкция шаровых опор на разных моделях автомобилей имеет отличия, обусловленные устройством и геометрией узлов. Есть варианты исполнения подвески с одинаковыми слева и справа шаровыми опорами, в других случаях различают зеркально подобные правые и левые. 

Рис. 4. Различные варианты исполнения шаровых опор

    Палец шаровой опоры в нижней части имеет форму сферы, это позволяет ему наряду с вращательными движениями раскачиваться с небольшой амплитудой в корпусе.

Рис. 5. Палец шаровой опоры

    На верхнем торце палец имеет шестигранное углубление под спецключ для удерживания его от проворачивания при затягивании гайки шаровой опоры.
    Солидные производители поставляют опоры в виде ремонтных комплектов, снабжая их необходимым крепежом.

Рис. 6. Комплект нижней шаровой опоры Т4

    Крепление шаровых опор

    Способов крепления шаровых к рычагам - всего два. 
    Болтовое соединение. При возникновении необходимости замены узла отворачиваются или срезаются болты, и на место снятого устанавливается новый узел. Такая опора чаще поставляется в виде ремкомплекта - с болтами, гайками и шайбами. Пример - нижняя шаровая опора Фольксваген Т4.

Рис. 7. Пример крепления шаровой опоры с помощью болтового соединения  

    Интегрированная в рычаг опора. При выходе из строя шаровой необходимо менять весь рычаг. Стоимость замены в этом случае - довольно высокая за счет цены рычага. Преимущество - меньший, чем у съемной опоры, вес.

Рис. 8. Рычаг с интегрированной шаровой опорой

    Шаровые в многорычажной подвеске, - интегрированные. Преимущество ее - мягкость и долговечность, недостаток - высокая стоимость комплекта.

Рис. 9. Рычаги многорычажной подвески с интегрированными шаровыми опорами

    Рычаги многорычажной подвески изготавливаются из сплава алюминия.

    Компромиссный вариант, когда детали крепления опоры к рычагу отсутствуют, но имеется элемент фиксации в виде стопорного кольца. Опора запрессована в рычаг и фиксируется в нем с помощью кольца. Демонтаж и монтаж такой опоры выполняется с обязательным использованием пресса или специальных съемников.
    Именно по такой схеме крепятся к рычагу верхние шаровые микроавтобуса Фольксваген Т4.

    Крепление к поворотному кулаку имеет два исполнения:
    - когда палец опоры крепится корончатой гайкой, фиксируемой шплинтом или самоконтрящейся гайкой с внутренним пластиковым стопорным кольцом;
    - редко используемое, когда палец крепится стяжным болтом.
Второй вариант имеет недостаток в связи со склонностью болта к закисанию. 

    Пыльники шаровых опор

    Эти детали из резины - неотъемлемые атрибуты опоры. Они съемные, что позволяет заменять их в случае повреждения.
 

Рис. 10. Пыльник шаровой опоры

        Покупая пыльники, лучше выбирать те, что поставляются в комплекте с обжимными кольцами.

Рис. 11. Пыльник шаровой опоры в комплекте со стопорными кольцами

    Встречаются пыльники без верхнего стопорного кольца, выполненные по типу сальника – с упругим пояском и с пружинкой внутри. При разрыве или растрескивании пыльника шаровой опоры замена его не составит большого труда. На практике, однако, это делают немногие автомобилисты.

Рис. 12. Разрушение пыльника шаровой опоры
 

    Техническое обслуживание шаровых опор

    Шаровые опоры современных автомобилей - необслуживаемые. При появлении люфта их просто меняют на новые, отправляя старые в утиль. 
    Важный аспект эксплуатации шаровых опор - содержание в надлежащем состоянии пыльников. Замена пришедшего в негодность этого недорогого компонента на исправной опоре позволяет значительно продлить ее ресурс. Купить и заменить пыльники шаровых опор обойдется в несколько раз дешевле замены самих опор. 
    При замене пыльников в них закладывается свежая смазка, рекомендуемая производителем для шаровых опор. Чаще для этого используется литол.

    Каковы причины выхода из строя шаровых опор?

    Нарушение работы происходит вследствие износа, который приводит к увеличению зазора в сопряжении и появлению люфта. Как следствие - палец начинает болтаться в корпусе. При достижении предельного износа в сопряжении ударные нагрузки могут спровоцировать вырывание пальца из конструкции. Нарушается фиксация колеса, и оно выворачивается вбок. В таком состоянии автомобиль не может продолжать движение.

Рис. 13. Последствия разрушения шаровой опоры

    Причины износа шаровых опор банальны.
    1. Повышенные ударные нагрузки на узел при прохождении неровностей покрытия на большой скорости или использование автомобиля в тяжелых дорожных условиях.
    2. Недостаточная смазка деталей узла.
    3. Повреждение пыльника.

    Признаки выхода из строя шаровых опор

    Неполадки в шаровых опорах дают о себе знать стуками при перемещении по неровной дороге со скоростью от 5 до 40−50 км/ч. Стук сопровождает наезд на каждую кочку или ямку. После достижения износа шаровых пальцев предельного значения они выскакивают из гнезда и лишают колесо осевой опоры. Вывернутое на сторону колесо делает автомобиль полностью неуправляемым.
    Другие признаки предельного износа шаровых:
    1. При выполнении поворота водителю приходится прикладывать к рулевому колесу дополнительные усилия.
    2. Возникновение характерного скрипа шаровых опор.
    3. Виляние и неровное движение передних колес по прямой.
    4. Неравномерность износа протектора покрышек.

    Диагностика шаровых опор

    Так как проверка узлов подвески на спецстендах не всегда эффективна, на практике пользуются старыми, проверенными методами - на слух и на ощупь.
При проверке на слух ассистент раскачивает машину, а механик слушает сопровождающие этот процесс звуки.
    Второй способ заключается в покачивании заторможенного колеса руками, ухватившись за него сверху и снизу. Если люфт в шаровой чувствуется – зазор в опоре есть, и ее нужно менять. 

Рис. 14. Проверка люфта в шаровой опоре

    Измерить величину износа можно с использованием инструментов. Люфт не должен быть больше 0,8 мм. В случае отсутствия нужных инструментов, можно просто приложить ладонь к корпусу опоры, чтобы касаться и корпуса, и пальца опоры, и попросить ассистента покачать колесо. Если люфт есть – он ощущается.

    Срок службы шаровой

    На этот показатель влияют многие факторы. Он может изменяться в пределах от 15–20 до 100–120 тысяч км. Срок службы в первую очередь зависит от целостности пыльника. Нарушение его герметичности приводит к потере смазки и проникновению в шарнир грязи и воды, что сильно сокращает его срок службы. Поэтому в первую очередь важно контролировать состояние пыльника, регулярно проверяя его визуально.
    Предотвратить выход из строя опоры можно, своевременно заменив поврежденные пыльники.

    Замена шаровых опор

    Следует менять комплект шаровых опор (левую и правую), даже если люфт обнаружен только в одной.
    На двухрычажных подвесках основная нагрузка приходится на нижние опоры, они изнашивается быстрее, следовательно, и меняются чаще. Так, по статистике в передней подвеске Фольксваген Т4 одна замена верхней шаровой опоры приходится на три замены нижних.
    Для демонтажа и монтажа шаровых опор применяются разработанные специалистами съемники. Использование при перепрессовке шаровых опор специального оборудования и оснастки в условиях СТО позволяет обеспечить более высокие ресурсные показатели узла за счет исключения механических повреждений, возможных при применении ударных инструментов в кустарных условиях.

Рис. 15. Съемник шаровых опор

    Поручайте ремонт и обслуживание своего "железного коня" только тем специалистам, которым доверяете, и которые никогда не подводили. Неквалифицированный ремонт автомобиля может обойтись его владельцу очень дорого.