Рулевой наконечник и шаровая опора

Шаровая опора в автомобиле: устройство, принцип действия, причины неисправности и нюансы при замене

Шаровая опора (также известен как «шаровой шарнир», «сферический шарнир», «шаровой палец») — вращательный кинематический элемент подвески автомобиля, представляющий собой сферический или полусферический подшипник скольжения. Обеспечивает подвижное соединение рычагов подвески с поворотными кулаками автомобиля и контролирует положение ведущих колёс. Далее в статье: что такое шаровая опора, какое у неё устройство и принцип действия, основные неисправности и ресурс. Также на примере российского автопрома показан процесс самостоятельной замены шаровой опоры.

Назначение шаровой опоры

Шаровая опора — типовой конструктивный элемент подвески автомобиля (ранее передней, а с появлением подруливающей задней подвески — и задней). Ранее часть функций шарового шарнира выполнял шкворень (палец с подшипниками), однако с развитием машиностроения шаровые опоры их почти полностью вытеснили (сейчас шкворни встречаются в основном на тяжелой технике) ввиду своей более простой конструкции и компактности. Шаровые опоры считаются расходным материалом, из-за чего их первоначально делали легкосъёмными, однако сейчас шарниры часто являются частью рычагов и меняются соответственно в сборе с ними.

Назначение шаровой опоры:

  • Обеспечить надёжное безлюфтовое подвижное соединение нижних и верхних (при наличии) рычагов подвески с поворотными кулаками;
  • Контролировать строго вертикальное положение управляемых колёс автомобиля при поворотах и проезде неровностей.
Шаровая опора и рычаг

Иными словами шаровая опора даёт возможность ведущим колёсам машины перемещаться в горизонтальной плоскости (необходимо для поворота автомобиля) и обеспечивает некоторую подвижность шасси в вертикальной плоскости для «отработки» неровностей дорожного покрытия. Движение колеса вверх-вниз происходит за счёт работы амортизационной стойки, подвижности рычагов и пальца шаровой опоры, а корпус шарнира относительно ступицы при этом не перемещается. Также благодаря шаровой опоре сохраняется вертикальное положение колёс.

Шаровые шарниры применяются и в составе других деталей автомобиля. Например, в газовых упорах капота и крышки багажника, стойках стабилизатора, рулевых наконечниках, развальных рычагах, трапеции дворников. Шаровая опора часто уместна для обеспечения подвижного соединения с более чем одной степенью свободы, но применяется и в узлах с одной степенью свободы (например, в трапеции дворников).

Стойка стабилизатора, рулевой наконечник, сайлентблок, шаровая опора
Стойка стабилизатора, рулевой наконечник, сайлентблок, шаровая опора

Устройство шаровой опоры

Шаровые опоры имеют типовую и относительно простую конструкцию, но в зависимости от положения в подвеске (сверху или снизу) могут иметь отличия в строении корпуса (дно или «щеки» корпуса усиливаются для восприятия ударных нагрузок). Подробнее смотрите на схеме.

На рисунке ниже представлены две шаровые опоры — нижняя и верхняя. Как видно по разрезам, принципиальная разница только в конструкции корпуса. На нижнем шарнире усилены «щёки» корпуса, а вместо дна используется заглушка, на верхней — усилено дно опоры, а вместо «щёк» ставится запорное кольцо и дистанционная втулка.

Устройство верхней и нижний шаровой опоры
Устройство верхней и нижний шаровой опоры

В целом же конструкция шаровой опоры автомобильной подвески состоит из:

  • Металлического корпуса с шарообразным гнездом;
  • Металлического пальца шаровой опоры, на одном конце которого находится резьба или выемка (зависит от способа крепления к ступице — гайкой или стяжным болтом), а на другом — «шарик» или так называемая «головка»;
  • Термостойкого полимерного (тефлонового) вкладыша, расположенного между корпусом и головкой пальца;
  • Крышки корпуса шаровой опоры (наличие — в зависимости от конструкции шаровой опоры);
  • Неопренового чехла (пыльника);
  • Пары стопорных колец для фиксации пыльника к шаровой опоре (могут быть эластичными, металлическими или стопорными);
  • Дистанционной втулки и запорного кольца (наличие — в зависимости от конструкции шаровой опоры);
  • Гайки или стяжного болта для крепления к поворотному кулаку.

Под пыльник шаровой опоры забивается смазка, которая обеспечивает износостойкость тефлонового вкладыша. Последний делают из термостойких материалов, так как в процессе работы головка шаровой опоры способна нагреваться до 350оС. Пыльник защищает шарнир от абразивных материалов (дорожной пыли и грязи), которые в случае опадания внутрь корпуса резко снижают срок службы шаровой опоры.

Полный комплект передней подвески Audi A4 B5

На ведущее колесо устанавливается не менее одной шаровой опоры (плюс рулевой наконечник, который тоже имеет шаровую опору). В некоторых конструкциях автомобильных подвесок имеется до четырёх шарниров на колесо (а с учётом рулевых наконечников — пять). Пример — передняя алюминиевая многорычажная подвеска Audi или Volkswagen, тему которой мы затрагивали в обзоре универсала Audi A4 в кузове B5. Комплект передней подвески от этого автомобиля изображён на фото слева.

Размеры шаровой опоры зависят от типа автомобиля, конструктивных особенностей подвески, расчётных характеристик. Обычно легковые автомобили комплектуются шарнирами с размером шарика 3-4 сантиметра, на тяжёлые внедорожники устанавливаются шарики размером 5-6 сантиметров.

Шаровые опоры способны работать в широком температурном диапазоне, не издают шумов, химически- и виброустойчивы, обладают относительно высокой долговечностью. Последнее, однако, сильно зависит от качества шарниров и условий эксплуатации машины.

Классификация шаровых опор

Несмотря на относительную простоту конструкции, шаровые опоры имеют собственную классификацию. Шарниры делят:

  • По расположению в подвеске: на верхние и нижние;
  • По способу крепления к рычагам: на съёмные и несъёмные (в первом случае крепятся к рычагам болтами, во втором — запрессованы в рычаги и меняются в сборе с ними).
  • По способу крепления к ступице: гайкой и стяжным болтом (в первом случае на пальце имеется резьба, во втором — специальный паз под болт).
  • По возможности обслуживания: на обслуживаемые (с масленками или тавотницами) и необслуживаемые.

Сейчас чаще всего применяются несъёмные необслуживаемые шарниры с креплением к ступице гайкой. По истечению срока службы такие шарниры обычно меняются в сборе с рычагами. Но есть компании, которые занимаются восстановлением шаровых опор в рычагах. Обычно это обходится дешевле покупки новых рычагов.

Шаровая опора
Шаровая опора с креплением к рычагу — болтами, к поворотному кулаку — гайкой

Принцип действия шаровой опоры

Принцип действия шаровой опоры продиктован её конструкцией. Шарнир (палец) способен беспрепятственно и без зазоров вращаться в горизонтальной плоскости (вокруг своей оси), при этом может отклоняться и в вертикальной плоскости примерно на 20-30 градусов (т.е. деталь имеет несколько степеней свободы). Это позволяет ведущим колёсам поворачивать и перемещаться вверх-вниз, сохраняя вертикальное положение.

Для лучшего понимания принципов работы шаровых опор в составе передней двухрычажной автомобильной подвески рекомендуем посмотреть 3D-анимацию ниже. Шаровые опоры на видео — это элементы на зелёных рычагах, которые крепятся к синим поворотным кулакам.

Помимо визуализации также рекомендуем посмотреть видео работы передней подвески на реальном автомобиле. Шаровая опора находится в самом низу внутри обода колеса. В процессе движения машины по дороге хорошо видна работа шарниров, рычагов, стабилизатора поперечной устойчивости со стойками стабилизатора.

Как определить неисправность шаровой опоры

Диагностика шаровых опор не представляет особых сложностей, наличие неисправности в этом элементе можно определить даже на слух по скрипу или характерному металлическому стуку в районе передней подвески. Особенно отчётливо проблемные шарниры начинают «тарабанить» при проезде неровностей, лежачих полицейских, при выполнении поворотов. Но точный «диагноз» можно поставить только на СТО или в «яме», так как похожий как у шаровых стук также могут издавать:

  • Рулевые наконечники;
  • Стойки стабилизатора;
  • Опоры двигателя или коробки передач;
  • Стабилизатор поперечной устойчивости при износе втулок;
  • Подрамник.

От скрипа шаровой опоры до очевидного лязганья много времени не требуется — скрип означает, что в шаровой нет смазки, начались процессы коррозии или попал абразивный материал (им может быть дорожная пыль и песок). Часто всё это происходит одновременно в результате выхода из строя пыльника. Без смазки или с абразивом полимерный вкладыш в короткие сроки изнашивается, в шаровой опоре появляется люфт и, как следствие, она начинает стучать.

Дополнительные индикаторы неисправности шаровой опоры — изменение в управляемости автомобиля, вибрации на руле или неравномерный износ шин ведущей оси. В процессе износа шарниров «передок» машины начинает всё больше «рыскать», поскольку нарушается вертикальное положение колёс. Помимо этого сбиваются заводские установки развал-схождения, от чего страдает резина.

Неисправная шаровая опора
Неисправная шаровая опора: порван пыльник, коррозия на пальце

Обычно на станциях технического обслуживания при диагностике шаровых опор пользуются следующей методикой:

  1. Автомобиль поднимается на подъемнике;
  2. Мастер вручную поочерёдно раскачивает ведущие колёса влево-вправо по ходу движения — так, при наличии слабины или постукивания, можно быстро выявить сильно разбитые шарниры;
  3. Если люфта не обнаружено — вставляется монтировка между корпусом шаровой и рычагом и производится попытка раскачать шарнир относительно поворотного кулака или рычага. Если обнаруживается люфт — шаровая под замену.
  4. В противном случае с шаровыми опорами скорее всего всё в порядке и мастер продолжит искать виновника стука в других элементах подвески. Многие из которых, кстати, имеют схожую конструкцию.
Рулевая тяга
Рулевая тяга — в основе конструкции лежит шаровая опора

Дефекты и причины выхода из строя шаровых опор

Шаровая опора — надёжный элемент подвески при нормальной эксплуатации автомобиля. Даже при наличии неисправностей она способна еще долгое время сохранять работоспособность, однако затягивать замену вышедшего из строя шарнира не стоит, тем более что эта деталь и работа по её замене обходятся обычно не очень дорого.

В случае отрыва шаровой опоры от поворотного кулака колесо лишается точки крепления к рычагу, и автомобиль становится неуправляемым. Заодно могут повредиться и другие узлы подвески и кузова — полуоси, стойки стабилизатора, тормозные шланги, рычаги, покрышка, крыло или пороги. И это при условии, что автомобиль удастся удержать на дороге.

Последствия отрыва шаровой опоры
Последствия отрыва шаровой опоры

Неисправности шаровых опор стандартные. На примере российского автопрома приводим основные причины поломки шаровых опор и частоту их выхода из строя по сравнению с другими элементами передней подвески.

Так, по данным исследования «Анализ причин отказа шаровых опор легковых автомобилей» (Ю.В. Родионов, «Производственно-техническая инфраструктура предприятий автомобильного транспорта», изд. Феникс, 2015, с. 81), в котором использованы сведения одного из дилеров «АвтоВАЗа», 29,3% отказов передней подвески происходит из-за выхода из строя шаровых опор. Это в полтора раза чаще, чем рычаги, амортизаторы и стабилизаторы вместе взятые.

Узлы и деталиОтказыЗатраты на ремонт
Рычаги подвески2,7%4,1%
Шаровые опоры29,3%28,4%
Амортизатор16,6%34,0%
Стабилизатор0,3%0,4%
Резинотехнические изделия51,1%32,6%
Распределение видов отказов и затрат передней подвески
Шаровая опора с креплением к рычагу - винтами, к ступице - стяжным болтом
Шаровая опора с креплением к рычагу — болтами, к поворотному кулаку — стяжным болтом

К основным дефектам и, как следствие, причинам выхода из строя шаровых опор, по данным этого же исследования, относятся:

  • Усталостное разрушение полимерного вкладыша — 76 случаев из 120 изученных (~63%);
  • Нарушение герметичности пыльника — 17 случаев из 120 (~14%);
  • Нарушение целостности или геометрии корпуса шаровой опоры — 14 случаев из 120 (~12%);
  • Отсутствие пыльника — 11 случаев из 120 (~9%);
  • Частичное или полное разрушение пальца — 2 случая из 120 (~2%).

Пример замены шаровой в Chevrolet (Lada) Niva

Съемные шаровые (те, которые крепятся к рычагам болтами) — самый простой вариант для самостоятельной замены. Обычно не требуется ни подъемник, ни яма, а в качестве инструмента достаточно самого простого набора, немного свободного времени и желание своими силами устранить неисправность. На примере передней подвески внедорожника Chevrolet Niva показываем, как заменить шаровую опору.

Совет. В стандартном наборе инструмента вряд ли найдется специальный съемник. Конечно, можно попробовать обойтись и без него, но всё же желательно обзавестить им заранее, иначе процесс съёма шаровой опоры может затянуться. В нашем случае мы воспользуемся съёмником шаровых ВАЗ 2101-10 (так называемый «каблук»). Он пригодится не только для снятия шаровых, но и рулевых наконечников. Его примерная стоимость на момент публикации — 1200 рублей.

Приступаем к замене верхней шаровой опоры на примере Chevrolet (теперь уже Lada) Niva.

  1. Снимаем колесо. Для этого сначала ослабляем гайки, потом поднимаем автомобиль домкратом с проблемной стороны (не забываем установить дополнительные опоры под кузов), далее откручиваем гайки полностью и снимаем колесо. Бывает, диск прикипает к ступице, и чтобы снять колесо, необходимо хорошенько приложиться кувалдой с его внутренней стороны (перед ударом лучше подставить обрезок доски перед диском). В нашем случае тяжёлая артиллерия не понадобилась — колесо снялось без проблем.
Снятие колеса Chevrolet Niva

2. Откручиваем шаровую опору от рычага. Для этого нужно открутить три болта и гайку на пальце шаровой опоры. Особых проблем возникнуть не должно.

Открученные болты верхней шаровой Chevrolet Niva

3. Отводим поворотный кулак в сторону от рычага. Иначе верхние рычаги будут мешать снятию опоры. Также убираем в сторону тормозной шланг (для этого его предварительно нужно отсоединить от кронштейна на поворотном кулаке, потянув вниз). Сейчас можно удостовериться, что шаровая вышла из строя. В нашем случае она свободно вращалась — так быть не должно.

4. Снимаем шаровую опору с рычага. Вот здесь нам и пригодился съёмник. Поскольку шаровая всё равно пойдет в металлолом, необходимо отверткой или канцелярским ножом срезать пыльник, иначе он будет мешать установке съёмника. После этого можно будет свободно завести губки одной части съёмника между корпусом шарнира и кронштейном поворотного кулака. Альтернативный вариант снятия опоры без специального инструмента — хорошенько приложиться по шаровой увесистым молотком. Если не поможет — повторять до получения результата, а для ускорения процесса можно прогреть палец газовой горелкой.

Со съемником всё гораздо проще. Крутим гайку на винте справа по часовой стрелке — он по принципу качелей разжимает нижнюю правую часть съемника и сжимает левую часть — тем самым работая на выталкивание пальца шаровой опоры из рычага вверх. Сама по себе шарнир может и не выскочить, но создав съемником усилие на пальце достаточно будет одного чёткого удара молотком по шаровой чтобы она покинула своё место. Так у нас и произошло.

Замена верхней шаровой с помощью съемника "каблук"

5. Провести осмотр неисправной шаровой опоры. Не обязательный пункт, но можно в живую посмотреть, как выглядит вышедший из строя шарнир. Здесь была проблема в поврежденном пыльнике, который плохо защищал палец от воды и грязи. Результат — коррозия и замена элемента, поскольку ремонту эта деталь не подлежит.

Неисправная шаровая опора

6. Установить новую шаровою опору. По сравнению со снятием шарнира делается это гораздо проще, особенно если немного зачистить и смазать посадочное место в поворотном кулаке. Устанавливаем новую шаровую, прикручиваем новые гайки и болты (идут в комплекте с шаровой опорой). Осталось поставить на место колесо — и можно отправляться в дорогу.

Новая верхняя шаровая опора Chevrolet Niva

Частые вопросы и ответы

Как долго служит шаровая опора?

Шаровые опоры — надёжный элемент подвески, однако их ресурс в первую очередь зависит от качества дорожного покрытия. При езде по автобанам шарниры легко выдерживают 100-150 тысяч километров пробега. При эксплуатации автомобиля по бездорожью или не по асфальтированным покрытиям, игнорировании лежачих полицейских, дорожных ям — ресурс снижается в 3-5 раз.

Чем опасна поломка шаровой опоры?

Поломка шаровой опоры крайне опасна, поскольку при отрыве шаровой от поворотного кулака колесо теряет устойчивость, а автомобиль — управляемость. Это может привести к непредсказуемым последствиям вплоть до ДТП различной степени тяжести. Особенно опасен отрыв шарнира на высокой скорости.

Какие звуки издаёт шаровая опора?

При наличии неисправности в шаровой опоре она может сначала скрипеть, потом стучать, а может и сразу начать стучать. С увеличением износа шарнира стук становится все громче, особенно при проезде неровностей.

Подписывайтесь на нас: Дзен Новости, Google News, ВКонтакте, Telegram, по RSS

Вам также могут быть интересны наши материалы:
Авто с разными типами кузовов
Типы кузовов легковых автомобилей или какие виды машин бывают: подробный перечень, определения и классификация

Существует более двух десятков видов кузовов легковых автомобилей. Некоторые (например: Далее...

Передние лонжероны
Что такое лонжероны в автомобиле, как они устроены, для чего нужны и можно ли их ремонтировать

Лонжерон - основной несущий (силовой) конструктивный элемент кузова автомобиля и Далее...

Автомобильный катализатор
Что такое автомобильный катализатор, из чего состоит и как работает, и почему эти устройства одни удаляют, а другие — воруют

Автомобильный катализатор (каталитический конвертер, нейтрализатор) - это устройство в выхлопной системе Далее...

Задний мост Mercedes-Benz Actros
Мосты легковых и грузовых автомобилей: классификация, устройство и назначение

Мост автомобиля - агрегат колёсных или гусеничных машин, связывающий колеса Далее...

Стойки стабилизатора
Стойки стабилизатора: что делать если надоело их менять

Если спереди в подвеске внезапно что-то громко застучало так, как Далее...