Направление 2. Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса

_______________________________________________________________________________________

УДК 629.113

К ВОПРОСУ ОБ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ШАРОВЫХ ОПОР АВТОМОБИЛЯ ПРИ УСЛОВИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ В РФ

В. Е. Новиков, студент;

В. А. Лисин, кандидат технических наук, доцент

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ)», Омск, Россия

Аннотация. В данной статье рассматриваются возможные варианты конструкции шаровых соединений автомобиля. Особое внимание обращается на элементы шаровой опоры. На основе анализа существующих цен на рынке обосновывается целесообразность применения технологий замены, восстановления шарового соединения.

Ключевые слова: шаровая опора, конструкция шаровых соединений, автомобиль, подвеска.

TO THE QUESTION OF OPERATIONAL RELIABILITY OF BALL BEARINGS OF THE CAR UNDER THE CONDITION OF OPERATION IN THE RUSSIAN FEDERATION

V.E. Novikov, student;

V.A. Lisin,candidate of technical sciences, associate Professor

Federal State Budget Educational Institution of Higher Education

«The Siberian State Automobile and Highway University», Omsk, Russia

Annotation. The article sets the task of considering possible designs of ball joints of the car. Special attention is paid to the existing types of ball joints. Based on the analysis of existing prices on the market, the expediency of using technologies for replacing and restoring the ball joint is justified.

Keywords: ball bearing, ball joint design, car, suspension.

Поскольку автомобиль является частью системы «автомобиль- водитель-дорога-среда», то его свойства проявляются только во взаимодействии с элементами этой системы. Поэтому значимость определенного эксплуатационного свойства в оценке качества или эффективности применения автомобиля зависит от условий, в которых это свойство проявляется, т. е. от условий эксплуатации. Условия эксплуатации автомобилей в целом определяются дорожными, транспортными и природноклиматическими.

Природно-климатические условия в нашей стране подразделяются на несколько климатических зон - умеренного климата, холодного климата, жаркого и высокогорного климата. Основной характеристикой климатической зоны, существенно влияющей на эксплуатационные свойства автомобилей, является температура окружающего воздуха. Изменение атмосферных условий оказывает влияние на работу двигателя, трансмиссии, шин, что приводит к изменению эксплуатационных свойств автомобиля. Нормативные значения оценочных параметров, приводимые в справочной литературе, даны для новых автомобилей и стандартных условий эксплуатации (температура окружающего воздуха +25 °С, атмосферное давление 750 мм рт. ст., дорога - прямолинейная, горизонтальная с цементобетонным или асфальтобетонным ровным покрытием).

В общем случае автомобили используются в разных климатических зонах, значительно отличающихся значениями климатических факторов. Например, средняя годовая температура воздуха в нашей стране имеет весьма широкий диапазон значений от +16,8 °С (жаркий сухой район) до -16,6 °С (холодный район), средняя влажность воздуха изменяется от 20 % (жаркий сухой район) до 80 % и более (умеренно влажный район). Даже внутри одного и того же климатического района значения климатических факторов в течение года изменяются в широких пределах. Так, в умеренно климатическом районе (Москва) средняя суточная температура в течение года колеблется от +30 °С до -30 °С, а в очень холодном (Якутск) - от +30 °С до -60 °С [1].

Шаровая опора (шаровой шарнир) – это кинематическая вращательная пара, которая служит соединением для ступицы колеса к рычагу. Главная задача шаровой опоры стоит в том, чтобы обеспечить поворот колёс в горизонтальной плоскости, а так же исключать возможность перемещения их в вертикальной. Вообще, шаровые шарниры используются далеко не только в

138

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

опорах ступиц – их можно встретить в рычагах передней подвески, обладающих возможностью регулировки угла развала колёс, и в рулевой трапеции, и даже в креплении газовых упоров капота [4].

Изначально конструкторам было ясно, что шаровая опора будет достаточно нагруженным узлом в подвеске автомобиля, что отрицательно повлияет на её ресурс. Производить данный узелиз особо прочных материалов, таких как, например, титан или тантал не представлялось целесообразным, поэтому шаровую опору превратили практически в расходный материалдля того, чтобы в случае необходимости, было возможно без особых проблем и больших денежных затрат заменить новой.

Конструкция шаровых

Конструкция шаровой представлена на рисунке 1 [2].

•Стержень из металла(палец) с шарообразным наконечником с одной стороны и резьбой или радиальной проточкой на другой стороне для крепления стяжным болтом;

•Пыльник - полиуретановый, силиконовый или резиновый элемент, обеспечивающий герметичность рабочей зоны шаровой, с целью избегания попадания влаги и грязи;

•Полимерный подшипник;

•Корпус, имеющий форму цилиндра;

•Прижимная шайба, обеспечивает плотное прилегание полимерного подшипника к шару.

Рисунок 1 – Конструкция шаровой опоры (разрез)

Классификация шаровых опор

В случае фиксации шаровой в отверстии поворотного кулака посредством гайки палец опоры может фиксироваться самоконтрящейся гайкой (то есть гайкой с внутренним пластиковым стопорным кольцом), или же обычной гайкой, которая впоследствии шплинтуется.

Вариант фиксации стержня шаровой опоры в поворотном кулаке при помощи стяжного болта является альтернативным способом(Mazda 626). Данный способ крепления является наиболее энергозатратным, так как стяжные болты склонны к «прикипанию», то естьутрате подвижности внутри отверстий кулака в результате реакции, при которой между плотно прилегающими деталями возникают химические связи, вследствие этогоданные детали становятся фактически неразъемными. Как пример можно привести автомобильAudi A6. Шаровые опоры передней многорычажной подвески

139

Направление 2. Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса

_______________________________________________________________________________________

присоединены к поворотному кулаку, выполненному из алюминиевого сплава, и закреплены одним стяжным болтом, который в свою очередь часто «прикипает» настолько, что извлечь его невозможно. Впоследствииэтогоавтовладелецвынужденприобретать новый, дорогостоящий поворотный кулак.

Для оптимизации конструкции подвески шаровую опору перенесли с рычага на поворотный кулак. В кулак шаровая может:

1.запрессовываться(HondaAccord);

2.крепиться болтами (LADAPriora);

3.фиксироваться стяжным болтом в кронштейне кулака (SubaruLegacy). Каждому из способовприсущи свои плюсы и минусы.

Впервом варианте для замены шаровой придется снять весь поворотный кулак. Для этого необходимо отсоединить его от верхнего и нижнего рычагов. Так же это влечёт за собой демонтаж суппорта и тормозного диска.

Второй и третий вариант намного проще, потому как для замены достаточно будет отсоединить нижний рычаг от шаровой опоры.

Эксплуатационная надёжность

Исходя из конструктивных особенностей шаровой опоры, срок службы её зависит напрямую от трёх элементов:

1.Полимерный вкладыш. Как правило, вкладыш со временем разбивается, и металлический стержень начинает люфтить, тем самым уничтожая пластик. Когда это происходит, то появляются посторонние щелчки и стуки, особенно на неровной дороге. Необходимо заметить, что благодаря развитию технологий в области полимерных материалов, срок службы внутренних и внешних элементов шаровых опор значительно увеличился. Если вспомнить отечественные машины, например все те же "Жигули", то ресурс шаровых опор был не велик, примерно 23-32 тысячи километров пробега. Если мы будем рассматривать современную иномарку, то в среднем их ресурс составляет от 145 до 170 тысяч километров пробега. Как видим, технологии действительно помогли значительно увеличить срок службы элементов подвески, на примере шаровых опор [3].

2.Пыльник.Ещё одна важная и неотъемлемая часть шаровой опоры. Данный элемент является заменяемым и для автовладельцев крайне важно, почаще обращать на них внимание. 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,[3].

3.Смазка. Пластическая смазка, ещё один немаловажный фактор для определения сроков службы шаровой опоры, её закладывают внутрь, между шаровым пальцем и цилиндрическим корпусом. Данная операция позволяет в разы снизить коэффициенты трения между шаровым пальцем и полимерным подшипником.

Причины и следствия выхода из строя шаровых опор

Известно, что опору придумали, как замену шкворню, но избавившись от него, не избавились от сил, действующих на шарнир. Существует три основных причины выхода шаровой опоры из строя:

1.Повышенные ударные нагрузки на подвеску, то есть обычная эксплуатация автомобиля в привычных для граждан РФ дорожных условиях.

2.Отсутствие смазочного материала там, где он должен быть.

3.Разрушение пыльника опоры, а следствие, попадание влаги и абразивных частиц вовнутрь обоймы шарнира. Наглядно данные разрушения представлены на рисунке 2[4].

Рисунок 2. Видимые разрушения пыльника опоры, с явными следами утечки смазки

Из всего вышесказанного может сделать вывод о важности шаровой опоры, о необходимости своевременного её диагностирования, поскольку данный узел является несущим в подвеске автомобиля. Несвоевременная замена или ремонт шаровой опоры может привести к негативным последствиям. Пример выхода из строя шаровой опорыпредставленным на рисунке 3 [5].

140

ОБРАЗОВАНИЕ. ТРАНСПОРТ. ИННОВАЦИИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

Сборник материалов III Национальной научно-практической конференции

_______________________________________________________________________________________

Рисунок 3 – Последствия выхода из строя шаровой опоры

Восстановление шаровой опоры

Существует несколько вариантов восстановлениешаровой:

1.Полная замена на новую

2.Переделка в разборную

3.Восстановление без разбора

Восновном автовладельцы предпочитают просто заменить выходившую свой ресурс шаровую опору на новую. Ремонт опоры,интегрированной в рычаг подвески, для множества иномарок является достаточно дорогостоящим удовольствием, так как стоимость единичного рычага довольно весомая,

аимеют место транспортные средства, где находятся сложные конструкции (до 5 рычагов подвески со стороны одного колеса). Также, помимо стоимости замой запчасти, следует помнить об оплате работ по снятию и установке этих самых рычагов. Поэтому по данной причине услуги мастеров, занимающихся реставрацией опор, интегрированных в рычаг, достаточнораспространены. Данная услуга обойдется автовладельцув разы дешевле, чемпокупкановой опоры, [6].

Наиболее распространённый вариант – это переделка опоры в разборную.Рычаг разбирается, старый вкладыш утилизируется, палец шлифуется. Далее к шаровой на место завальцовки наваривается втулка с внутренней резьбой. Вытачивается вкладыш, состоящий из двух половинок: верхнего кольца и нижней тарелки, узел собирается на смазку, снизу фиксируется прижимной гайкой, которая вкручивается снизу в резьбовую втулку, [7].

Менее популярный, но не менее эффективный способ ремонта – это восстановление. Шаровая демонтируется, в дне опоры сверлится отверстие. Затем необходимо тщательно очистить внутреннюю полость шаровой от пластической смазки и прочих абразивных частиц. Шаровая устанавливается в установку, которая позволяет запрессовать расплавленный полимер через заранее подготовленное отверстие, до полного заполнения всех образовавшихся во время эксплуатации зазоров между шаровым пальцем, полимерным подшипником и цилиндрическим корпусом.

Согласно конструктивным особенностям шаровых опор, были выбраны автомобили с каждым видом используемых в эксплуатации шаровых соединений. Стоимость восстановления для каждого вида на примере автомобилей представлена в таблице 1.

Таблица 1 – Примерная стоимость восстановления шаровых опор автомобилей

141

Направление 2. Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса

_______________________________________________________________________________________

В соответствии с проведённым анализом, можно сделать следующие выводы:

1.Конструкция шаровой состоит из 5 элементов:

•палец с шарообразным наконечником;

•пыльник, обеспечивающий герметичность рабочей зоны шаровой;

•полимерный подшипник;

•корпус;

•прижимная шайба.

2.Классификацию шаровых опор можно разбить на две группы, каждая из которых делится на подгруппы:

а) по типу крепежа шаровой опоры к рычагу:

•с креплением корпуса опоры к рычагу подвески;

•интегрированная в рычаг подвески.

б) по типу крепежа к поворотному кулаку:

•с фиксаций в отверстии посредством гайки;

•с фиксацией при помощи стяжного болта.

3.Срок службы шаровой опоры напрямую зависит от трёх конструктивных элементов:

•полимерный подшипник

•пыльник

•смазка

4.Исходя из примеров стоимостей на услуги по восстановление опор можно убедиться в значительной экономии средств при выборе услуги восстановления шаровой без разбора.

Библиографический список

1.Условия эксплуатации автомобилей: [сайт] – URL: https://studme.org/162583/tehnika/usloviya_ekspluatatsii_avtomobiley (дата обращения: 02.03.2020)

2.Восстановление шаровой опоры гидроцилиндра: [сайт] – URL: http://studentlib.com/chitat/kursovaya_rabota_teoriya-41346-vosstanovlenie_sharovoy_opory_gidrocilindra.html (дата обращения: 01.03.2020)

3.Что такое шаровая опора. Особенности, принцип работы, устройство и ресурс: [сайт] – URL: https://bazliter.ru/steeringcontrol/678-sharovaya-opora-princip-raboty-resurs.html (дата обращения: 02.03.2020)

4.Шаровая опора или шкворень — что лучше?: [сайт] – URL: https://auto-ru.ru/sharovaya-opora.html (дата обращения: 02.03.2020)

5.Что такое шаровая опора. Особенности, принцип работы, устройство и ресурс: [сайт] – URLступа: https://bazliter.ru/steeringcontrol/678-sharovaya-opora-princip-raboty-resurs.html (дата обращения: 05.03.2020)

6.Шаровые опоры, как они устроены и как их менять: [сайт] – URL: https://www.kolesa.ru/article/sharovye-opory- kak-oni-ustroeny-i-kak-ih-menyat (дата обращения: 06.03.2020)

7.Проверка шаровой опоры, причины их поломок: [сайт] – URL: https://zen.yandex.ru/media/halva/proverka- sharovoi-opory-prichiny-ih-polomok--5b4e49ea86b64100a85afb2d (дата обращения: 06.03.2020)

142