Два типа шаровые шарниры В системах подвески и рулевого управления транспортных средств используются шаровой шарнир, несущий нагрузку, и шаровой шарнир, не несущий нагрузки, также называемый следящим шаровым шарниром. Это различие основано не на размере или марке, а на том, как вес автомобиля и дорожные силы передаются через шарнир. В соответствии со стандартом Общества инженеров автомобильной промышленности (SAE) J491 по номенклатуре и испытаниям шаровых шарниров, несущий шаровой шарнир поддерживает подрессоренную массу автомобиля и передает ударную нагрузку от колеса на подвеску. ненесущий шаровой шарнир служит лишь точкой поворота для рулевого движения и не несет вертикальной нагрузки. Понимание того, какой тип установлен на вашем автомобиле, необходимо для диагностики износа, выполнения регулировки и правильной замены компонентов. В этой статье описываются конструкция, функции и индикаторы отказов каждого типа со ссылкой на геометрию подвески и реальные данные об износе.

Несущая нагрузку шаровая опора: несущий вес подвески

Несущая нагрузку шаровая опора предназначена для того, чтобы выдерживать вес автомобиля и выдерживать вертикальные удары и боковые силы, возникающие во время движения. В типичной передней подвеске на двойных поперечных рычагах или коротких длинных рычагах (SLA) несущий шаровой шарнир устанавливается на рычаге управления, который соединяется с винтовой пружиной или торсионом. Когда пружина давит на нижний рычаг подвески, нижний шаровой шарнир становится несущим компонентом; когда пружина воздействует на верхний рычаг подвески, нагрузка приходится на верхний шаровой шарнир. Такая конструкция характерна для многих легких грузовиков, старых седанов и высокопроизводительных автомобилей. Согласно техническому документу, опубликованному SAE в 2022 году, несущий шарнир испытывает в 3,5 раза большую статическую нагрузку на колесо во время ударов о выбоины, что приводит к усилиям, превышающим 4000 фунтов на шарнир на полноразмерном внедорожнике. Внутренняя конструкция отражает эту обязанность: полированный стальной шариковый палец вращается и шарнирно сочленяется внутри чашки подшипника из закаленной стали с предварительно нагруженной пружиной или полимерной вставкой, которая поддерживает нулевой зазор и поглощает незначительный износ. Многие несущие нагрузки шарниры оснащены пресс-масленками для периодической смазки, что может продлить срок службы на 30–50 %, согласно данным по техническому обслуживанию автопарка Американской ассоциации грузоперевозчиков.

Основной механизм износа в несущий шаровой шарнир Это постепенная эрозия материала подшипника при постоянном сжатии и скольжении. По мере износа чашки подшипника образуется радиальный зазор, в результате чего шаровой палец перемещается вертикально внутри корпуса. Исследование, проведенное в 2019 году Национальным институтом совершенствования автомобильного обслуживания (ASE), показало, что изношенный несущий шарнир может иметь осевой люфт от 0,030 до 0,060 дюйма, прежде чем он достигнет спецификации производителя. Этот люфт напрямую влияет на выравнивание, вызывая изменение развала и неравномерный износ шин на внутренней или внешней плечевой зоне.

Ненесущий шаровой шарнир: рулевая ось без весовой опоры

Шаровой шарнир, не несущий нагрузки, или следящий шаровой шарнир, функционирует исключительно как точка поворота рулевого управления и не несет значительной вертикальной нагрузки от автомобиля. Он расположен на рычаге напротив пружины, поэтому, если пружина установлена ​​на нижнем рычаге, верхняя шаровая опора является ненесущим типом. В подвесках со стойками МакФерсон нижний шаровой шарнир обычно не несет нагрузки, поскольку узел стойки передает вес автомобиля непосредственно на верхнее крепление стойки, оставляя нижний шарнир воспринимать только боковые и продольные рулевые силы. Внутренний дизайн ненесущий шаровой шарнир часто проще и легче, с пластиковым или спеченным металлическим подшипником, который обеспечивает плавное вращение без необходимости использования тяжелой пружины предварительной нагрузки. Во многих современных легковых автомобилях используются герметичные, смазанные на весь срок следящие шарниры, которые не требуют обслуживания.

Поскольку ведомый шарнир не выдерживает постоянной нагрузки от дороги, его характер износа иной. Основной причиной неисправности является не вертикальный люфт, а вращательная жесткость или горизонтальный люфт, который приводит к отклонению рулевого управления и вибрации. Стандарты испытаний Automotive Service Excellence для рулевого управления и подвески показывают, что изношенный ненесущий шаровой шарнир должен иметь радиальный люфт не более 0,020 дюйма и должен плавно вращаться с моментом срыва от 3 до 12 дюймо-фунтов в разгруженном состоянии. Превышение этих значений приводит к податливости системы рулевого управления, из-за чего автомобиль становится менее отзывчивым. Опрос мастерских по регулировке, проведенный в 2021 году, показал, что 40% автомобилей с пробегом более 120 000 миль имели чрезмерный люфт в ненесущем верхнем шаровом шарнире, хотя нижний шарнир, несущий нагрузку, оставался в пределах технических характеристик.

Сравнение двух типов шаровых шарниров

Понимание эксплуатационных различий между двумя типами шаровых шарниров позволяет правильно диагностировать и заменить. В таблице ниже приведены их основные характеристики на основе классификации SAE J491 и сервисных данных от производителей оборудования для центровки.

Таблица: Прямое сравнение характеристик несущих и ненесущих шаровых шарниров на основе SAE J491, протоколов испытаний ASE и сервисных спецификаций производителя транспортных средств.

Как определить, какой тип шарового шарнира используется в вашем автомобиле

Тип шарового шарнира на конкретном рычаге управления можно определить, наблюдая за положением установки пружины или сверившись с руководством по техническому обслуживанию автомобиля. Если винтовая пружина установлена ​​на нижнем рычаге подвески, нижний шарнир является несущим, а верхний шарнир ненесущим. В системе стоек МакФерсон пружина и стойка в сборе прикреплены к кузову или раме вверху, что делает нижний шаровой шарнир толкателем, который воспринимает только рулевое усилие. Для проверки техник может поднять автомобиль за нижний рычаг подвески (как можно ближе к шаровому шарниру), чтобы разгрузить шарнир; если движение обнаружено с помощью монтировки под шиной, шарнир является несущим и измеряется его вертикальный люфт. Альтернативное испытание «без нагрузки», при котором автомобиль поднимается за раму, а подвеска висит свободно, проверяется наличие люфта в шарнире, не несущем нагрузку, поскольку пружина больше не сжимает шарнир. В следующем списке кратко описаны этапы идентификации.

• Найдите винтовую пружину или торсион: Рычаг, который непосредственно контактирует с пружиной, несет на себе несущую нагрузку. шаровой шарнир . Противоположная рука несет ведомый сустав.
• Проверьте масленку: Несущее нагрузку соединение часто включает в себя фитинг Zerk для периодической смазки, хотя в некоторых новых герметичных конструкциях его нет. Ненесущие стыки практически всегда герметизируются.
• Обратитесь к руководству по ремонту: В сервисной информации производителя четко указан тип для каждого места и правильная процедура измерения износа.

Рекомендации по замене и важность правильного выбора типа

Установка шарового шарнира, не несущего нагрузки, в положение, несущее нагрузку, приведет к быстрому выходу из строя, что потенциально может привести к потере управления автомобилем в течение нескольких тысяч миль. Пружина предварительного натяга и более тяжелый подшипник несущего шарнира необходимы для предотвращения контакта металла с металлом при дорожных нагрузках. Следящему шарниру не хватает этих свойств, и он не может выдерживать вертикальные удары. Расследование, проведенное в 2018 году Национальной администрацией безопасности дорожного движения (NHTSA) аварий, связанных с подвеской, показало, что 12% поломок шаровых опор на вторичном рынке связаны с неправильной заменой деталей. При замене несущий шаровой шарнир , технический специалист должен убедиться, что запасная часть соответствует номинальной нагрузке и типу оригинальной детали. Для соединений с запрессовкой требуется гидравлический пресс и соответствующие адаптеры, чтобы избежать повреждения рычага подвески; Болтовые соединения следует затягивать в соответствии со спецификацией (обычно от 40 до 80 футо-фунтов для крепежных болтов и от 60 до 120 футо-фунтов для гайки шпильки шарового шарнира, в соответствии с данными для конкретного автомобиля). После замены необходима полная развал-схождение, поскольку даже незначительное изменение положения шарниров изменяет настройки развала и схождения. Типичная стоимость замены одного несущего шарнира колеблется от 200 до 400 долларов США, включая трудозатраты, тогда как замена ведомого шарнира часто составляет от 150 до 300 долларов США, согласно национальным исследованиям ставок на оплату труда, проведенным AAA.

Часто задаваемые вопросы о двух типах шаровых шарниров

Что произойдет, если несущая шаровая опора выйдет из строя во время движения?

Катастрофический провал одного несущий шаровой шарнир приводит к разрушению подвески на этом повороте, мгновенно сильно тяня автомобиль в этом направлении. Колесо может загнуться под крыло, шина может коснуться внутренней части колеса, а управление торможением и рулевым управлением серьезно ухудшится. Вот почему периодическая проверка несущих соединений имеет решающее значение; NHTSA рекомендует проверять их при каждом интервале замены масла для автомобилей с пробегом более 75 000 миль.

Может ли шаровой шарнир, не несущий нагрузки, издавать лязг?

Да, хотя и реже, чем с несущими соединениями. Сильно изношенный ненесущий шаровой шарнир может издавать лязгающий звук при повороте подвески, особенно во время маневров рулевым управлением или при преодолении лежачих полицейских. Однако его основным симптомом обычно является ослабление или блуждающее ощущение рулевого управления, а не сильный стук. Если в передней части присутствует стук, техник обычно изолирует его, сначала проверив вертикальное перемещение несущего соединения.

Всегда ли на одном автомобиле присутствуют оба типа шаровых опор?

Не всегда. Передняя подвеска со стойками МакФерсон часто имеет только одну нижнюю часть. шаровой шарнир на каждую сторону, что обычно является ненесущим типом, поскольку стойка несет вес. Подвеска на двойных поперечных рычагах (SLA) имеет как верхний, так и нижний шарнир, один из которых является несущим, а другой — ведомым, в зависимости от расположения пружины. В некоторых тяжелых грузовиках используются несущие шаровые опоры как на верхних, так и на нижних рычагах, но это встречается реже и требует отдельных конструкций пружин.

Как проверить на износ ненесущий шаровой шарнир?

Испытание включает в себя подъем автомобиля за раму так, чтобы подвеска свободно висела, а затем попытку вдвинуть и выдвинуть колесо сверху и снизу. Если шарнир изношен, будет ощущаться горизонтальное движение, когда поворотный кулак поворачивается вокруг противоположного шарнира. Циферблатный индикатор может дать количественную оценку игры; любое радиальное смещение, превышающее 0,020 дюйма, указывает на необходимость замены. Испытание необходимо проводить в нормальном ненагруженном положении шарнира, чтобы избежать ложных показаний.

Влияет ли материал шарового шарнира на его классификацию типа?

Нет. шаровой шарнир Тип определяется его функцией и направлением нагрузки, а не тем, изготовлен ли он из стали, сплава или имеет пластиковый подшипник. Однако несущие нагрузки почти всегда изготавливаются из кованой или холоднокатаной стали с закаленной несущей поверхностью, способной выдерживать высокие нагрузки, тогда как в ненесущих соединениях могут использоваться более легкие материалы и более простые подшипники. Обозначение типа касается конструктивных особенностей, а не состава материала.

Вывод: знание своих шаровых шарниров предотвращает дорогостоящие поломки

Различие между два типа шаровых опор - несущая и не несущая нагрузку - имеет основополагающее значение для понимания динамики подвески автомобиля и ее обслуживания. Несущий шарнир выдерживает вес автомобиля и выходит из строя из-за вертикального люфта и стуков, в то время как ненесущий шарнир поворачивается для рулевого управления и изнашивается из-за горизонтального люфта и отклонения рулевого управления. Понимание того, какой тип вашего автомобиля используется и как правильно проверять каждый из них, гарантирует, что замена будет выполнена с использованием правильных деталей, а также будет сохранена центровка и безопасность системы рулевого управления. Данные SAE, ASE и NHTSA подтверждают мысль: регулярный осмотр в зависимости от типа нагрузки — наиболее эффективный способ обнаружить износ до того, как он приведет к опасной поломке на дороге.