Шаровые опоры. Продолжение разговора

Шаровые опоры – узлы далеко не самые сложные в современном автомобиле, но степень их влияния на управляемость и безопасность движения невозможно переоценить. Вместе с тем мало найдется узлов, которые привлекают изготовителей «липы» и фальсификата с таким постоянством, как они.

Оно и понятно – спрос на опоры по-прежнему велик, как велико количество мастеров «гаражного» сервиса и самодеятельных автолюбителей – приверженцев самостоятельного автосервиса. Вот почему соблюдение технологии производства и качество изготовления шаровых опор, соответствие серийной продукции требованиям конструкции занимают такое важное место в работе компаний-изготовителей шаровых опор. Изготавливаемые в России и поступающие на российский рынок из-за рубежа шаровые опоры должны отвечать требованиям ГОСТ Р 52433-2005 «Шарниры шаровые. Технические требования и методы испытаний».

Шаровая опора служит, так же как и рулевой наконечник, для поворота колеса автомобиля, однако на отечественных автомобилях, в частности на «Жигулях», она кроме своей непосредственной задачи выполняет и другую функцию – поддержания всего автомобиля. И поэтому нагрузки, выпадающие на долю шаровой опоры, очень высоки, так усилие вырывания пальца из корпуса шаровой опоры составляет более 5 т, а усилие выдавливания – 3 т.

В процессе эксплуатации шаровые опоры испытывают серьезные нагрузки, так как в зависимости от места установки и конструкции подвески они принимают на себя значительную часть массы автомобиля и выдерживают систематические удары при проезде неровностей.

Износ трущихся поверхностей, приводящий к увеличению зазора между корпусом и пальцем, – основная причина нарушения нормальной работы шаровой опоры. В результате палец не только вращается в корпусе, но и начинает перемещаться поступательно, «болтаться». При чрезмерном износе шаровой опоры ударные нагрузки способны привести к вырыванию пальца из корпуса. Как следствие – опора не удерживает колесо, и автомобиль падает на асфальт.

«Ходимость» шаровых опор может колебаться от 15–20 тыс. км до 100–150 тыс. км и во многом зависит от технологии их изготовления. Вот и давайте еще раз вернемся к технологии. Что касается основной детали шаровой опоры – пальца, мы подробно поговорили о нем в предыдущем номере нашего журнала. Отметим лишь, что сегодня технология холодной объемной штамповки – самая совершенная, но одновременно и дорогостоящая. Поэтому позволить себе самостоятельно выпускать пальцы может далеко не каждая компания, и наиболее распространено их приобретение по кооперации.

Сейчас мы поговорим о корпусе шаровой опоры. Он может изготавливаться тремя способами. Это штампосварная технология, цельнокованая или закатная. По своим прочностным характеристикам шаровые опоры, изготовленные по двум первым технологиям, очень близки друг к другу и отличаются только величиной усилия выдавливания. Шаровые опоры, изготовленные по закатной технологии, менее прочные, но и их параметры соответствуют требованиям автомобилестроителей.

Выбор технологии – дело каждой компании-изготовителя. Главное, чтобы шаровая опора отвечала требованиям стандартов и технических условий, а они очень детальные и жесткие. Именно эти документы определяют ключевые параметры, которые должны быть обеспечены шаровой опорой во время ее работы.

К важным, определяющим параметрам, подлежащим нормированию, относятся, например, габаритные и присоединительные размеры, параметры отклонений от формы и номинального расположения присоединительных поверхностей опор; размеры замыкающего элемента, полученного после обжатия.

Кроме этого, к параметрам, подлежащим строгому нормированию, относятся:

а) максимальный угол качания шарового пальца;

б) момент сопротивления при качании шарового пальца (минимальный, максимальный);

в) момент сопротивления при вращении шарового пальца (минимальный, максимальный).

Казалось бы, этого вполне достаточно для определения рабочих характеристик такого небольшого узла, как шаровая опора. Но на самом деле существует еще с десяток величин, которые напрямую влияют на ее рабочие характеристики. Вот, например, несколько пунктов из технических условий на шаровые опоры белорусской компании Fenox, соответствующих требованиям НТД Белоруссии.

1.1.10. Ударная прочность на изгиб должна быть не менее:

а) для шаровых пальцев – одного удара;

б) для опор – 15 ударов.

1.1.11. Механические свойства материала шарового пальца (предел прочности, предел текучести) должны быть не ниже механических свойств, указанных в сертификате соответствия, сопровождающем каждую партию. Относительное удлинение материала пальца, корпуса должно быть не менее 12%.

1.1.12. Циклическая долговечность шаровых пальцев при поперечной нагрузке не менее 1000 даН должна быть не менее 3 × 105 циклов.

1.1.13. Циклическая долговечность опор при осевой нагрузке, величина которой указана в комплектах КД, должна быть не менее 1 × 105 циклов.

1.1.14. Циклическая долговечность при монтаже опор в подвеску должна быть не менее 10 циклов.

1.1.15. Ресурс опор по критерию износа должен быть не менее 50 тыс. км пробега транспортного средства. Параметр, характеризующий ресурс, – циклическая долговечность опор по износу. В стендовых условиях эквивалентного нагружения циклическая долговечность опор по износу должна быть не менее 1 × 106 циклов качания.

1.1.16. Опоры должны сохранять работоспособность при воздействии окружающей среды и условиях эксплуатации в течение не менее пяти лет – в стендовых условиях эквивалентного нагружения должны выполняться следующие требования:

а) герметичность защитных неметаллических деталей опор должна обеспечиваться при воздействии не менее 1 × 106 циклов качания;

б) морозостойкость при деформации защитных неметаллических деталей должна обеспечиваться при воздействии не менее:

1) одного цикла деформации,

2) 4 × 105 циклов качания;

в) озоностойкость защитных неметаллических деталей опор должна быть не менее 72 ч;

г) защитная способность покрытий должна обеспечиваться при воздействии не менее шести блоков нагружений;

д) стойкость защитных неметаллических деталей опор к воздействию эксплуатационной жидкости должна обеспечиваться при воздействии не менее одного блока нагружения.

В качестве узла, жизненно важного для обес­печения безопасности, шаровые опоры подвергаются жесткому контролю, как в процессе изготовления, так и периодически, и обязательной сертификации.

Как проходят испытания шаровых опор? Познакомимся с этим процессом на примере сертификационных испытаний шаровых опор BJ10 109 (ВАЗ-2101, нижн.), BJ10 110 (ВАЗ-2108) и BJ20 109 (ВАЗ-2101, верхн.) компании Fenox, совмещенных с испытаниями периодическими, которые прошли недавно в Испытательном центре «Качество» в Минске. Цель испытаний – проверить соответствие параметров и характеристик серийно выпускаемых опор требованиям российского стандарта и ТУ Республики Беларусь. Испытания проводились с применением только сертифицированного оборудования – камеры тепла и холода МС 71, разрывной машины УММ-5, стенда испытаний на ударопрочность СПИ 29, испытательного стенда СПИ 25 и динамометрического ключа. Каждый тип опоры представлен шестью образцами. В зависимости от типа опоры контролируется 11, 12 или 13 параметров.

Испытания показали, что из 13 показателей опоры BJ10 109 по восьми соответствуют требования нормативно-технической документации, а по пяти превосходят их. Опоры BJ20 109 полностью соответствуют требованиям девяти пунктов НТД, а по двум – выше их. И наконец, опоры BJ10 110. Их проверяли по 12 пунктам. И здесь результат красноречивый: данные по трем показателям превосходят требования стандарта и ТУ, остальные полностью соответствуют им. Все результаты зафиксированы и объединены в протоколе испытаний, который является официальным документом и признается всеми, кто производит, продает и устанавливает шаровые опоры.

Вы думаете, что все испытания проходят столь же гладко, а их результаты столь же радужны? Вовсе нет. Вот перед нами еще один протокол. На сей раз речь идет о сравнительных испытаниях шаровых опор трех достаточно известных российских и белорусских брендов, проведенных ИЦ «Качество». Проводились они осенью прошлого года, и их результаты, мягко говоря, заставляют задуматься. Всем участникам оказалась не «по зубам» грязевая ванна. Слов нет, это одно из самых сложных испытаний. Все защитные уплотнения шаровых опор должны наработать на отказ в активной среде, состоящей из жидкой грязи и специальных добавок, не менее 1,0 млн циклов. При этом основной элемент опоры – палец – постоянно движется в двух плоскостях.

Средний показатель для опор Fenox в этом испытании 1,01 млн циклов. А изделия других компаний, в том числе российской, не дотянули ни до рекордного, ни даже до стандартного показателя. Лучший результат, показанный образцом, скажем, А, составил 806 тыс. циклов. Это примерно на 19% ниже требований НТД и на 22% хуже показателя опоры BJ10 109. Второй образец (В) потек через 730 тыс. циклов – это лишь 73% от стандартной выносливости. Опорам Fenox он проиграл почти 35% выносливости. Но слабее всех выглядела, увы, «россиянка» – опора (С), выпущенная у нас. Ее хватило всего лишь на 610 тыс. циклов, или чуть больше половины предусмотренной стандартом величины. Отставание от изделий Fenox достигает у нее 40%.

Как видите, шаровая опора – узел довольно сложный в производстве, требующий точного соблюдения всех технологических режимов. Казалось бы, чего проще – если компания берется за их выпуск, она должна понимать всю меру ответственности перед рядовым автовладельцем, которому они достанутся. Но на практике, как видите, не все так просто – опора опоре рознь. А коли так, то и представителям сервисов перед закупкой крупных партий запчастей стоит обращаться в независимые испытательные центры, и мы, журналисты, чаще будем присутствовать на подобных испытаниях.

Мнение эксперта

Конструкции шаровых опор: их недостатки и преимущества

Валерий Неверовский, начальник ИЦ «Качество»:

Различают три вида конструкции шаровых опор: штампосварная, закатная и цельнокованая. Остальные виды практически не встречаются.

Штампосварная опора представляет собой две довольно тонкие штампованные пластины (толщина 3 мм), соединенные методом точечной сварки.

Кроме этого существенным недостатком данной шаровой опоры является заливная конструкция вкладыша (подшипника скольжения) опоры. Об этом говорит отверстие в корпусе. Конструкция данного вкладыша, в отличие от современных подшипников скольжения, не имеет канавок для задержания смазки в области трения шарового пальца, а следовательно, смазка не будет задерживаться в плоскости трения и шаровая опора выйдет из строя намного быстрее.

Закатная шаровая опора представляет собой кованый корпус с закатным «донышком». На первый взгляд, она выглядит массивно, однако имеет ряд недостатков.

Например, овальное отверстие, получаемое в корпусе опоры, требует обработки изнутри, следовательно, толщина стенок при обработке уменьшается, что делает возможным вырывание пальца из корпуса.

Так же закатная схема «донышка» не гарантирует, что при работе шаровой опоры в составе автомобиля завальцовка выдержит нагрузку в 3 т на выдавливание пальца из корпуса. Мы не говорим о том, что палец может выдавиться, однако может появиться люфт, и как следствие, шаровая опора начнет стучать.

Прежде всего конструкция закатной шаровой опоры обусловлена минимизацией затрат на производство, а не увеличением ресурса шаровой опоры.

Цельнокованная шаровая опора, которую еще называют усиленной, своим внешним видом изначально внушает доверие: толстые стенки, единый корпус.

Цельнокованный корпус гарантированно выдерживает усилие выдавливания пальца из корпуса, в десятки раз превышающее нормативное.

Место Fenox на рынке шаровых опор

Валерий Терешко, заместитель директора по менеджменту:

Рынок шаровых опор в последнее время развивается очень динамично, и конкуренция на нем сегодня высока как никогда. Появление здесь различных мелких компаний, в том числе китайских, определяет четкую динамику его увеличения. На протяжении более чем пяти лет компания Fenox является серьезным игроком на нем. Анализируя прошедший период, с уверенностью можно сказать, что в настоящее время положение на рынке для компании благоприятно. По оценкам наших аналитиков, Fenox в течение 2012–2013 годов может увеличить свою долю в этом сегменте в несколько раз. Основными предпосылками к этому являются контракты с ведущими западными компаниями, применение современного оборудования и собственные конструкторские разработки компании.

Большим преимуществом в производстве шаровых опор является наличие у компании его полного цикла, которое обеспечивает независимость от поставщиков и возможность управлять основными характеристиками шаровой опоры. Для этого компания Fenox приобрела дорогостоящее оборудование для холодной высадки, что могут позволить себе далеко не все. В ближайшее время при производстве пальцев шаровых опор будет применяться плазменное напыление, которое соответствует мировым требованиям. Если рассматривать взаимоотношения компании Fenox с ее российскими партнерами, на сегодняшний момент мы обеспечиваем стопроцентное соответствие требованиям АвтоВАЗа. Благодаря выпуску штампосварных и закатных шаровых опор все типы автомобилей, собираемых на конвейере АвтоВАЗа, могут комплектоваться шаровыми опорами Fenox.

• Леонид Круглов