Вращение колёс автомобиля обеспечивают подшипники, расположенные между ступицей и кулаком подвески. Конструкции существуют самые разнообразные, всё зависит от типа привода, структуры подвески и эволюционного развития подходов к разработке ходовой части.
Многое решают цена и технологичность. Но все узлы объединены общим понятием ступичного подшипника, которое используется при диагностике и ремонте. В инженерной лексике могут упоминаться и другие термины.
Структура и функции подшипника колеса
Функционально подшипниковый узел служит для возможности свободного вращения колеса, укреплённого на ступице.
Можно укрупнённо различить несколько элементов, обслуживающих колесо:
- цапфа поворотного кулака (или без возможности поворота для неуправляемой оси), на которую надевается подшипник своей внутренней обоймой в одной из схем;
- кулак с проушиной, куда запрессован подшипник наружной обоймой, если ступица крепится ко внутренней;
- ступица, это вращающая деталь, связывающая одну из обойм подшипника с колесом;
- тормозной диск, укреплённый на ступице;
- колёсный диск, связанный со ступицей болтами или шпильками с гайками.
Взаимосвязь элементов и их расположение зависят от выбранной схемы ступичного узла. Их достаточно много.
Какие бывают ступичные подшипники
Все детали можно классифицировать по форме тел качения, количеству дорожек, способу обеспечения зазора и смазки, функциональному объединению подшипника и ступицы.
В эволюции узла выделяют несколько поколений и конструктивных особенностей.
- Самая простая схема состоит из одиночного радиально-упорного подшипника между осью (цапфой) и ступицей. Она уже давно не применяется в автомобильной технике, поэтому первым поколением можно считать конструкцию из двух конических роликовых подшипников, установленных встречно на цапфе.
Наружные обоймы запрессованы в ступицу, а внутренние относительно легко могут перемещаться по цапфе под усилием регулировочной центральной гайки. Ею регулируется минимальный зазор, необходимый для смазки.
Для ведущих колёс схема зеркалится, то есть ступица с приводным валом внутри, цапфа отсутствует, а наружные обоймы прессуются в проушину кулака.
- Для исключения регулировочных операций в процессе эксплуатации был разработан двухрядный подшипник, зазор которого обеспечивался максимальным сжатием внутренней разрезной обоймы.
Регулировка не нужна, центральная гайка затягивается максимальным моментом. В качестве тел качения используются как ролики, так и шарики. Последние хуже переносят нагрузки, но имеют минимум потерь на трение и меньше шумят.
- Дальнейшее развитие технологии двухрядных узлов привело к появлению конструкции, где упразднялась наружная обойма, вместо неё использовалась ступица.
То есть та же обойма, но с крепежом для колеса и тормозного диска. Исключалась отдельная деталь и операции по запрессовке. Но при этом повышались требования к материалу, термообработке, а значит и цена. Естественно, были варианты с вращением по внутренней обойме и по внешней, в зависимости от привода и схемы.
- Логичный очередной шаг — так называемая схема HUB-3, где то же самое проделали и с внутренней обоймой. С теми же последствиями, в итоге образовался компактный и простой ступичный узел. Хорошо защищённый от внешних воздействий и простейший в монтаже. Минус один, уже очень он дорогой.
- И на этом конструкторы не желают останавливаться. На горе потребителю и на радость производителям появляются ступицы, совмещённые уже и с приводными шарнирами ШРУС, тормозными дисками, видимо скоро и с колёсными. Бездисковые обода уже существуют, но пока широко такие модули не производятся.
Общими для всех конструкций классифицирующими решениями являются использование шариков или роликов, а также вращение по разным обоймам. Можно выделить ведущие и свободные оси, но это не самое принципиальное.
Симптомы неисправности
Колёсные ступичные узлы тяжело нагружены, особенно в динамике ударов от неровностей и нагрузок в поворотах, в том числе и боковых толчков.
Запас по прочности используется редко, поэтому самое слабое место – тела вращения и беговые дорожки постепенно выходят из строя. Проявляется это примерно одинаково в виде нарушения равномерности качения.
Наружу выходят два основных симптома – вой, хруст или иные звуки, а также перегревы. Неисправная деталь испытывает повышенное трение, что ведёт к росту температуры с ускорением износа лавинного типа.
В пределе – полное разрушение, большой люфт и отделение колеса. Не всегда полностью, помешает зажатый суппортом тормозной диск. Но управляемость почти исчезнет, что очень небезопасно.
Причины выхода из строя ступичного подшипника
Можно детализировать порядок разрушения и ведущие к нему воздействия и физические явления.
Разрушение поверхности
Усталость металла неизбежно приводит к питтингу – выкрашиванию изначально гладких поверхностей. Образуется подобие «лунного пейзажа».
Контакт практически точечный у шариковых и линейный у роликовых, а значит металл нагружен очень тяжело, появление питтинга лишь вопрос времени.
Атмосферная коррозия
Узел обычно закрыт сальниковыми или манжетными уплотнениями, между ними заложена стойкая консистентная смазка. Но полностью и надолго проникновение влаги и кислорода перекрыть невозможно, а стойкость к коррозии специальных сплавов вступает в противоречие с их прочностными характеристиками.
Это надо знать: Замена опорного подшипника передней стойки со снятием амортизатора и без
Коррозия работает параллельно с усталостным питтингом. Ремонтники часто видят, когда в разрушенных узлах вместо смазки находится ржавая грязь.
Задиры поверхностей
Задир – специфическая форма износа, наступающая по двум причинам (недостатка смазки и нарушенного зазора). Последнее встречается в перетянутых узлах, где заложена регулировка.
При нулевом зазоре или натяге работают только подшипники с циркуляцией жидкой смазки. Консистентная требует зазора, но её плёнка может оказаться нестойкой из-за дефицита или деградации. Возникают отрывы поверхностного слоя металла – задиры.
Плохая герметичность
У некоторых подшипников не предусмотрена дополнительная герметизация полноценными сальниками с кольцевыми пружинами.
Они закрыты только резинометаллическими заглушками, что ненадёжно. Со временем смазка начинает заменяться на воду и абразивы, это быстро убивает поверхности.
Ошибки в запрессовке
Категорически нельзя при запрессовке прикладывать усилие через тела качения. Их форма искажается, а на беговых дорожках образуются вмятины.
Такой узел долго не протянет, начнёт шуметь сразу, перегреваться и разрушаться от микроударов. При работе надо использовать оправки и прессовое оборудование.
Неправильно затянута гайка ступицы
Многие путают ступичные узлы с регулирующей гайкой и той, которая тянется большим моментом до соприкосновения половинок обоймы.
В результате вместо зазора может образоваться натяг или наоборот, нештатный люфт с последующим ударным разрушением.
Перегрев
Нештатный перегрев возникает по разным причинам. Это тепло от тормозов, внутренние потери на трение у изношенных деталей, потеря смазки. Металл теряет прочность и быстро выкрашивается.
Преодоление водных преград
Мало какие автомобили рассчитаны на постоянное преодоление бродов и глубоких луж. Все прочие страдают от вымывания смазки, коррозии и последующего ускоренного износа. В порядке доработки иногда внедряют нештатные уплотнения.
Большой диаметр колеса
Увеличенные колёса не только добавляют проходимости, но и перегружают ступичные узлы из-за больших плечевых и вибрационных нагрузок.
Если автомобиль, обычно это внедорожники, подвергается подобным доработкам, то необходимо усилить и подшипники. Это изменённые под больший размер ступицы с механообработкой кулаков.
Развал-схождение
При нарушении углов установки колёс подшипники страдают от изменения векторов нагрузки на обоймы, а значит и на элементы качения. К динамическим нагрузкам добавляются статические, детали ускоренно изнашиваются, ресурс падает.
Заводской брак
Стремясь к удешевлению ремонта, владельцы приобретают некачественные изделия малоизвестных фирм. Здесь больше брака, а главное – применяется металл с упрощенной рецептурой.
При тех же размерах узел не в состоянии выдерживать даже штатные нагрузки. Встречаются и дефекты формы шариков, бракованные сепараторы, а также недостаток или отсутствие заложенной смазки.
Как проверить передний и задний подшипник ступицы
Проще всего диагностировать подшипник колеса, свободного от привода. Его вращают от руки в вывешенном состоянии, оценивая плавность хода, отсутствие шумов, перекатов и вибраций. Малейшее подозрение – сигнал к замене.
У приводных колёс дефекты маскируются элементами трансмиссии. Можно оценить наличие поперечного люфта, а точная диагностика потребует отсоединения приводного вала, но опытный специалист справится и без диагностической разборки.
Замена колесных подшипников
Детали устаревших конструкций заменяются сложнее, потребуется снять колесо, ступицу, тормозной диск и суппорт, выпрессовать обоймы и смонтировать новые подшипники.
Усилие прикладывать только к прессуемой обойме, оно не должно передаваться через шарики или ролики.
Интегральные ступичные узлы крепятся болтами или гайками, что гораздо проще и не требует прессовых усилий. Снижается вероятность повреждения беговых дорожек.
Отсутствуют и специфические проблемы с изменением геометрии ступиц, поработавших с разрушенными подшипниками, но за это приходится платить по высокой стоимости укрупнённых узлов.
