ШРУС

У подавляющего большинства легковых автомобилей, внедорожников и грузовых автомобилей повышенной проходимости передние колеса ведущие. Угловое положение этих колес постоянно меняется в двух плоскостях – горизонтальной (поскольку они управляемые) и вертикальной (от действия подвески), и в то же время они должны передавать крутящий момент (поскольку они ведущие). Следовательно, у всех этих автомобилей между колесом и приводом должен быть установлен шарнир.

Из-за «неизлечимых болезней» конструкции известный с незапамятных времен карданный шарнир, даже сдвоенный (как на заднеприводных автомобилях), для привода передних колес с независимой подвеской использовать не удалось. В начале прошлого века развитие переднеприводных автомобилей и внедорожников затормозилось до тех пор, пока не были отработаны конструкция и технология изготовления синхронных или гомокинетических шарниров, которые сегодня называют шарнирами равных угловых скоростей или просто ШРУС.

Все современные конструкции ШРУСов родом из 20–30-х гг. прошлого века.

Так, в начале 20-х гг. появились сдвоенные шарниры. Идея их создания проста – соединить «спинами» два кардана. Однако шарнир получился довольно громоздким и на легковых машинах после 60-х гг. не используется. Применяется до сих пор на грузовиках со всеми ведущими колесами, тракторах и строительной технике.

Кулачковые шарниры. В 1925 г. французский инженер-теоретик Жан-Альдер Грегуар получил патент на кулачковый шарнир «Тракта», который по лицензии ставился на французские и немецкие машины. У шарнира очень мал износ, он может работать при больших углах, но имеет низкий КПД. Эволюционировавший «Тракта» – кулачково-дисковый шарнир – и сейчас применяется в грузовиках с постоянным приводом на все колеса, где при мощном моторе потери на трение мало ощущаются.

В середине 30-х гг. немецкий инженер Г. Юнг, работавший в ДКВ, желая выйти из патентной зависимости от Грегуара, сделал свой шарнир. Он применялся на многих немецких машинах 30–70-х годов, последней из которых был «Трабант».

Шариковые шарниры. Еще в 1923 г. опять-таки немецкий разработчик Карл Вейсс получил патент на четырехшариковый шарнир. Этот патент вскоре был приобретен американской компанией «Бендикс». «Бендикс-Вейсс» имел врожденные недостатки, но все-таки получил широкое распространение, в том числе и на отечественных автомобилях УАЗ, ГАЗ-66, ЗИЛ-131 и их преемниках.

«Рцеппа». Однако лучшими, хотя и сложными в изготовлении оказались разработки Альфреда Рцеппы. Он оформил два патента 1927 и 1936 гг. Идеи, заложенные в них, позволили сконструировать шарнир, в котором крутящий момент передается шестью шариками. Он оказался компактнее «Вейсса», долговечнее его, мог работать при больших углах. Эта конструкция получила наибольшее распространение на современных легковых автомобилях. Лицензию на «Рцеппу» купили многие производители. Вторичную лицензию в 1975 г. купил ВАЗ для «Нивы». Эта лицензия дала начало производству всех отечественных ШРУСов.

«Трипод». Развитием идей Альфреда Рцеппы стал шарнир со сферическими роликами. Он более надежен, долговечен и не боится ударов. Шарниры «Трипод» бывают жесткие и универсальные. На легковых автомобилях универсальные шарниры «Трипод» могут использоваться в качестве внутренних – они работают при меньших углах, но допускают осевые перемещения промежуточного вала.

Это историческое отступление приведено здесь для того, чтобы показать, что сегодня автотранспорт использует большинство типов синхронных шарниров (кроме, может быть, шарнира Юнга): в легковых автомобилях прочно завоевали себе место неоднократно модернизированные «Рцеппа», «Трипод» и их производные. А на мощных тяжелых внедорожных автомобилях – кулачково-дисковые и сдвоенные. Кроме того, в последнее время ШРУСы активно используют для привода ведущих задних колес заднеприводных и внедорожных автомобилей. У этих ШРУСов свои особенности. Поэтому, чтобы не запутаться, сначала поговорим только о шарнирах переднеприводных легковых автомобилей.

Конструкция

Крутящий момент передается на колесо с помощью двух шарниров – внутреннего и наружного, соединенных промежуточным валом. Наружный ШРУС должен обеспечивать передачу момента при изменяющихся угловых направлениях, а внутренний должен допускать изменение длины всей передачи (аналогично шлицевому соединению в карданной передаче), чтобы компенсировать изменение расстояния от колеса до силового агрегата при работе подвески.

Практически во всех современных конструкциях наружный шарнир шестишариковый. Внутренний может быть либо шариковым, либо типа «Трипод».

Шариковый шарнир состоит из корпуса с наружной обоймой, внутренней обоймы, шести шариков и сепаратора, удерживающего шарики. Шарики размещены в канавках (дорожках) корпуса и обоймы. Внутренние и наружные шариковые шарниры конструктивно отличаются дорожками в корпусах и обоймах: дорожки под шарики во внутреннем шарнире прямые, а в наружном радиусные. Радиусные обеспечивают большой угол поворота, а прямые позволяют деталям шарниров перемещаться в осевом направлении, компенсируя колебания подвески. Шариковый шарнир требует обильной и постоянной смазки. Его герметичность обеспечивают резиновые гофрированные чехлы-пыльники. Во-первых, гофры сделаны для того, чтобы компенсировать поворот колеса, и, во-вторых, каждый раз, когда пыльник сжимается, он нагнетает свежую смазку к парам трения, обеспечивая обновление и перемешивание смазки.

В большинстве устоявшихся конструкций шесть шариков. Однако недавно американское отделение GKN и японская NTN практически одновременно предложили восьмишариковые шарниры. Главное здесь не число шариков, а иная геометрия «обкатки» внутри шарнира. Поэтому восьмишариковые компактнее и легче обычного. Более оптимальное распределение усилий внутри шарнира позволило снизить потери на трение. А это на Западе сейчас непременно сводят к экономии бензина и нормам на СО₂, поэтому ожидается, что восьмишариковый потеснит традиционную конструкцию.

ШРУС – это сложный, но при грамотной эксплуатации и хорошей смазке надежный и долговечный узел. У официальных дилеров гарантийный срок обслуживания 100 тыс. км, расчетный срок службы шарниров, изготовляемых для вторичного рынка, 120 тыс. км. Фактический срок определяется нагрузками на детали, состоянием дорог, стилем вождения, и обычно 150 тыс. км – это не предел для нормального изделия. Тогда возникает вопрос: если ресурс ШРУСа сравним с ресурсом автомобиля, то почему их делают в столь огромных количествах и они на вторичном рынке неизменно имеют очень хороший спрос?

Основных болезней у ШРУСов, собственно, только две. (Но какие!)

Во-первых, ШРУС плохо переносит удары. Аварии и плохие дороги – это первая причина повышенного спроса на узел, который при нормальной эксплуатации может пережить сам автомобиль. Неисправности ШРУСа редко появляются внезапно, обычно он «сигналит» стуками и щелчками в такт вращения колеса при поворотах с разгоном.

Во-вторых, шариковый шарнир совершенно не терпит утечки смазки и попадания внутрь воды и грязи. Разрыв резинового чехла смерти подобен. Поэтому все технические специалисты и рекомендации по эксплуатации дают очень правильный совет. При обнаружении разрыва не стоит откладывать посещение сервиса ни на день. Там, пока еще не поздно, должны снять, разобрать и промыть ШРУС. Если износ еще незначителен, то меняют смазку и ставят новые чехлы. Для этих операций выпускают многочисленные ремкомплекты, в которые входят чехлы и хомуты для их крепления, новая смазка и крепеж самого ШРУСа. А если процесс был запущен, то предстоит дорогостоящая замена шарниров. Все правильно, только вот как это сделать? Как вовремя заметить разрыв чехла?

Сошлюсь на собственный опыт. ШРУСы моей машины ни с какого боку не разглядеть. Клиренс ее (машины) 125 мм. Я при своих небольших габаритах при всем желании туда не влезу. Да и желания лезть под машину обычно ни у кого нет. Значит, ШРУСы и состояние пыльников можно разглядеть только на подъемнике или в смотровой яме. Как часто моя машина бывает на подъемнике? Раз в год. Если очень не повезет, то два. Значит, если я порвал чехол ШРУСа сразу после посещения сервиса, то до следующего ТО шарнир совершенно точно не доживет… Думаю, у других автовладельцев картина похожа.

Дорогостоящий узел, чудо инженерной мысли, великое технологическое достижение защищает от смерти копеечная резинка, состояние которой проконтролировать рядовому владельцу невозможно. Порвать чехол острой льдинкой в сугробе, веткой на даче или в лесу, а также чем-то метко вылетевшим из-под колеса на дороге или в результате контакта с бордюром тротуара при неудачной парковке может каждый. Разрыв чехла одинаково быстро угробит как высококачественный ШРУС с ресурсом 150 тыс. км, так и дешевое изделие, гарантия на которое не превышает 65 тыс. км.

Подозреваю, что, как с этим бороться, никто не знает или просто никто не хочет с этим бороться. Не хочет потому, что «спрос рождает предложение» и сотни заводов по всему миру в огромных количествах делают ШРУСы, защищенные теми же резинками. И по тому же закону рынка все эти ШРУСы находят своих потребителей, вынужденных менять «убитые» ШРУСы.

Впрочем, производители ШРУСов в этой ситуации виноваты меньше всех, поскольку они повторяют конструкцию, утвержденную производителями автомобилей.

Основные производители ШРУСов:

GKN Lobro, GKN Spidan – (GKN Service International GmbH – Германия). GKN – несомненный лидер рынка, поставляет свою продукцию на конвейеры чуть ли не всех мировых автоконцернов. GKN принадлежит 40 заводов, расположенных в 30 странах мира по признаку территориальной близости к производителям автомобилей. Ежегодно GKN производит 60 млн шарниров. Доля компании на мировом рынке ШРУСов составляет порядка 40%.

GSP (Китай). Компания GSP основана в 1985 г. в США. GSP – бренд экономсегмента. Каталог GSP – один из самых обширных: в нем можно найти ШРУС практически для любого массового автомобиля. Если ставится задача найти самый дешевый ШРУС для конкретной модели, чаще всего это будет именно GSP. Для того чтобы иметь возможность держать низкие цены, в 2002 г. все производство компании было перенесено в Китай.

LPR (Италия). LPR основана в 1952 г. Один из лидеров рынка. Имеет современную производственную базу.

Ruville. Торговая марка принадлежит компании Egon von Ruville GmbH, которая занимается поставкой запчастей на вторичный рынок. Под брендом Ruville выпускается продукция сторонних изготовителей, таких как SKF, Timken, Koyo, INA, SNR и др. То есть Ruville не производит компоненты на своих заводах, а размещает заказы у партнеров, при этом контролируя качество и обеспечивая конкурентную цену.

MAPCO. С 1977 г. головной офис MAPCO Autotechnik GmbH находится недалеко от Берлина, несмотря на то что основана компания была во Франции. Производство шарниров равных угловых скоростей и приводов в сборе налажено с 1995 г.

Metelli, Cifam. Компания Metelli S.p.A. основана в Италии в 1962 г. Производит компоненты тормозной системы, карданные валы, универсальные шарниры равных угловых скоростей. Бренд Cifam был создан Metelli S.p.A. в 1979 г. и сейчас принадлежит компании, хотя в течение 12 лет находился «в свободном плавании».

INTER BRAKES. Компания NUOVA TECNODELTA S.p.a. основана в 1963 г., с 1989-го входит в итальянский концерн OMR Group. ШРУСы для европейских автомобилей появились в ассортименте NUOVA TECNODELTA  в 2003 г., вместе с приобретением компании INTER BRAKES.

SKF, GLO. Компания SKF Group (Швеция) основана в 1907 г., специализируется, помимо прочего, на создании технических решений и продуктов в области высокоточных подшипников и средств герметизации. С 2008-го в состав группы входит и другой известный производитель ШРУСов – итальянская GLO. На рынке существуют оба бренда.

Meyle. Компания Wulf Gaertner Autoparts AG (Германия) производит широкий ассортимент комплектующих для основных европейских марок легковых автомобилей. Работает на рынке более 40 лет.

Friesen. Компания Quinton Hazell Automotive Ltd. основана в Канаде в 1950 г. Производит широкий спектр приводных механизмов для основных европейских марок.

JP Group. Компания JP Group A/S (Дания) основана в 1976 г. Штаб-квартира, производство и склады находятся в датском городе Выборге. JP Group производит широкий ряд запчастей преимущественно для немецких автомобилей, а также предлагает продукцию сторонних компаний под своим брендом.

NTN. Японская компания, специализирующая на производстве подшипников и ШРУСов. Входит во французско-японское объединение SNR-NTN.

Finwhale. ШРУСы Finwhale разработаны компанией Grunntech таким образом, что они превышают требования производителей.

Masuma. Компания размещает заказы на свои изделия на заводах Японии, Кореи, Тайваня и КНР. ШРУСы Masuma отличаются высоким качеством и большой прочностью.

LYNX. Торговая марка LYNX auto принадлежит компании Akita Kaihatsu, которая в качестве коммерческой компании входит в производственное объединение NKN Ltd. (Япония). Ассортимент ШРУСов насчитывает 2500 наименований и покрывает 80% международного парка.

«БелМаг». ШРУСы «БелМаг» – это результат долговременного сотрудничества НПО «БелМаг» с ведущими европейскими поставщиками сборочных конвейеров. Наружный ШРУС имеет традиционную шестишариковую конструкцию, а внутренний – более современную – «Трипод», которая применяется в автомобилях ведущих мировых производителей.

Fenox. Деятельность международной ассоциации компаний Fenox сосредоточена на производстве широчайшего спектра компонентов автомобиля. В активе ассоциации 12 специализированных заводов. ШРУСы Fenox отличаются повышенной прочностью, их ассортимент охватывает всю линейку переднеприводных автомобилей российского производства.

HDK. Компания Himeji Daiichi Kogyo специализируется на производстве ШРУСов для японского и корейского рынков.

«Серп и молот». Саратовский завод «Серп и молот» – одно из старейших предприятий России. С 2008 г. производит ШРУСы для отечественных автомобилей. Поставщик ШРУСов для автомобиля «Шеви-Нива» на конвейер GM-AVTOVAZ.

И это далеко не все производители даже среди ключевых игроков рынка. Об особенностях продукции каждого бренда рассказы еще впереди.