autoExpert


autoExpert » СТАТЬИ » Автокомпоненты » Lemfoеrder. Опора на технологии

Lemfoеrder. Опора на технологии

Чрезвычайно ответственную миссию безопасности движения несут на себе шаровые шарниры подвески: шаровые опоры, шарниры рычага подвески или рулевого наконечника. Эти детали, несмотря на простой принцип работы, имеют довольно сложную конструкцию, а их изготовление требует применения сложных технологий.

Lemfoеrder. Опора на технологии

Эволюция подвески
Как ни странно, но подвеска автомобиля эволюционировала медленнее, чем двигатели и трансмиссия. Еще в начале ХХ века появились автомобили с мощными двенадцатилитровыми двигателями, развивавшими мощность свыше сотни лошадиных сил. Теоретически это позволяло им развивать скорость порядка 130 км/ч и более. Однако подвеска автомобилей первой половины прошлого века состояла из рессор и рычагов, соединенных шкворнями или упругими элементами. Соответственно, при шкворневом соединении смещение рычагов относительно друг друга могло происходить только в одной плоскости. А при упругом - создавало предпосылки к раскачиванию автомобиля, чему до того были подвержены конные коляски, с той разницей, что направление движения коляски определяется прежде всего лошадьми, а уже потом ее собственными колесами. Автомобиль же, будучи лишен "тянущего" конного привода, требовал для управляемости чего-то более предсказуемого.

Чем выше мощность двигателя и скорость, тем выше требования к подвеске автомобиля. Использование примитивных способов соединения долго не позволяло создать по-настоящему кинематическую подвеску, то есть такую, которая при перемещении колеса вверх или вниз сохраняла бы его в вертикальном положении. Даже подвеска спортивных автомобилей, будучи очень сложной, оставалась несовершенной. Требовалось нечто, что обеспечивало бы одновременно жесткость и подвижность соединения в трех изменениях, а не в двух, как обычный шкворень.

Lemfoеrder. Опора на технологии

Шаровый шарнир является тем элементом, который, наряду с амортизаторами и сайлентблоками, обеспечивает все ходовые преимущества современного автомобиля в скорости, динамике разгона и торможения, а также управляемости. Революция в автомобилестроении по части подвески совершилась в 1954 году благодаря именно внедрению шаровых опор. Только шаровые шарниры обеспечивают подвижную и при этом плотную, не "разболтанную", связь между рычагами и опорами подвески и колесом, позволяя ему смещаться в разных, и при этом четко заданных плоскостях, включая важнейшую - вертикальную. Шаровые опоры делают возможным подвижное соединение рычагов подвески со стойкой колеса, что позволяет, например, обеспечивать поворот передних колес и одновременно реагировать на вертикальные колебания пружины.

Шаровые шарниры, используемые в ходовой части легкового автомобиля, содержат стальную шаровую цапфу, плотно вставленную в смазанное пластиковое наружное кольцо подшипника, который, в свою очередь, встроен в стальной или алюминиевый корпус. Резиновый пыльник, расположенный сверху, предотвращает попадание грязи и проникновение влаги, а также утечку смазки. Эта конструкция, буквальное название которой звучало как "шарнир для рулевых тяг автомобилей", была запатентована в Германском ведомстве патентов предприятием Lemfoеrder Metallwarengesellschaft m.b.H. 60 лет назад.

Lemfoеrder. Опора на технологии
История успеха не требующих обслуживания шаровых шарниров началась с патента компании Lemfoerder 60 лет назад. Шаровая цапфа - основной компонент шарового шарнира, которая подвергается воздействию наибольших нагрузок.

Конечно, шаровый шарнир был изобретен намного раньше, еще в 20-х годах. Однако первые шаровые шарниры были ненадежными и требовали постоянной смазки, быстро загрязнялись и изнашивались. Это делало их применение на серийных автомобилях нецелесообразным, тем более что автомобили с открытыми колесами уступили место моделям, у которых колеса и подвеска были закрыты крыльями. Раз в неделю залезать под автомобиль, чтобы смазывать шарниры - недопустимо короткий интервал регламентных работ для гражданского транспортного средства.

В 1984 году концерн ZF Friedrichshafen AG приобрел 51 процент акций группы компании Lemforder, полностью поглотил их в 2003 году, а в августе 2011 года компания ZF Lemfoеrder GmbH полностью вошла в состав концерна. Благодаря интеграции дальнейшие разработки в области технологий шарниров подвески и рулевого управления в концерне ZF привели к тому, что современный шарнир приобрел множество других полезных функций.

С тех пор многократно испытанные шаровые опоры, сегодня не требующие обслуживания, как никогда ранее пользуются постоянным спросом и успешно реализовываются на мировом рынке. К примеру, только в 2013 году около 220 миллионов единиц шаровых шарниров сошло с производственной линии концерна ZF на 17 производственных площадках в 12 странах мира, что стало новым годовым рекордом.

Теория шарового шарнира
Сама по себе принципиальная конструкция шарового шарнира очень проста и состоит из пальца с шарообразной головкой, которая помещается внутрь корпуса с шарообразной же полостью. Однако на деле, чтобы такая конструкция работала, необходимо ввести в нее дополнительные элементы, обеспечивающие функционирование шарнира. А также применить технологии, благодаря которым такой шарнир сможет долго работать, не требуя никакого обслуживания, как-то смазывания, устранения люфтов и т.п.

В зависимости от предназначения шарнира, например шаровой опоры (верхняя или нижняя), усилие направлено либо на вдавливание, либо на вырывание пальца из корпуса. Соответственно этому существуют различные конструкции шарнира. В первом случае корпус цельный с противоположной пальцу стороны, и завальцованый со стороны пальца. Во втором - обычно состоит из двух частей: палец вкладывается в корпус, который закрывается донной гайкой или впрессованной крышкой. Всего в шаровой опоре может быть около дюжины различных деталей - вкладыши, стопорные и опорные кольца, пружины, донные заглушки или крышки.

Раньше в шарнирах использовалось трение металла об металл, но сегодня в основном применяются так называемые "низкофрикционные" ширниры, сконструированные с применением специальных материалов. Например, шаровая головка в современной шаровой опоре, рулевом наконечнике или другом шаровом шарнире подвески Lemfoеrder окружена специальным вкладышем, который обычно изготавливается из специального высокопрочного полимерного материала, устойчивого к высоким температурам и имеющего низкий коэффициент трения. В шарнирах, которые завальцовываются со стороны пальца, такой вкладыш может охватывать всю поверхность шаровой головки, кроме отверстия для перемещения пальца. В шаровых опорах с донной крышкой может использоваться кольцевой вкладыш, а иногда два вкладыша - верхний кольцевой и нижний чашеобразный, иногда подпружиненный упругим элементом.

В процессе повседневной эксплуатации шаровые опоры испытывают значительные нагрузки. В зависимости от места их установки и самой конструкции подвески они могут нести на себе весьма значительную долю массы автомобиля, а также подвергаются систематическим ударам при езде по неровностям, ямам и т.п. Одной из главных причин нарушения нормальной работы данной детали является износ поверхностей трения, что постепенно приводит к увеличению зазора между пальцем и корпусом. В результате данного процесса происходит так называемое "разбалтывание", и палец, кроме вращательного движения, начинает перемещаться поступательно. При сильном износе шаровой опоры возникают люфты, и тогда чрезмерные ударные нагрузки могут привести к вырыванию пальца из корпуса.

Материалы и технологии
Шаровая цапфа является одним из важнейших компонентов шарового шарнира, который подвергается воздействию наибольших нагрузок. На примере автомобиля среднего класса, весом около 2-х тонн видно, что при движении цапфа шаровой опоры несет около полтонны - на площади всего 2,4 квадратных сантиметра, что равняется площади поверхности цапфы в чаше шарового шарнира. Эти полтонны легко превращаются в две или даже четыре тонны момента усилия, если автомобиль въезжает на бордюр или передвигается по неровностям.

При конструировании шарового шарнира необходимо решить несколько противоречивых задач. Так, окно для вращения пальца должно быть достаточно большим, чтобы обеспечить максимальный угол отклонения пальца - чтобы даже при попадании колеса в яму палец не бил по корпусу. Для этого делаются утолщения корпуса шарнира вокруг отверстия, применяются специальные кольца, принимающие на себя и распределяющие давление вкладыша на корпус. Также края отверстия могут защищаться специальным стопорным кольцом.

Lemfoеrder. Опора на технологии
Шаровая опора воспринимает, как правило, только продольные и крутильные нагрузки, иногда рассчитана на обеспечение минимального вертикального перемещения пальца. Однако всегда является точкой приложения всего веса автомобиля.

Другой пример - плотность посадки шаровой головки. С одной стороны, сопряженность шаровой головки и вкладыша должна быть наиболее плотной, с другой - надо избежать избыточного давления, которое увеличит силу трения и нагрузку на масляную пленку между шаром и вкладышем, коротая и без того очень велика. Кроме того, подвижность колеса не должна страдать. Более того, шаровой палец должен быть настолько прочным, чтобы не ломаться при экстремальных нагрузках, а лишь деформироваться.

Шарнир должен оставаться подвижным и вращаться без затруднений весь срок службы, на который он рассчитан. Современная опора с шаровым шарниром должна также абсорбировать шум и вибрации. В деталях LEMFOERDER подобные взаимоисключающие требования достигаются применением особых материалов для подшипников скольжения (вкладышей), в которые запрессовывается цапфа. Качественные полимерные материалы достаточно дороги, поскольку по устойчивости к деформации превосходят даже металлы. Тем не менее, LEMFOERDER не экономит на них.

Качественный шарнир не должен прослабляться после определенного количества циклических нагрузок или километража пробега. Момент вращения шарнира должен оставаться в одинаковых пределах максимально долгое время, равное сроку службы шарнира. При производстве шаровых опор LEMFOERDER применяется технология "отпуска", требующая главного ресурса - времени. Благодаря этой технологии шарнир имеет одинаковую подвижность как будучи новым, так и после приличного пробега.

Срок службы шарового шарнира зависит, в первую очередь, от исходного состояния поверхностей трения. Вкладыши из сверхпрочного пластика изготавливаются таким образом, что их поверхность настолько гладкая, что на ощупь кажется "мыльной", то есть скользкой, даже без всякой смазки. Поверхность шаровой головки полируется до зеркального состояния. Если шаровая головка матовая, это значит, что под микроскопом ее рельеф будет выглядеть, как горный пейзаж - его "вершины" и "гребни" будут разрывать масляную пленку и разрушать материал вкладыша. В шаровой головке опор Lemfoеrder можно увидеть свое отражение, как в елочной игрушке с зеркальной поверхностью.

Очень большое значение придается используемой в шарнирах смазке. Обычно ее производят специализированные компании, выпускающие смазки также для аэрокосмической промышленности. Смазка должна обладать очень высокой прочностью пленки при больших нагрузках, быть температурно-устойчива и не терять своих свойств в течение всего срока службы шаровой опоры.

Не менее важна защита этой смазки от загрязнения - эту функцию выполняет манжет, он же пыльник. В деталях Lemfoеrder используется резина, которая не растрескается даже при постоянном отклонении пальца в крайнее положение, устойчива к воздействию агрессивных жидкостей и не теряет эластичности даже при воздействии экстремально низких температур. Особая форма пыльника шаровых опор LEMFOERDER способствует тому, что он не сминается, а только изменяет форму, не образуя складок. Пыльник закрепляется с помощью специальных колец из упругой стали, не подверженной коррозии - это важно, поскольку ослабление кольца однозначно приводит к выходу шарнира из строя.

Что касается антикоррозионных свойств корпуса опоры, то, например, в серийном производстве шарниров на заводах ZF Lemfoеrder применяется новая технология так называемой холодной экструзии, при которой уже не требуется трудоемких, энергоемких и дорогостоящих операций термообработки и нанесения антикоррозийного покрытия. Применение этой технологии стало возможным только благодаря переходу на новое сырье - современную специальную машиностроительную сталь, препятствующую коррозии.

О надежности и износоустойчивости современных шаровых опор LEMFOERDER, применяемых в подвеске легковых автомобилей - от компактных моделей до минибусов и развозных фургонов, говорят функциональные испытания деталей, которые проводит концерн ZF: зеленый свет поставке на конвейер дается только после успешного прохождения около миллиона нагрузочных циклов. Такие же высокие требования предъявляются и к другим характеристикам: так, опора должна сохранять герметичность под напором воды давлением в 80 бар. Кратковременное воздействие экстремальных температур от - 40 до +140 градусов по Цельсию также не должно нарушать работоспособность узла.

Тем не менее, независимо ни от чего, наилучшей гарантией качества являются поставки этих деталей подвески на сборочные конвейеры ведущих автопроизводителей. Ведь поставщик несет полную ответственность за техническую сторону безопасности автомобиля, находящегося на гарантии. В случае ДТП, причиной которого становится несовершенство конструкции или заводской брак, компенсации пострадавшим в развитых странах исчисляются миллионными суммами.

Сегодня возрастают требования к монтажному пространству и весу систем подвески. Поэтому именно использование облегченных конструкций позволяет добиться снижения расхода топлива и, следовательно, выбросов CO2. На современном легковом автомобиле со сложной многорычажной подвеской установлено до 20 шаровых шарниров, поэтому вопрос их суммарной массы становится достаточно острым, так как их вес включается в неподрессоренную массу ходовой части. Современные шаровые пальцы Lemfoеrder весят, в зависимости от их назначения, в среднем всего лишь до 200 граммов, при этом оставаясь достаточно прочными.

LEMFOERDER изготавливает современные шарниры, эффективно комбинируя материалы и технологии. "Гибридный стабилизатор", используемый в сегодняшних моделях BMW, состоит из стальной стойки, жестко закрепленной с шарнирами, корпуса которых изготовлены из полиамида, скрепленного карбоновыми волокнами. Разумное сочетание материалов делает деталь легче, без потери прочностных характеристик, и что не менее важно - позволяет сохранить привлекательный ценовой уровень. Широкое использование таких комбинированных деталей ожидается, прежде всего, в электромобилях, где каждый лишний грамм снижает КПД недешевой батареи, приводящей автомобиль в движение.

Lemfoеrder. Опора на технологии
Гибридный стабилизатор Lemfoеrder: сталь, полимер, карбон. При равной прочности изделия шарниры надежно «упакованы» в корпус и защищены манжетой. Экономия веса составляет 23% в сравнении с аналогичной конструкцией из привычных материалов.

Заводы ZF уже на протяжении длительного времени используют и другой ресурсосберегающий процесс, призванный повысить как экологичность, так и экономическую эффективность производства. Точная прессовка заготовок цапф, максимально повторяющая формы контура готовой детали, позволяет при обточке снимать всего лишь несколько граммов стальных отходов на каждой заготовке. При массовом производстве эти "граммы" превращаются в сэкономленные тонны стали и мегаватты электроенергии, а в итоге - и в сбереженные средства покупателей продукции Lemfoеrder.

Готовность к будущему
Развитие производства шарниров сегодня не ограничивается сугубо "технологиями обработки": в современный шарнир можно вставить датчик или другие элементы электроники, которые также находят свое применение на современном этапе эволюции шарового шарнира. Сегодня в ZF рассматриваются возможности применения в серийном производстве автомобилей "шарнира с интеллектом", который сможет давать информацию о состоянии автомобиля при движении, что в свою очередь может стать ценным дополнительным источником данных для различных систем помощи водителю, таких как, например, Park Assist.

Что бы ни говорили производители автокомпонентов, не допущенные в первичную комплектацию подвески премиальных автомобилей, только конвейерный поставщик может предъявить действительно неопровержимые гарантии качества своей продукции. Lemfoеrder - это сегодня синоним слова «оригинал». За этим статусом стоят самые современные технологии производства, дорогостоящие материалы и патенты. Очевидно, что безопасность автовладельцев и пассажиров, как и репутация марки, того стоят.

Источник: журнал autoExpert №1`2015. При перепечатке ссылка на источник обязательна.


www.zf.com/ua

Lemfoеrder. Опора на технологии


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
 (голосов: 0)


Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.

Архив

Сентябрь 2018 (1)
Август 2018 (12)
Июль 2018 (29)
Июнь 2018 (13)
Май 2018 (21)
Апрель 2018 (25)


Для размещения рекламы обращайтесь в рекламный
отдел по телефону:

+38 (067) 537-82-42