Что такое цапфа в автомобиле?

Ступица: прочная основа колеса

Колесо должно быть установлено прочно и надежно, но при этом иметь возможность вращаться, поворачиваться и совершать движения в подвеске. Это обеспечивается с помощью специальной детали — ступицы колеса. Все об автомобильных ступицах — их назначении, устройстве, типах и обслуживании — читайте в статье.

Назначение и роль ступицы в ходовой части автомобиля

Ступица — одна из основных деталей колеса и подвески автомобиля, она обеспечивает установку колеса и соединение всех его частей в единую конструкцию. Также ступица дает возможность обслуживать и ремонтировать все детали колеса отдельно, без замены остальных компонентов. Если бы колесо было сплошным (неразборным), то при поломке подшипника, диска, барабана или другой детали его пришлось бы менять полностью — со ступицей достаточно заменить лишь дефектную деталь.

Ступица играет важную роль в подвеске всех колес автомобиля, а также в работе тормозов и рулевого управления. Эта деталь подвергается значительным нагрузкам, поэтому большое внимание уделяется ее конструкции, надежности и прочности. Устройство ступицы зависит от ее назначения и типа автомобиля.

Типы и устройство автомобильных ступиц

Можно выделить четыре типа ступиц:

• Ступицы ведущих неуправляемых колес; • Ступицы ведомых неуправляемых колес; • Ступицы ведущих управляемых колес;

• Ступицы ведомых управляемых колес.

Все эти ступицы отличаются по конструкции и способам установки.

Ступицы ведущих неуправляемых колес. Эти ступицы устанавливаются на задние ведущие оси грузовых автомобилей и легковых автомобилей с задним приводом. Такая ступица жестко соединяется с полуосью ведущего моста, обычно соединение выполняется с помощью предусмотренного на полуоси фланца.

В грузовых автомобилях ступица неуправляемых колес устанавливается через подшипники на полую цапфу, которая монтируется на оконечность балки моста. Таким образом, крутящий момент от редуктора через фланец этой полуоси передается на ступицу, а от ступицы уже на колесо. При такой конструкции тормозной барабан крепится к ступице, а тормозной механизм — на тормозной щит, жестко установленный на фланце балки моста или непосредственно на цапфе. В итоге достигается поставленная цель — тормозной механизм всегда статичен, а колесо вместо с тормозным барабаном вращается.

В легковых автомобилях ступица устроена аналогичным образом, однако роль цапфы обычно выполняет непосредственно балка моста. Зачастую ступица и полуось выполнены заодно, причем на них сразу напрессовывается подшипник со стопорным кольцом и крепится фланец для установки всей этой конструкции на балку моста (такое решение используется на автомобилях ВАЗ «Классика»).

Ступицы ведущих управляемых колес. Такие ступицы устанавливаются на передних мостах переднеприводных легковых и полноприводных грузовых автомобилей. В целом устройство этих ступиц повторяет устройство ступиц задних ведущих колес, однако в этом случае обеспечивается возможность отклонения колес на тот или иной угол. Это достигается установкой цапфы на шкворне или на шаровом шарнире (или на двух шаровых) — в этом случае весь узел называется поворотным кулаком. А передача крутящего момента на ступицу колеса осуществляется через шарниры равных угловых скоростей (ШРУС).

Ступицы ведомых управляемых колес. Такие ступицы используются для установки передних колес заднеприводных легковых и грузовых автомобилей. Как и в предыдущем случае, ступица ставится на поворотном кулаке, монтируемом к подвеске через шкворень или шаровые шарниры. Так как в такой конструкции передавать крутящий момент не нужно, то цапфа выполняется цельнометаллической, и никаких ШРУС здесь нет.

Независимо от типа ступицы, ее фиксация на цапфе производится одинаково — с помощью двух гаек и стопорной шайбы на торце цапфы. Стопорение гаек может производиться обычным шплинтом или деформацией гайки — ее накернением и подгибом кромки. Гайки просто фиксируют ступицу на цапфе, при этом ступица устанавливается на подшипники с минимальным усилием. Так что состояние гаек и сила из затяжки играет очень важную роль в нормальной работе всего колеса и безопасности автомобиля.

Установка ступицы на цапфу, как уже было сказано, производится через подшипники. Сегодня чаще всего можно встретить два варианта:

• Установка ступицы на двух радиально-упорных конических роликовых подшипниках, обращенных в разные стороны и разнесенных на некоторое расстояние — это «классическое» решение, используемое на многих отечественных автомобилях и грузовиках;
• Установка на сдвоенном (двухрядном) радиально-упорном подшипнике закрытого типа — более современное (и более дорогое) решение, используется на отечественных и зарубежных легковых автомобилях.

Использование радиально-упорного подшипника для монтажа ступицы обусловлено теми особенностями, в которых ей приходится работать. Дело в том, что ступица испытывает не только поперечные (или радиальные, направлены по радиусу колеса), но и продольные (направленные вдоль оси) нагрузки, поэтому применение обычного шарикоподшипника недопустимо — даже при повороте автомобиля такой подшипник просто-напросто развалился бы. Поэтому и приходится применять радиально-упорные подшипники, одинаково хорошо работающие при радиальных и поперечных нагрузках.

Однако одним радиально-упорным подшипником обойтись нельзя, так как он хорошо работает при приложении поперечной нагрузки только в одном направлении. Поэтому приходится применять сразу два подшипника, обращенных в разные стороны — это позволяет ступице и колесу нормально работать на всех режимах и допустимых нагрузках.

Подшипники должны работать в смазке и быть защищенными от негативных воздействий окружающей среды, поэтому они с внешней стороны ступиц легковых автомобилей закрываются колпачками, а в ступицах грузовиков — с помощью фланца полуоси (фланцем закрыты и подшипники заднеприводных легковых авто). С внутренней стороны подшипники защищены тормозным щитом или упорной шайбой, но всегда дополнительно устанавливается один или два сальника.

Конструктивные особенности ступиц грузовых и легковых автомобилей

Ступицы легковых и грузовых автомобилей устанавливаются по-разному, поэтому они имеют ряд конструктивных отличий.

Ступицы легковых автомобилей обычно представляют собой короткий полый цилиндр, на внешней поверхности которого имеется фланец под крепление колесного диска и тормозного диска. Внутри ступиц передних ведущих колес выполнены шлицы, а на внешней поверхности — выточки под подшипники. То есть, такая ступица вставляется в поворотный кулак своей внешней поверхностью. В заднеприводных автомобилях ступица, как указывалось выше, обычно объединяется с полуосью, на которую сразу напрессовываются подшипники.

Ступицы грузовых автомобилей выполняются в виде цилиндров достаточно большого диаметра и длины, на их внешней поверхности также имеется фланец для монтажа тормозного барабана и колес. На внутренней поверхности ступицы выполнены выточки под установку подшипников, также нередко предусмотрены стенки, разделяющие внутреннее пространство ступицы на полости для подшипников. На наружном торце ступицы имеются отверстия с резьбой для крепления фланца полуоси.

Нужно отметить, что сегодня ступицы грузовых автомобилей зачастую объединяются с тормозными барабанами, что многократно облегчает задачу обслуживания и ремонта тормозных механизмов.

Наконец, в современных ступицах часто предусмотрено место под установку разнообразных датчиков, трубопроводов для подачи сжатого воздуха в колесо и другие устройства.

Вопросы обслуживания и ремонта ступиц

При эксплуатации автомобиля ступицы и связанные с ними детали — главным образом подшипники — подвергаются износу, также могут возникать различные дефекты и поломки. Поэтому периодически необходимо производить замену ступичных подшипников, сальников, а иногда и самих ступиц. О необходимости сделать это говорит повышенный люфт (проверяется на поднятом колесе) и стуки во время движения автомобиля.

Роликовые ступичные подшипники нуждаются в периодической регулировке, которая производится с помощью гаек. В легковых автомобилях со сдвоенными радиально-упорными подшипниками такой регулировки проводить не нужно, эти подшипники необслуживаемые. Если же требуется замена подшипников, то она может быть произведена только с использованием специальных приспособлений для снятия и запрессовки.

В целом же ступица колеса отличается надежностью и долговечностью, и при регулярном обслуживании и бережной эксплуатации автомобиля не доставляет проблем автовладельцу.

Еще в этом разделе

Источник: http://www.autoopt.ru/articles/products/7895398/

Что такое цапфа?

Цапфа — это часть вала и вал в сборе, на котором размещен подшипник, или несколько подшипников. Поворотный кулак устанавливается как на переднюю, так и на заднюю ось. Существует множество исполнений цапфы в зависимости от типа подвески, применяются разные сплавы. Далее рассмотрим поворотный кулак со всех сторон.

Устройство цапфы

Чаще всего цапфа изготавливается из легированной стали, чугуна и алюминия. Главным требованием к изделию является прочность и способность выдерживать ударные нагрузки. Особенность поворотных кулаков, кроме алюминиевого, при повреждении они лопаются, а значит не поддаются ремонту.

Поворотный кулак делится на три категории:

• для передней оси независимой подвески;
• для задней оси полузависимой подвески;
• для задней оси независимой подвески.

Передняя ось

Цапфой здесь называют поворотным кулаком за возможность поворачивания колес. Кулак имеет ось для конических подшипников или отверстия под ступичный узел. Крепится к подвеске за счет шаровых опор рычагов:

• на двухрычажной подвеске (ВАЗ 2101-2123, “Москвич”) цапфа крепится к двум рычагам через нижнюю и верхнюю шаровую опору;
• на подвеске типа МакФерсон нижняя часть кулака крепится через шаровую к рычагу, верхняя часть предусматривает крепление к амортизатору, который держится за счет опоры на кузовном стакане.

Помимо прочего, на цапфе предусмотрены отверстия или сошки под крепление рулевого наконечника, за счет чего колеса способны поворачивать при усилии на руль.

Задняя ось

Кулак задней подвески имеет разные модификации:

• для балки (полузависимая подвеска) цапфа имеет несколько отверстий для крепления к балке, ось под ступичный узел, а также резьбу для крепления ступичного подшипника. Цапфа крепится к балке, ступичный узел выпрессовывается на ось цапфы, после зажимается центральной гайкой;
• для независимой подвески предусмотрена цапфа аналогичной конструкции, что и в передней подвеске. К кулаку крепится один или несколько рычагов, также есть модификации (алюминиевая цапфа), где в кулак выпрессовывается плавающий сайлентблок. Чаще всего в задний кулак подшипник не выпрессовывается, вместо это 4 или 5 болтами крепится ступичный узел.

Срок службы цапфы и причины поломки

Срок службы поворотного кулака рассчитан на всю эксплуатацию авто. Выход из строя цапфы может быть в нескольких случаях:

• ДТП, когда при сильном ударе происходит деформация подвески и разлом кулака;
• попадание в глубокую яму на высокой скорости, для алюминиевых кулаков приводит к их деформации, а значит невозможности стабилизировать развал-схождение колес;
• износ посадочного места под ступичный подшипник, возникает вследствие долгой езды с незатянутой ступичной гайкой, а также из-за эксплуатации авто с неисправным подшипником (сильный люфт создает сильное трение и вибрацию).

Крайне редко возникают ситуации, когда возникает выработка в посадочных местах под палец рулевого наконечника и шаровой опоры. В данном случае сильная затяжка не помогает, шарниры все равно болтаются в “ушах” кулака, эксплуатация авто при этом запрещена.

Как заменить?

Замена цапфы — трудоемкий процесс. Рассмотрим несколько вариантов.

Передний кулак

Для замены кулака требуется сразу же заменить ступичные подшипники или узел в сборе. Перед демонтажом необходимо сразу сорвать центральную гайку ступицы (требуется длинное плечо), а также сорвать гайки крепления шаровых опоры, рулевого наконечника. После колесо вывешивается, снимается. Первым разъединяется наконечник рулевой тяги, за счет этого цапфа будет свободно вращаться. Далее демонтируется шаровая опора (если привод передний, то снимается амортизатор) и кулак снят. Важно заранее обработать соединения “жидким ключом”, так как болты и гайки подвески часто подвергаются коррозии. Монтаж цапфы производится в обратном порядке.

Задний кулак

Если подвеска независимая, то принцип демонтажно-монтажных работ одинаков. Для цапфы полузависимой балки достаточно снять колесо, после открутить 4 болта, которыми крепится кулак. Если вы оставляете старую ступицу, ее следует выпрессовать, но это возможно при наличии трехлапого съемника или гидравлического пресса. При установке новой цапфы болты крепления должны быть новыми, обязательно обработаны медной смазкой. 

После монтажа нового кулака обязательно отрегулируйте подшипники, а также обеспечьте ступичный узел достаточным количеством смазки. 

» Статьи » Что такое цапфа?

Источник: https://avtotachki.com/chto-takoe-czapfa/