Вначале, нужно определиться с тем, что мы будем называть вибрацией. Вибрация это периодические незатухающие механические колебания. «Механические» - это значит, что они ощущаются нами в виде перемещений (толчков) деталей подвески, кузова, органов управления автомобилем и деталей интерьера салона автомобиля.
Тут надо уточнять, что в автомобиле бывают высокочастотные вибрации, на частоте звука (сопровождающиеся гулом, воем, скрипом, писком). Мы сейчас не про эти вибрации говорим. Говорим о вибрациях более низкой частоты, которые досаждают автомобилиста не звуком, а реальным физическим ощущением (трясет).
«Периодические» – это значит что повторяются они многократно, через определенный промежуток времени. То есть, это не хаотичные отрывистые одноразовые толчки (как например, при проезде ямы или неровности),
а устойчиво повторяющиеся с определенной периодичностью толчки.
«Незатухающие», потому что амплитуда этих колебаний остается примерно постоянной какое то продолжительное время. Не как «круги на воде», которые успокаиваются за несколько секунд,
а продолжающиеся достаточно длительное время.
Такие незатухающие колебания ещё называют «автоколебания». «Авто-» от слова «автоматический». Это говорит о том, что какая то периодическая сила поддерживает эти колебания, чтобы они не затухали.
Такую периодическую силу создает какой то механический «генератор». Какие «генераторы» периодических сил могут быть в автомобиле, которые генерируют механические вибрации?
Сразу перечислю самые вероятные «генераторы» механических колебаний в автомобиле, а дальше мы разберем каждый из них подробнее:
1) Первый «генератор» это двигатель ДВС + коробка передач = силовой агрегат. Во время своей работы, он генерирует вибрации аж нескольких порядков (даже если он исправен и работает штатно). Конструкторы постарались изолировать кузов, салон и водителя с пассажирами от вибраций силового агрегата, но эта изоляция не абсолютна.
2) Второй «генератор» это приводные валы трансмиссии (карданы, привода с креставинами ШРУСами и муфтами). Находясь в неисправном состоянии, эти валы и шарниры могут создвавать механические колебания и передавать их на силовой агрегат, подвески и кузов.
3) Третий «генератор» это тормозные диски и тормозные барабаны – вращающиеся детали тормозных механизмов. Неисправные тормозные механизмы, расположенные непосредственно возле колеса, могут создавать вибрации при торможении, которые будут передаваться кузову автомобиля через подвеску колес, рулевое управление или гидропривод тормозов.4) Четвертый «генератор» это колеса (сборочная единица = диск колеса + шина). Вращающиеся колеса, обладающие определенной массой и геометрией, могут иметь дефекты, создающие вибрации, которые будут передаваться на кузов, через подвески и рулевое управление.
Как вибрацию в автомобиле ощущает водитель (пассажиры). Вибрирует кузов (сидение), руль, тормозная педаль (и другие педали). Эти детали могут вибрировать все одновременно и по-отдельности. Иногда вибрацию можно услышать на слух (вибрирующие детали вызывают вибрацию воздуха в звуковом диапазоне) или наблюдать визуально (например, расплывается изображение в салонном зеркале заднего вида).
Почему вибрация ощущается на определенных частотах автоколебаний (определенные обороты двигателя или определенная скорость движения автомобиля. Потому что на этой частоте (оборотах или скорости) «генератор» колебаний входит в резонанс. Резонанс из физики – это значительное увеличение амплитуды результирующих колебаний, при совпадении частоты колебаний с собственной частотой колебательной системы. Колебания у нас создает какой то «генератор», а колебательная система – это подвеска автомобиля и элементы его кузова. Если менять свойства колебательной системы (например, поставить амортизаторы и пружины с другими характеристиками или устранить люфты в подвеске…), то можно сместить резонанс в другую область оборотов генератора или вообще свести вибрацию к минимуму, но «генератор» (причина этой вибрации) никуда не денется и если причина вибрации – неисправность, то ее все равно надо устранять.
Как распознать причину ощущаемой вибрации? Дело в том, что перечисленные выше четыре «генератора» создают вибрации при различных условиях. По этим условиям, их и вычисляют.
Первый «генератор» (силовой агрегат), в отличие от остальных перечисленных, может создавать вибрации на неподвижном автомобиле, когда ДВС работает на определенных оборотах (обычно резонанс этих колебаний наступает на оборотах 3,5 тыс).
Так же, на холостых оборотах часто можно ощущать повышенную вибрацию ДВС и КПП. Вибрация МКПП или сцепления диагностируется выжиманием педали сцепления на стоянке при работающем ДВС. Если при выжиме сцепления вибрация пропадает, значит вибрируют внутренности КПП. Если при выжиме сцепления вибрация возрастает, значит вибрируют детали сцепления. Так же, силовой агрегат может создавать вибрацию при старте с места (включении сцепления или при интенсивном разгоне автомобиля вперёд или назад). На автоматических трансмиссиях, вибрация может появиться уже при включении режима коробки Драйв и удерживании автомобиля на месте тормозами. Причины: неисправность ДВС, КПП, сцепления, подушек силового агрегата, контакт силового агрегата или глушителя с кузовом, подрамником или защитой (иногда какой нибудь посторонний предмет типа камня, палки или льда в зазоре между силовым агрегатом и деталями кузова подрамника или защиты.
Запомним основной признак первого «генератора»: может проявляться на НЕПОДВИЖНОМ автомобиле!
Второй «генератор» механических колебаний – приводы и карданные валы. Приводы вращают колеса (и вращаются с той же угловой скоростью, что и колеса.
Карданы вращаются с большими угловыми скоростями, чем колесные приводы (обороты различаются во столько раз, каково передаточное число редуктора главной передачи). Поэтому и резонансы колебаний (усиление вибраций) возникают у них на разных скоростях движения автомобиля. По этому признаку можно вычислить вибрацию кардана – она проявляется обычно на небольшой скорости 70-80 км\ч, тогда как резонанс вибраций колесных приводов, как и колес бывает на скоростях движения 90-120км\ч. Это важный признак вычисления неисправного кардана, но иногда кардан может вибрировать и на больших скоростях (в районе 100 км\ч), при определенных дефектах крестовин. Кстати, вибрация кардана может быть не из за неисправностей самого кардана, а например из за кривого фланца, к которому кардан прикручивается.
Еще одним важным условием, по которому вычисляют вибрацию приводных валов является наличие на них крутящего момента (когда водитель нажимает педаль газа и автомобиль ускоряется или наоборот, под сброс газа в накате). Изменение характера вибрации в зависимости от передаваемого крутящего момента является основным признаком, по которому вычисляют неисправность приводов. Дело в том, что привода передают крутящий момент через шарниры (ШРУСы или крестовины) и эти шарниры бывают неисправны (имеют раковины на рабочих поверхностях или разрушенные игольчатые подшипники роликов, или люфты в шарнирах и шлицах, или люфт слишком большой внутреннего ШРУСа в корпусе дифференциала…). Неисправный шарнир привода не всегда можно диагностировать простым осмотром, иногда нужна разборка с осмотром рабочих поверхностей.
Иногда можно поменять ШРУСы или приводы местами (правый с левым) и такая перестановка поможет победить вибрацию если не насовсем, то по крайней мере в диагностических целях.
Запомним основной признак второго «генератора»: обычно проявляется при наличии КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА в трансмиссии движущегося автомобиля!
Третий «генератор» механических колебаний – тормозные диски и тормозные барабаны.
Эта причина вибрации отличается от других главным признаком: вибрация проявляется только при торможении на ходу. Чаще это проявляется при торможении автомобиля с больших скоростей (при торможении с малых скоростей не так заметно эту вибрацию). Особенно это актуально для передних дисковых тормозов (задние барабанные тормоза обычно создают вибрацию уже при торможении с малых скоростей). Вибрацию дисковых тормозов ощущают в виде вибрации тормозной педали, руля и всего кузова. Вибрации задних барабанных тормозов ощущаются как вибрация всего кузова и прерывистое замедление автомобиля. Неисправности тормозов, которые приводят к вибрациям: осевое биение рабочих поверхностей тормозных дисков 0,1мм и больше, осевое биение ступиц колёс (поверхности, на которые опираются тормозные диски), иногда - заклинивание направляющих пальцев плавающего суппорта усугубляет вибрацию дисковых тормозов.
Ну а в барабанных тормозах причина вибрации – овальность тормозных барабанов (или нарушение геометрии ступиц, на которые опираются тормозные барабаны). Биение тормозных дисков я измеряю индикатором часового типа на штативе. Овальность тормозных барабанов видно при осмотре рабочей поверхности барабана (овальный барабан имеет тёмные пятна).
Запомним основной признак третьего «генератора»: проявляется ПРИ ТОРМОЖЕНИИ автомобиля на ходу!
Четвертый «генератор» механических колебаний автомобиля – самый распространенный – это колёса.
Бывают четыре дефекта автомобильных колёс приводящие к вибрациям: а)весовой дисбаланс, б)неравномерная жесткость шины по окружности, в)нарушение геометрии колёсного диска или шины, с)неточная центровка колёсного диска на шейке ступицы.
Допустимый весовой дисбаланс не более 5 грамм. Допустимые биения посадочной полки колёсных дисков не более 2мм. Неравномерная жесткость шины определяется на стенде с прижимным барабаном и маркируется на шине красной точкой.
А вот про центровку колеса на ступице следует рассказать подробно. Тут кроется основная причина вибраций современных автомобилей. Потому что сейчас очень популярно потребление народом всяких нестандартных колёсных дисков. При этом мало кто обращает внимание на то, что колёсные диски должны очень точно подходить к ступицам данного автомобиля по размеру ЦО (центрального отверстия). Колесо должно одеваться на ступицу с усилием переходной посадки (плотно). Это нужно для того, чтобы в торцовой плоскости сопряжения колеса со ступицей (плоскости возможного сдвига колеса относительно ступицы) присутствовал жесткий направляющий элемент, препятствующий возможному радиальному сдвигу колеса относительно ступицы. Так положено в технике.
Иногда, достаточным направляющим элементом для центровки колеса на ступице являются конуса колёсных болтов (гаек). Лучше, когда эти конуса расположены в непосредственной близости от плоскости сдвига. Но это обычно возможно только с штампованными стальными колёсными дисками малой толщины. А если колёсный диск легкосплавный, то его ступица обычно имеет большую толщину и опорная плоскость конусов находится в стороне от плоскости сдвига. Вот тогда и происходит сдвиг диска относительно ступицы. Трение торцов ступицы и диска не в состоянии предотвратить сдвиг колеса и колесо смещается на кочках. Появляется биение колеса, сопровождаемое вибрацией.
Заметил что колёсные болты (шпильки) диаметром 14мм гораздо реже допускают такое смещение неотцентрованного колеса (чем болты-шпильки диаметром 12мм) . Так же имеет значение количество колёсных болтов (шпилек) более четырёх.И еще, оказывается, что колесные шпильки лучше удерживают колесо от сдвига, чем колесные болты.
Однако, даже толстые шпильки, при достаточном их количествене всегда удерживают колесо от смещения и направляющий элемент в плоскости сдвига просто необходим. Например у переднеприводных моделей Лада или у БМВ центровка колеса на ступице очень важна.
При применении колёсных дисков с нестандартным ЦО, народ колхозит туда всякие направляющие (центрующие) кольца. Обычно они пластиковые. Но пластик не очень подходит, потому что недостаточно жесткий и термопластичный. Пластиковое кольцо легко раздавить при затяжке колеса, оно может деформироваться или разрушиться со временем. Лучше точить индивидуальные металлические центрующие кольца. Есть фирмы, которые занимаются этим профессионально. Они так же восстанавливают нарушенную геометрию ЦО дисков (даже у стандартных дисков возможна вибрация из за нарушения геометрии ЦО). Кстати, ЦО у легкосплавных дисков часто бывает поражено коррозией, деформировано. ЦО у штампованных дисков бывает выполнено очень некачественно (оно там «квадратное»).
Часто встречаю жалобу автовладельцев на вибрацию, которая происходит явно от колес. Мне говорят, что колеса проверяли в трех монтажках и даже ставили другие колеса и не помогает. Но я не верю. Во первых, что там за диски в этих колесах? Часто встречаю легкосплавные диски со следами ремонта (их вытягивали, грели, прокатывали и даже варили). А кто может быть уверен, что ремонт дисков не нарушает геометрию дисков. Как происходит правка легкосплавных дисков? Центруют диск по ЦО на какой то втулке, которую подбирают туда примерно. Диск притягивают болтами через отверстия крепёжных болтов, но он на этих болтах не центруется. Тянут полки дисков домкратами, а кто может быть уверен, что при этом не деформируется ступица диска и геометрический центр диска не смещается относительно центра его крепёжной базы? По какой базе это колесо будут центровать на балансировочном станке, а по какой базе его будут центровать на ступице автомобиля? Вот тут наверняка и кроются «загадочные» причины вибрации у «ровных» на первый взгляд колёс.
Резонанс на 90км/ч Обычно характерен для колёс малого диаметра 12-13 дюймов посадочного размера. А 115-120 км/ч это скорость резонанса для больших колёс (более 15 дюймов посадочного диаметра).
Ну и нельзя не сказать, что каждый автомобиль по разному «чувствителен» к различным типам «генераторов» механических вибраций. Это зависит от заводских настроек колебательных систем автомобиля (обычно это подвеска с определенными пружинами и амортизаторами), а так же от изменения состояния этих колебательных систем в процессе эксплуатации и тюнинга. Например: характеристики амортизаторов очень сильно влияют на чувствительность подвесок к вибрациям из за колес, состояние шарниров подвески, люфт в рулевой рейке, даже углы установки колёс. Есть экзотические вибрации типа Шимми (кстати, на старых Мерседесах помнится ставили гидравлический демпфер – на рулевую трапецию (это как раз была нстройка колебательной смстемы). Поэтому, борьба с вибрациями в автомобиле это не только устранение причины («генератора») вибраций, но еще и снижение чувствительности колебательной системы (например, замена негодных амортизаторов или болтающихся шарниров подвески).
Бывает, что на конкретном автомобиле присутствует комбинация из нескольких «генераторов» вибраций (например кривые тормозные диски и некачественные колеса), но выявление конкретных «генераторов» по характерным признакам (которые я тут описал по каждому «генератору») помогает решать проблему вибраций.
Попробовал сделать таблицу, по которой можно вычислить «генератор» по характеру вибрации. Думаю, этот метод диагностики будет работать в большинстве случаев.
