Всем доброго времени суток.
Сегодня тема без большого количества фотографий и с большим количеством буков. Зато пожалуй она будет кое-кому полезна. Речь пойдет о шкворнях. Лично мои поиски в интернетах дали мне только вечные холивары о том какие шкворни лучше: штатные или на подшипниках. И никаких аргументов кроме «а у меня уже 100 тыщ ходят» или «говно, три тыщи прошли и выбросил» я особо не нашел. Конечно, такие аргументы мне не подошли и я решил немного разобраться. Так что сейчас я расскажу обо всех плюсах и минусах каждой из конструкций. Начнем со штатной конструкции.
Шкворни на полусферических пальцах.
Заводом комплектуются пластиковыми вкладышами, существуют еще варианты с бронзовыми вкладышами.
Преимущества:
1. Самое низкое удельное давление на детали благодаря большой площади опоры.
2. Надежность конструкции, стойкость к экстремальным и ударным нагрузкам.
3. Менее критичны к смазке и наличию воды. Хотя с водой в кулаках ни одна конструкция долго не проживет.
4. Долговечность. При своевременной смазке и подтяжке шкворни с бронзовыми вкладышами практически вечны.
5. Даже при большом люфте и сильном стуке вероятность заклинивания кулака почти отсутствует.
Недостатки:
1. Необходимость регулярной проверки натяга шкворней. При малейшем люфте начинается очень интенсивный износ.
2. Пластиковые вкладыши довольно быстро изнашиваются. Бронзовые лишены этого недостатка.
3. При большом люфте раздалбывает чашки. Которые, кстати, в запчасти не поставляются.
4. Довольно сильное трение при правильном натяге. На бронзе руль может быть туговат.
Альтернативой штатной конструкции являются шкворня на подшипниках.
Преимущества:
1. Не требуют столь частой проверки и подтяжки. Если натяг сохранен, ходят очень долго.
2. Низкое трение даже при сильном натяге.
3. Большой выбор готовых комплектов в продаже
Недостатки:
1. Трудность правильной установки (об этом далее)
2. Подшипник 30203, на котором сделаны большинство комплектов, кажется слабоватым немного. Хотя заявленных 18кН грузоподъемности должно бы и хватать, чисто теоретически.
3. Менее стойки при экстремальных нагрузках
4. Боятся попадания воды.
5. При работе без натяга быстро выходят из строя
6. В запущенных случаях возможен аварийный отказ с разрушением подшипника и заклиниванием
Про шимми
Бытует мнение что установка шкворней на подшипниках может вызвать эффект шимми (он же вобблинг). На самом деле это к шкворням не имеет прямого отношения. Хотя да, при некоторых обстоятельствах шимми может вылезти именно после замены шкворней. Надо понимать, что шимми это не что иное как автоколебания, частота которых определена параметрами системы: массой и размером колес, характеристиками шин, углами установки колес, особенно схождением и кастором, люфтами рулевом и многим другим. А вот фактором развития автоколебаний является добротность контура, простыми словами, потери в системе. Вот тут-то трение в шкворнях и может помочь затушить вобблинг. Но это не означает что надо потуже затянуть шкворня. Если же у вас появился эффект шимми на нештатной резине, то простейшим решением будет изловить все люфты и поставить демпфер.
Про установку шкворней на подшипниках.
Несмотря на кажущуюся простоту правильно установить шкворня на подшипниках очень непросто. Если уж кому интересно что же в «спилить чашки и прихерачить новые сваркой» такого сложного – читайте дальше. А не интересно – так вот потом не удивляйтесь тому что шкворни прошли несколько тысяч и разболтались.
Итак, нюанс первый. Оба подшипника должны стоять строго в оси. Картинок нет, но я думаю понятно что будет если оси не будут совпадать. Подшипник косит и вместо всех роликов нагрузку берут только несколько. Посадка чашек в отверстиях не может обеспечить правильную соосность, разве что повезет. Лучшую соосность можно обеспечить при правильной подготовке поверхностей под посадку чашек на шаре. Но этого достичь при зачистке поверхности болгаркой невозможно. Параллельные плоскости можно вывести либо на станке, либо с помощью специального инструмента, которых под рукой, естественно, нет. Так что остается забивать чашки в надежде что соосность будет. Если плотной посадки нет – то вообще ничего не получится.
Следующий нюанс – сварка. Тут что даже удалось выставить, может безнадежно увести. Кроме увода соосности, есть еще одна проблема: при сварке напряжением шва деформируется посадочное место обоймы подшипника. В итоге после запрессовки обойма приобретает некоторую эллипсность. А нескольких соток хватает, чтоб подшипник начал болтаться. Как результат, опять таки, неравномерное распределение нагрузки. Так что даже если варить с подогревом, с кучей аккуратных прихватов, в несколько проходов, все-равно результат во многом будет определен везением.
Нюанс третий: не спроста завод на родной чашке не варит шов со стороны чулка моста. А подшипниковая чашка значительно больше. Так вот эта чашка достает до сальника. И если там положить шов – выедает в нем дыру. Но и даже если сделать шов как по заводу – все равно сальник пилить будет. Лучше сделать аккуратный шов и потом его зачистить на гладко.
Нюанс четвертый: натяг. Система с конической зажимной втулкой наверное лучше работает когда в ней есть в некоторой мере упругий вкладыш. А вот с подшипником все по другому – он жесткий. В результате быстро наступает момент, когда осадить палец ударами молотка уже не удается, а натяг при этом хиленький. А стоит позатягивать гайки – так и вообще может изчезнуть. Так что затягивать надо до опупения, ограничиваясь только пределом прочности ключа. Затем затягивать нижнюю гайку и снова протягивать верх. Через несколько сотен км по ямах желательно снова протянуть верх, а то низ может под весом машины осесть.
Эпилог. Как ни крути, а обе описанные выше конструкции не лишены недостатков. И основной из них — это необходимость периодической проверки наличия натяга (не люфта, с ним часто уже поздно) и подтяжки. Без этого, увы, ходить не будет никак. И для меня так и останется загадкой, почему было не использовать проверенное решение а-ля Gelendewagen, Patrol или тот же классический УАЗ – с крышечками и регулировкой натяга посредством выбора прокладок…
Пожалуй пока все. В следующих выпусках я расскажу что из этого всего следует на практике.
В передней оси полноприводных автомобилей УАЗ расположены шкворневые узлы со ШРУСами, которые делают возможной передачу крутящего момента на колеса даже при их повороте. Важную роль в данном узле играют шкворни — все об этих деталях, их назначении, типах, конструкции и работе читайте в данной статье.
Что такое шкворень УАЗ, его назначение и функции
Шкворень — стержень, образующий шарнирное соединение поворотного кулака (в сборе со ступицей колеса) и шаровой опоры поворотного кулака (ШОПК, внутри опоры располагается шарнир равных угловых скоростей, ШРУС) на переднем мосту полноприводных автомобилей УАЗ. Шкворни являются компонентами шкворневого механизма, который обеспечивает возможность отклонения управляемых колес без разрыва потока крутящего момента.
Шкворни УАЗ имеют следующие функции:
• Выступают в роли осей, вокруг которых может качаться поворотный кулак;
• Выступают в роли соединительных компонентов, объединяющих шаровую опору и поворотный кулак в единый узел;
• Выступают в роли несущих компонентов, которые обеспечивают необходимую жесткость шкворневого узла, а также воспринимают возникающие во время движения автомобиля моменты сил от поворотного кулака (а он, в свою очередь, от колеса) и передают их на балку моста.
Шкворни УАЗ, несмотря на простую конструкцию, играют важную роль в функционировании переднего моста внедорожника, а значит и всего автомобиля.
Типы шкворней УАЗ
В общем случае шкворень — короткий стержень той или иной формы, который верхней частью запрессовывается в корпус поворотного кулака, а нижним концом имеет шарнирное соединение с корпусом шаровой опоры. Для соединения поворотного кулака с ШОПК используется два шкворня — верхний и нижний, на всем мосту, соответственно, устанавливается четыре шкворня.
В разные годы на передние мосты автомобилей УАЗ устанавливалось три основных типа шкворней:
• Т-образные цилиндрические шкворни (с вращением в бронзовой втулке);
• Составные шкворни с шаром (с вращением на шаре);
• Составные подшипниковые шкворни (с вращением на коническом подшипнике);
• Цилиндроконические шкворни со сферической опорой (с вращением в бронзовом сферическом вкладыше).
Т-образные цилиндрические шкворни — это классическое решение, которое ставилось на ранние модели автомобилей УАЗ с ведущими мостами типа «Тимкен» (с разъемным картером редуктора). Составные шкворни с шаром и подшипником — более современное решение, эти детали ставятся на ведущие мосты типа «Тимкен» взамен обычных шкворней, они имеют те же габариты. Шкворни со сферической опорой начали устанавливаться на новые модели автомобилей УАЗ с ведущими мостами типа «Спайсер» — УАЗ-31519, 315195 («Хантер»), 3160, 3163 («Патриот») и их модификации.
Шкворни различных типов имеют существенные конструктивные отличия.
Конструкция и принцип работы Т-образных цилиндрических шкворней
Такой шкворень представляет собой деталь в виде двух цилиндров разного диаметра, выточенную из цельной заготовки. На торце верхней (широкой) части, в его центре, выточен канал с резьбой для установки пресс-масленки. Рядом, со смешением от центра, высверлен канал меньшего диаметра с гладкими стенками под установку стопорного штифта. На боковой поверхности нижней (узкой) части предусмотрена кольцевая выточка для распределения смазки. Также в шкворне может выполняться сквозной продольный канал для смазки всего узла в сборе.
Шкворень широкой частью запрессовывается в корпус поворотного кулака и фиксируется стальной накладкой (она удерживается четырьмя болтами), а проворачивание предотвращается штифтом. Своей узкой частью шкворень устанавливается в бронзовую втулку, запрессованную в корпус шаровой опоры. Втулка калибруется таким образом, чтобы шкворень мог проворачиваться в ней без заклинивания. Между широкой частью шкворня и корпусом шаровой опоры укладываются металлические прокладки, с помощью которых осуществляется центровка всего шкворневого механизма. Для облегчения поворота и снижения интенсивности износа деталей шкворни установлены под небольшим углом.
Работает механизм с данными шкворнями просто: при выполнении маневра поворотный кулак посредством сошки отклоняется от среднего положения, шкворни поворачиваются своими узкими частями во втулках, запрессованных в корпусе шаровой опоры. При поворотах консистентная смазка из канала шкворня поступает в выточку в его нижней части, где распределяется в пространстве между шкворнем и втулкой — это снижает силы трения и сокращает интенсивность износа деталей.
Конструкция и работа шкворней на шаре
Такой шкворень состоит из трех частей: верхней, запрессованной в корпус поворотного кулака, нижней, запрессованной в корпус ШОПК, и зажатого между ними стального шара. Шар укладывается в полусферические лунки, выточенные в торцевых частях половин шкворня. Для смазки шара в половинах шкворня выполнены осевые каналы, в верхней части шкворня предусмотрен резьбовой канал для пресс-масленки.
Монтаж шкворней на шарах отличается от монтажа обычного шкворня только тем, что нижняя половина жестко устанавливается в корпусе шаровой опоры, поэтому здесь нет бронзовой втулки.
Работает шкворневой механизм с деталями данного типа просто: при отклонении колеса верхняя часть шкворня проворачивается на шаре, причем и сам шар несколько проворачивается относительно половин шкворня. Это обеспечивает снижение сил трения и сокращение интенсивности износа деталей относительно стандартного шкворня.
Конструкция и принцип работы шкворней на подшипнике
Конструктивно шкворень с подшипником устроен наиболее сложно, он состоит из трех деталей: нижней половины, на которую напрессовывается конический подшипник (дополнительно может использоваться упорное кольцо, подкладываемое под подшипник), и обоймы подшипника, запрессовываемого в корпус поворотного кулака. В нижней половине предусмотрен осевой канал для подачи смазки, в обойме подшипника выполняется боковой канал под штифт и центральный канал под установку пресс-масленки.
В сущности, данный тип шкворня является модернизацией шкворня на шаре, но здесь две половины проворачиваются на подшипнике, что позволяет значительно снизить силы трения и в целом повысить надежность узла. Применение конических подшипников обеспечивает повышенную устойчивость к осевым нагрузкам, которые возникают при эксплуатации автомобиля.
Конструкция и принцип работы шкворней со сферической опорой УАЗ «Хантер» и «Патриот»
Данные шкворни объединяют в себе преимущества обычных шкворней и шкворней на шаре, от первых они взяли простоту конструкции, от вторых — улучшенные характеристики и сниженные силы трения. Конструктивно шкворень представляет собой цилиндроконический стержень с полусферической головкой, выточенный из одной заготовки. На узкой части шкворня предусмотрена резьба под гайку, вдоль оси детали высверлен канал для смазки, а на головке выполнены проточки для распределения смазки по трущимся поверхностям.
Шкворень жестко устанавливается в корпусе поворотного кулака, для фиксации используется зажимная втулка, в которую шкворень входит своей конической частью, а сверху через стальную накладку шкворень с втулкой стягивается гайкой. Сферической частью шкворень упирается в бронзовый вкладыш (сегодня есть модификации с пластиковыми вкладышами, однако они менее надежные), который, в свою очередь, уложен в опору шкворня на корпусе ШОПК. Регулировка относительного положения деталей узла осуществляется с помощью прокладок, подкладываемых под накладку шкворня.
Работает шкворень данного типа следующим образом: при повороте колеса шкворни, жестко соединенные с корпусом кулака, своими сферическими головками проворачиваются во вкладышах. Причем такие шкворни лучше воспринимают отклонения кулака в вертикальной плоскости, что обеспечивает их длительный ресурс и надежность работы в любых условиях.
Шкворни всех типов с течением времени изнашиваются, какое-то время этот износ можно компенсировать подтяжкой деталей или увеличением числа прокладок, однако данный ресурс быстро исчерпывается и шкворни требуется менять. При правильной и своевременной замене шкворней автомобиль вновь приобретает устойчивость на дороге и может безопасно эксплуатироваться даже в сложных условиях.
Владельцы отечественных внедорожников постоянно совершенствуют свои автомобили. Самым обсуждаемым и больным элементом УАЗа является передний шкворень. Именно этот узел обеспечивает соединение поворотных тяг со ступицей колеса, обеспечивая управление транспортным средством. Патриот может работать с различными видами шкворней:
- шкворень с углепластиковыми вкладышами – заводской вариант, разработан для удешевления конструкции;
- с бронзовыми вкладышами – подобные ремонтные комплекты выпускаются производителями запчастей для замены пластика при вождении по бездорожью;
- шкворень на конических подшипниках – устанавливаются для облегчения управляемости на твердых ровных покрытиях.
Каждого новичка в среде патриотоманов волнует вопрос, какие лучше поставить шкворневые соединения. Среди джипперов нет однозначного мнения по необходимости комплектовать УАЗ Патриот поворотным кулаком с опорами качения. Замена шарнирного узла на подшипниковый достаточно трудоемка и недешева.
Теоретические основы
Технический опыт показывает, что площадь соприкосновения сопрягаемых деталей вращения сильно влияет на надежность работы механизма шкворня.
В шарнирном механизме важно идеальное совмещение чашки и шара. Вследствие того, что эти детали производятся на различных станках разными рабочими, то не стоит надеяться на хороший результат сопряжения. Поэтому в процессе эксплуатации полусферический контакт превращается в точечный. Это приводит к разбалансировке механизма, появлению разрушительных колебательных усилий и поломке.
В подшипниковом узле площадью сопряжения служит вся поверхность обоймы. Правильно запрессованная опора качения способна длительное время выдерживать положенные дорожные нагрузки. Недостатком является невысокая сопротивляемость ударным напряжениям, которые возникают при езде по пересеченной местности.
Для устранения нежелательных колебаний после замены шаровых шкворней на подшипниковые УАЗ оснащается рулевым демпфером.
Установка шкворней с подшипниками
Надежная работа рассматриваемого узла зависит от правильного монтажа всех деталей. Замена заводских вкладышей УАЗ Патриот производится в случае их износа и появления люфта в поворотном механизме. Возникновение зазоров свидетельствует о разрушении пластиковых элементов и скорой поломке всего шкворневого механизма.
Для монтажа новых элементов нужно снять ступицу переднего колеса с поворотным кулаком. На картере данного элемента располагаются чашки шкворня, которые требует замены. Они подрезаются болгаркой и выбиваются изнутри чулка, место среза зачищается. На эту поверхность привариваются втулки из комплекта подшипниковых опор. Важно, чтобы новые детали были смонтированы без перекосов.
В поставленные чашки запрессовываются обоймы подшипников. Размеры сопрягаемых деталей исполнены таким образом, чтобы установка прошла с натягом. Лучше заранее проверить соответствие параметров перед производством работ. В обойму вставляется подшипник и картер поворотного кулака ставится на место. Не забываем поменять смазку в механизме.
Приваренная чашка подшипников УАЗ
Закрепление тела опоры на шкворневом пальце производится при затягивании разрывных гаек. Попеременное закручивание производится до отсутствия зазоров. Далее на палец одеваются установочные шайбы и выполняется регулировка.
Монтаж рулевого демпфера
Установка предохранительного механизма производится после замены шкворней. Демпфер представляет собой амортизатор, который гасит вибрации передней подвески. В результате лучше управляемость машины и уменьшается износ резины.
Целесообразность этого узла спорна, но бывалые автовладельцы УАЗа настойчиво рекомендуют произвести монтаж демпфера. Он ставится на специальные кронштейны, оснащенные сайлент-блоками. Для нормальной работы важна точность совпадения посадочных отверстий. При частых выездах Патриота на природу стоит установить устройство на верхнюю рулевую тягу, чтобы избежать преждевременной поломки.
Монтаж рулевого демпфера производится при помощи сварки или на хомуты. Ничего сложного в этой процедуре нет, нужно лишь соблюсти параллельность осей.
Особенности монтажа подшипникового соединения
Мировое машиностроение давно решило, какие использовать опоры, но установка подшипников на УАЗ Патриот подразумевает изменение конструкции. Замена заводского узла связана с потерей гарантии производителя и риском не получить требуемый эффект. При производстве самостоятельных работ необходимо выполнить ряд условий:
- установочный комплект должен содержать сопроводительную техническую документацию, включающую сертификат изготовителя и инструкцию по применению;
- следует проверить качество подшипников шкворней – по отзывам в Интернете возможна поставка дешевых китайских деталей, которые рассыпаются до монтажа;
- замена шкворней должна выполнятся с опытным напарником и при помощи специального инструмента, чтобы не сломать элементы подвески;
- предварительно просмотрите рекомендательные видеоролики, чтобы четко узнать план работ и советы специалистов.
Какие лучше поставить механизмы шкворней покажет только ваш личный опыт и условия эксплуатации вашего железного коня.
