НОВЫЙ ВИД ШКВОРНЕЙ НА КОМБИНИРОВАННЫХ ПОДШИПНИКАХ ДЛЯ РЕДУКТОРНЫХ И «ГРАЖДАНСКИХ» МОСТОВ УАЗА

Шкворни — это стержни, которые образуют шарнирное соединение поворотного кулака (в сборе со ступицей колеса) и шаровой опоры поворотного кулака (ШОПК, внутри которой 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 в автомобилях УАЗ:

- выступают в роли осей, вокруг которых может качаться поворотный кулак;

- являются соединительными компонентами, объединяющими шаровую опору и поворотный кулак в единый узел;

- являются несущими компонентами, обеспечивающими  необходимую жесткость шкворневого узла, воспринимающими моменты сил от поворотного кулака во время движения автомобиля (а поворотный кулак, в свою очередь, воспринимает их от колеса) и передающими их на балку моста.

Шкворень верхней частью запрессовывается в корпус поворотного кулака, а нижним концом   шарнирно  соединяется с корпусом шаровой опоры. Для соединения поворотного кулака с ШОПК используется два шкворня — верхний и нижний. На всем мосту, соответственно, устанавливается четыре шкворня.

Задача шкворней - это обеспечение точного позиционирования поворотного кулака относительно самого моста и при этом сохранение подвижности узла. Ось качения шкворней проходит через ось работы внутреннего шарнира привода колеса. Появление люфтов в узле поворота приводит к потере соосности двух половинок привода, в котором резко возрастают нагрузки на отдельные детали, что приводит к их быстрому износу и поломке. Также неисправность шкворней отражается на управлении автомобиля: появляется большой холостой ход в рулении, возможны заедания, появление болтанки, а это напрямую влияет на безопасность движения. 

Рассмотрим, в каких условиях работает шкворень и какие силы действуют на него в мосту автомобиля УАЗ.

На шкворни действуют две силы. Одна - осевая, действует вдоль оси качения, то есть в торец шкворня, она как бы направлена на сдавливание шкворня. Причем, вся нагрузка, которой является вес автомобиля приходится на нижний шкворень, а верхний шкворень несет минимальную осевую нагрузку, заданную натягом при сборке. Вторая - радиальная, действует перпендикулярно оси поворота,  эта сила направлена  на шкворень сбоку, как бы направлена на выворачивание кулака. На нижний шкворень она действует меньше, так как он находится ближе к плоскости вращения колеса. Соответственно, на верхний шкворень - больше. И направления действия у нее разные: на нижний - из внутренней стороны наружу, а на верхний -  с наружной стороны внутрь.

Значение этих сил зависит от веса автомобиля, и при средней нагрузке передней оси в 1000 кг (плюс-минус 200кг),  на каждую сторону приходится 500 кг осевой нагрузки. А при движении по неровностям и ударам по подвеске это значение возрастает в несколько раз. Значение радиальных нагрузок намного меньше осевых, но тоже возрастает с увеличением веса автомобиля. Также оно возрастает при поворотах, склонах, торможении. Но в большей степени это значение увеличивается при увеличении вылета колес, так как точка опоры становится дальше и увеличивается длина рычага, который направлен на «выворачивание» кулака. На военных мостах этот рычаг больше, так как ось шкворней дальше от колеса из-за бортового редуктора.

В разные годы на передние мосты автомобилей УАЗ устанавливалось три основных типа шкворней:

1)  Т-образные цилиндрические шкворни (с вращением в бронзовой втулке) - классическое решение на ранних моделях автомобилей УАЗ с ведущими мостами типа «Тимкен» (с разъемным картером редуктора);

Т-образный цилиндрический шкворень  - это деталь в виде двух цилиндров разного диаметра, выточенная 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, а его 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.

В данных шкворнях скольжение происходит за счет применения между стальными деталями, втулок и шайб из мягкого металла. Они никогда не выходят из строя мгновенно, например,  за один сильный удар. Втулка и шайба имеют большую рабочую поверхность и поэтому способны воспринимать большие нагрузки. Причем,  это единственный из трех вид шкворней,  у которых разные виды нагрузок (осевую и радиальную) воспринимают разные детали. Осевую нагрузку воспринимает шайба, радиальную - втулка. Но из-за большой поверхности контакта  и наличия трения  у таких шкворней наибольшее сопротивление  и, как результат, большое усилие на руле. Из-за трения и мягкости материала со временем происходит износ, который необходимо контролировать и устранять. Поэтому этот вид шкворней требователен к своевременному шприцеванию, чтобы в парах трения всегда присутствовала свежая смазка без продуктов износа и загрязнения. И если износ шайб можно компенсировать, убирая регулировочные пластины из-под крышек, то люфт втулок компенсировать нет возможности, их можно только заменять.  Замена втулки является самым сложным при ремонте этой модели. Необходимо вытащить старую втулку, впрессовать новую и обработать в нужный размер с хорошей точностью в диаметре  и при этом соблюсти соосность двух втулок. Если размер «просадить», то работа будет бессмысленной, так как изначально возникнет люфт.

ПЛЮСЫ ШКВОРНЕЙ НА ВТУЛКАХ: 1)надежность, 2)хороший ресурс при своевременной смазке и подтяжке, 3)даже при сильном износе не склонны к заеданию.

МИНУСЫ ШКВОРНЕЙ НА ВТУЛКАХ: 1) большое усилие на руле, 2) необходимость постоянного контроля и обслуживания, 3)сложность замены.

2)  Составные шкворни с шаром (с вращением на шаре) и составные подшипниковые шкворни (с вращением на коническом подшипнике) - более современное решение, ставятся на ведущие мосты типа «Тимкен» взамен обычных шкворней, имеют те же габариты;

Шкворень на шаре 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.

 

Основной рабочий элемент данного шкворня - стальной шар диаметром 20мм. Он зажат между двумя стальными деталями и погружен в полусферические углубления, так называемые чаши (обоймы). Здесь также присутствует трение скольжения, что проявляется большим усилием на руле. Но по сравнению с вариантом на втулках, оно меньше, так как сопрягаемые поверхности имеют меньшую площадь, которая достигнута тем, что не имеется мягкого металла, происходит скольжение «сталь по стали». В таких парах для правильной работы  шар должен быть выше по твердости.

Шкворень на шаре также предназначен для работы при двух видах нагрузки: осевой и радиальной. Но в отличие от шкворня  на подшипнике (см. ниде), он может держать огромную осевую нагрузку, так как нагрузка разрушения шара такого диаметра составляет более 20 тонн. А вот на радиальную нагрузку такой вариант рассчитан мало, так как рабочие поверхности находятся под острым углом к направлению нагрузки.

 

Конструкция шкворня на шаре такова, что при образовании зазора в узле, радиальный люфт намного больше, чем осевой. При зазоре нагрузка приходится на кромку, то есть самый край чаши. Так как шар способен выдерживать большие нагрузки, в данном случае больше страдает посадочное место, в нем набивается эллипс, а в некоторых случаях вовсе откалывается край обоймы.

 

Если рассмотреть характер поломок данного вида шкворней, то выявится следующая закономерность: из строя всегда выходит верхний шкворень. Объясняется это тем, что нижний всегда прижат весом автомобиля, и весь люфт проявляется на верхнем шкворне, где при работе происходят удары в боковую сторону, что влечет за собой выработку и поломку обоймы. Если же вы успели поездить некоторое время с зазором, шар быстро успевает набить эллипс в верхней обойме, и последующая подтяжка будет малоэффективна, так как шар будет перекатываться внутри выработки, и люфт все равно будет прогрессировать.

 

Шкворень на шаре работает при заведомо большом натяге при сборке. Но тогда усилие на руле становится сопоставимым с моделью с бронзовыми втулками.

 

Шкворень на шаре не предназначен для использования с отрицательным вылетом и на «военных» мостах, где ось работы шкворней дальше от пятна контакта колеса и губительная для этой модели радиальная нагрузка выше.

 

Также надо отметить еще один довольно серьезный недостаток этого вида шкворней. У этой модели шар полностью перекрывает канал подачи смазки в поворотный кулак через верхнюю тавотницу, и обновлять и дополнять смазку для ШРУСа становится проблематичным.

 

ПЛЮСЫ ШКВОРНЕЙ НА ШАРЕ: 1) хороший ресурс при натяге, 2) легкая установка, 3) не боится ударов в подвеску.

МИНУСЫ ШКВОРНЕЙ НА ШАРЕ: 1)большое усилие на руле, 2) проблема со смазкой, 3) нужен постоянный контроль.

Шкворень на подшипнике конструктивно 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.

 

В этом узле применяется подшипник No7203 (международное обозначение 30203). Это роликовый, конический подшипник, радиально упорный. По конструкции он способен воспринимать нагрузки как радиальные, так и упорные. Грузоподъемность подшипника составляет: статическая - 9000н, динамическая - 14000н.

 

Так как это подшипник РАДИАЛЬНО упорный, значит, основная нагрузка, которую он может нести — это радиальная. А осевая грузоподъемность в подшипниках такой конструкции составляет всего лишь 70% от неиспользованной радиальной, причем, не рекомендуется использовать такой подшипник только для осевой нагрузки. Работает же он в условиях где наибольшая нагрузка осевая (для нижнего шкворня). Даже если предположить, что радиальная нагрузка равна нулю, то максимальная осевая для него составит 630кг. Запас по прочности явно маловат.

 

Если проанализировать информацию о поломках этих шкворней, можно выявить закономерность: из строя всегда выходит нижний шкворень, не выдерживая осевой нагрузки. Верхний шкворень, испытывая только радиальную нагрузку, всегда исправен.

 

Особенности конструкции шкворней на подшипниках заключаются в том, что при появлении зазора в узле, осевой люфт намного больше, чем радиальный, и при движении получаются удары в осевом направлении, что ухудшает положение нижнего подшипника. Поэтому эти шкворни работают только при наличии умеренного натяга. Можно затянуть крышками и дать натяг и в тонну, а усилие на руле при этом не возрастает, но, соответственно, в таких условиях подшипник просто обречен на быструю поломку.

 

Отметим одну особенность. Многие владельцы автомобилей УАЗ положительно  отзываются о данной конструкции: «езжу с ними на 35 тапках, и все в норме». Этому есть логичное объяснение. Боковой вынос колеса не влияет на ресурс этих шкворней, так как увеличивается только радиальная нагрузка, с которой подшипник легко справляется. А большие колеса не позволяют возникать ударным нагрузкам из-за большого диаметра, небольшого давления в шинах и более высокой «проминающейся» части колеса. Движение получается более мягкое.

 

Ну и, конечно, надо признать, что самое главное — это качество подшипника. При хорошем качестве и правильной сборке узел может исправно и долго работать.

 

ПЛЮСЫ ШКВОРНЕЙ НА ПОДШИПНИКАХ: 1) легкий руль, 2) легкая установка.

МИНУСЫ ШКВОРНЕЙ НА ПОДШИПНИКАХ:  1) сложная регулировка, 2) малый запас по прочности, 3) может сломаться «резко» с возможным проявлением закусывания, 4) чувствителен к наличию воды или влаги в узле.

3)  Цилиндроконические шкворни со сферической опорой (с вращением в бронзовом сферическом вкладыше) начали устанавливаться на новые модели автомобилей УАЗ с ведущими мостами типа «Спайсер» — УАЗ-31519, 315195 («Хантер»), 3160, 3163 («Патриот») и их модификации.

Шкворень со сферической опорой объединяет в себе преимущества обычных шкворней и шкворней на шаре. От первых они взяли простоту конструкции, от вторых — улучшенные характеристики и снижение силы трения. Такие шкворни лучше воспринимают отклонения кулака в вертикальной плоскости, что обеспечивает их длительный ресурс и надежность работы в любых условиях. 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.

 

Рабочим элементом в данном шкворне является полусфера и встречная обойма. Вследствие этого он похож на шкворень на шаре, но имеет существенные отличия.

Во-первых, полусфера большего диаметра, значит, выдержит большие нагрузки.

Во-вторых, полусфера глубже погружена в обойму, значит более приспособлена к радиальным нагрузкам.

В-третьих, имеется антифрикционная проставка из пластика (заводской вариант) или из мягкого металла.

 

 

При установке шкворень со сферической опорой очень требователен к регулировке. При сильном зажатии возникает большое усилие на руле и быстрый износ вкладыша (проставки). При послаблении  от ударов также страдает вкладыш. Кроме того, он требователен к обслуживанию, особенно на начальном этапе после установки, когда идет приработка. Его необходимо периодически шприцевать.

 

ПЛЮСЫ ШКВОРНЕЙ СО СФЕРИЧЕСКОЙ ОПОРОЙ: 1) надежность, 2) хороший ресурс при натяге, 3) не боится ударов в подвеску.

МИНУСЫ ШКВОРНЕЙ СО СФЕРИЧЕСКОЙ ОПОРОЙ: 1) сложная установка, 2) сложная регулировка, 3) требователен к обслуживанию, нужен постоянный контроль зазора.

http://www.uazobaza.ru/product/most_peredniy/shkvoren_povorotnogo_kulaka_perednego_mosta_most_bars_voennyy_timken_na_kombinirovannykh_podshipnika/

 

 

По конструкции данные шкворни повторяют шкворень старого образца на бронзовых втулках, но, в отличие от него, в новой разработке трение скольжения заменено на трение качения.

 Благодаря этому, в узле возникает намного меньшее сопротивление вращению, то есть повороту, и предотвращается износ.

 Каждую из нагрузок воспринимает отдельный подшипник: осевую держит упорный роликовый подшипник 9105, радиальную – игольчатый подшипник 202614.

 

Статическая грузоподъемность подшипника 9105 - 7350 кг, динамическая - 2650 кг.

 

Статическая грузоподъемность подшипника 202614 - 1210 кг, динамическая - 860кг.

 

Обоймы подшипника (рабочие поверхности, линзы) являются одним телом, что исключает перекосы во время установки и последующей работы. Благодаря этому, распределяется нагрузка на все тела качения равномерно, исключая точечные нагрузки. Кроме того, в отличие от шкворня старого образца на бронзовых втулках, точка восприятия радиальных нагрузок отнесена дальше от центра шара, что уменьшает значения нагрузок минимум на 25%.

 

 

В обойме подшипника имеется центральный канал под установку пресс-масленки, а также со смещением от центра высверлен канал с гладкими стенками под установку стопорного штифта во избежание проворачивания шкворня.

 

Замена и установка шкворней на комбинированных подшипниках осуществляется без какой-либо дополнительной обработки или специального инструмента. Можно задавать сильный натяг, без возрастания усилия на руле и ущерба для подшипников, так как упорные имеют огромный запас по прочности — 7 тонн!

ПЛЮСЫ ШКВОРНЕЙ НА КОМБИНИРОВАННЫХ ПОДШИПНИКАХ:
1) Легкий руль.
2) Легкая установка.
3) Огромный запас прочности.
4) Легкая регулировка.
5) Нет необходимости контроля.

МИНУС ШКВОРНЕЙ НА КОМБИНИРОВАННЫХ ПОДШИПНИКАХ:
1) Чувствительны к наличию воды или влаги в узле.

 

Также о данных шкворнях смотрите видео на нашем канале:

https://www.youtube.com/watch?v=D6s_Ny9tQ34&list=PL01xLIi92EN22DVEMLA6rasg1oIGiTNQB&t=0s&index=8