Статья: Всё о шкворне УАЗ
Все о шкворне УАЗ
В этой статье постараемся всесторонне описать этот узел, который является частым объектом ремонта, а так же обсуждения и споров.
И так. Что есть шкворень? Это шарнир, на котором вращается, а вернее качается, на определенный угол поворотный кулак. И так как на УАЗе передний мост ведущий, шкворень разделен на две половинки, чтобы освободить место механизмам привода колеса, который включает в себя полуоси и шрус .
Задача шкворней — 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 и т.д. а это напрямую влияет на безопасность движения. И из этого делаем вывод, что шкворень — очень ответственная деталь автомобиля.
Теперь рассмотрим, в каких условиях он работает и какие силы действуют на шкворень в мосту автомобиля УАЗ, как в принципе и других машин с передним ведущим мостом той же схемы.
На шкворни действуют две силы, одна осевая, действует вдоль оси качения, то есть в торец шкворня, как бы направленая на сдавливание шкворня. Причем вся нагрузка, которой является вес авто, приходиться на нижний шкворень, а верхний осевую нагрузку несет минимальную, заданную натягом при сборке. И вторая радиальная, действует перпендикулярно оси поворота, то есть эта сила направлена сбоку на шкворень, и как бы направлена на выворачивание кулака. На нижний она действует меньше, так как он находиться ближе к плоскости вращения колеса. Соответственно на верхний больше. И направления действия разные, на нижний из внутренней стороны наружу, а у верхнего с наружной стороны – внутрь.
Значение этих сил зависит от веса автомобиля, и при средней нагрузке передней оси в 1000 кг (плюс-минус 200 кг), то на каждую сторону приходится 500 кг осевой нагрузки. А при движении по неровностям и ударам в подвеску это значение возрастает в несколько раз! Значение радиальных нагрузок намного меньше осевых, но тоже возрастает с увеличением веса машины. Так же они возрастают при поворотах, склонах, торможении. Но в большей степени эти значения увеличиваются при увеличении вылета колес, так как точка опоры становится дальше, и увеличивается длинна рычага, который направлен на то самое «выворачивание» кулака. На военных мостах этот рычаг больше, так как ось шкворней дальше от колеса из-за бортового редуктора.
Думаю стало понятно в каких условиях работают шкворни. Теперь рассмотрим различные конструктивные варианты, их особенности, преимущества и недостатки.
Претендент No 1. Старые, добрые шкворни на бронзовых втулках. Их принято считать эталоном надежности, поэтому их так любят спортсмены и любители серьезных покатушек . В них 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 вид шкворней у которых разные виды нагрузок (осевую и радиальную) воспринимают разные детали. Осевую — шайба, и соответственно радиальную — втулка . Но из-за большой поверхности контакта, и наличия трения, у таких шкворней наибольшее сопротивление, и как результат, большое усилие на руле. Так как есть трение, и материал мягкий, 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, только замена. Вот замена втулки и является самым сложным при ремонте этой модели. Нужно 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 будет люфт.
Подведем итог данной модели: «+» 1) надежность. 2) хороший ресурс при своевременной смазке и подтяжке 3) даже при сильном износе не склонен к заеданию « -» 1) большое усилие на руле. 2) необходимость постоянного контроля и обслуживания. 3) сложность замены.
Претендент No 2 Шкворень на подшипнике. Распространенный вариант и имеющий довольно противоречивые отзывы. В этом узле применяется подшипник No 7203 (международное обозначение 30203). Это роликовый, конический подшипник, радиально упорный. По конструкции он способен воспринимать нагрузки как радиальные, так и упорные. Грузоподъемность подшипника составляет из разных источников 9000 н статическая, и 14000 н динамическая. Так как подшипник работает при небольших перемещениях и больше находиться в одном положении, нас интересует только статическая грузоподъемность, это значение – 9000 н, это 900 кг . Но это подшипник РАДИАЛЬНО упорный, значит основную нагрузку, которую он может нести — это радиальная, которая и указывается в его описании. 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 630 кг! Запас по прочности явно маловат.
Если поискать информацию о поломках этих шкворней, то вы увидите закономерность, что из строя всегда выходит нижний шкворень, не выдерживая осевой нагрузки. Верхний же, испытывая только радиальную нагрузку, всегда исправный. Еще конструкция такова, что при появлении зазора в узле, осевой люфт намного больше, чем радиальный, и при движении получаются удары в осевом направлении, что ухудшает и так не завидное положение нижнего подшипника. Поэтому эти шкворни работают только при наличии умеренного натяга. Именно умеренного, так как можно крышками затянуть и дать натяг и в тонну, а усилие на руле при этом не возрастает, и соответственно в таких условиях подшипник просто обречен на быстрою поломку.
Отметим одну особенность, есть многие, которые положительно отзываются о данной конструкции. Выражаясь, типа «езжу с ними на 35 тапках, и все в норме» и т. д. 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.
Итог по модели с подшипником: «+» 1) легкий руль. 2) легкая установка. « -» 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.
Претендент No 3. Шкворень на «шаре». Тоже распространенный вариант. Во многом из-за того, что тоже легко устанавливается. Данная конструкция по характеристикам является полной противоположностью шкворню на подшипнике, далее вы увидите почему.
Основной рабочий элемент, стальной шар диаметром 20 мм. Он зажат между двумя стальными деталями, погружаясь в их тела в полусферические углубления, так называемые чаши (обоймы). Здесь тоже 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. А меньшая площадь достигнута тем, что нет проставки из мягкого металла, скольжение «сталь по стали». В таких парах, для правильной работы, один должен быть выше по твердости, это шар.
Этот узел тоже предназначен для работы при двух видах нагрузки, осевой и радиальной. Но в отличие от предыдущей версии, осевую он может держать огромную, так как нагрузка разрушения шара такого диаметра более 20 тонн! А вот на радиальную нагрузку такой вариант рассчитан мало, так как рабочие поверхности находятся под острым углом к направлению нагрузки.
Так же, конструкция такова, что при образовании зазора в узле, радиальный люфт намного больше, чем осевой. Появляется боковая болтанка. И как мы говорили выше, что поверхности воспринимающие эти нагрузки и так под острым углом, то 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 авто, и весь люфт проявляется на верхнем шкворне, где при работе происходят удары в боковую сторону, что влечет за собой выработку и поломку обоймы, как было описано выше. Если же вы успели поездить некоторое время с зазором, то 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.
Такого типа шкворень работает при заведомо большом натяге при сборке. Но тогда усилие на руле становится сопоставимым с моделью с бронзовыми втулками.
Такой шкворень 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.
Так же надо отметить еще один довольно серьезный недостаток этого вида. У этой модели шар полностью перекрывает канал подачи смазки в поворотный кулак через верхнюю тавотницу, и при этой конструкции как обновлять и дополнять смазку для шруса – большой вопрос.
Итог по модели с шаром: «+» 1) хороший ресурс при натяге 2) легкая установка 3) не боится ударов в подвеску « -» 1) большое усилие на руле 2) проблема со смазкой 3) нужен постоянный контроль
Претендент No 4 шкворень нового образца. Устанавливается на УАЗ Хантер и Патриот с мостами Спайсер. Но есть на рынке предложения и на мосты Т имкен . Рабочим элементом является полусфера и встречная обойма. Похож по этому принципу на шкворень на шаре, но имеет существенные отличия. Первое, полусфера большего диаметра, значит выдержит большие нагрузки. Второе, полусфера глубже погружена в обойму, значит более приспособлена к радиальным нагрузкам. Третье, имеется Антифрикционная проставка из пластика (заводской вариант) или из мягкого металла.
При установке очень требователен к регулировке. При сильном зажатии, большое усилие на руле и быстрый износ вкладыша (проставки). При послаблении, от ударов также страдает вкладыш. Требователен к обслуживанию, особенно на начальном этапе после установки, когда идет приработка. Нужно периодически шприцевать.
Больше описывать нет смысла, все понятно при сравнении с предыдущими вариантами.
При качественном исполнении деталей, наилучший вариант.
Итог по модели: «+» 1) надежность 2) хороший ресурс при натяге 3) не боится ударов в подвеску « -» 1) сложная установка 2) сложная регулировка 3) требователен к обслуживанию, нужен постоянный контроль зазора.
Теперь настало время нового претендента, посмотрим, что здесь есть нового.
Претендент No 5. На комбинированном подшипнике. (производства «АВТОГУР73»)
Шкворень на комбинированном подшипнике разработан для использовании в поворотном кулаке моста Тимкен и редукторный (военный) автомобилей УАЗ. Является авторской разработкой Autogur73.
Конструкция шкворня AUTOGUR73 повторяет конструкцию шкворня старого образца на бронзовых втулках, но имеет ряд отличий и значительных преимуществ:
- в отличии от шкворня с/о, трение скольжения заменено на трение качения, что ведет к снижению сопротивления вращения, исключая износ;
- каждый из подшипников воспринимает свою нагрузку. Осевую нагрузку держит упорный роликовый подшипник No 9105, радиальную – игольчатый No 202614;
- точка восприятия радиальных нагрузок разнесена дальше от центра шара, что снижает значение нагрузок, как минимум на 25%;
- обоймы подшипника (рабочие поверхности, линзы) являются одним телом, что исключает точечные нагрузки, перекосы во время установки и эксплуатации;
- неограниченный ресурс
Устанавливаются без какой-либо дополнительной обработки или спец инструментов.
Можно задавать сильный натяг, без возрастания усилия на руле и ущерба для подшипников, так как упорные имеют огромный запас по прочности — 7 тонн !
Итог по модели:
1) легкий руль
2) легкая установка
3) огромный запас прочности
4) легкая регулировка
5) нет необходимости контроля
Чтобы лучше разобраться в запасе по ресурсу в данном шкворне, рассмотрим следующие цифры:
(Обозначения; Грузоподъемность статическая – Со
Грузоподъемность динамическая — С)
Подшипник 7302, (роликовый, радиально упорный, претендента No 2) Со — 900 кг, С — 1900 кг
Подшипник 9105 упорный роликовый Со — 7350 кг. С — 2650 кг
Подшипник 202614 игольчатый радиальный Со — 1210 кг! С — 860 кг
Для сравнения и понимания:
Подшипник 7509 (ступицы УАЗ, 45х85х24.75) Со — 4600 кг, С — 6000 кг, и если бы такой подшипник смогли уместить в шкворень, сомнения о его надежности, думаем, ни у кого не возникало!
Источник
Мосты автомобилей УАЗ. Регулировка шкворней
Комментарии А. Ермакова [Махно]
Используйте для справки рисунки из описаний гражданских и военных мостов
© [Serge37]
Вертикальный, или осевой люфт в шкворнях устраняется подбором толщины пакетов регулировочных прокладок под крышками шкворней. Их общая толщина (и, желательно, количество) должна быть одинаковой как сверху, так и снизу. Как правило, при появлении осевого люфта шкворней необходимо убрать по одной или по несколько прокладок. Но такая регулировка имеет смысл только если втулки и сами шкворни не сильно изношены в радиальном направлении. В последнем случае необходима замена втулок и шкворней.
Итак, по порядку. Сначала занялся левым поворотным кулаком. При разборке обломал три болта, один крепления крышки шкворня (М12х1,25) и два М6 на накладке сальника шаровой опоры. Пришлось высверливать и проходить метчиком. Далее, из подручных средств соорудил съемник шкворней (в Руководстве дан рисунок этого приспособления). Верхний шкворень вышел легко, а на нижнем чуть было не обломал болт съемника, но потом вышиб его через открывшееся отверстие верхнего шкворня. Осмотр показал, что износились не только втулки в шаровой опоре, но и сами шкворни. Пришлось покупать новые. Кроме того, износился сальник шаровой опоры. Старые втулки выпрессовал при помощи головки (кажется на 19), одетой на удлинитель. Дальше в руководстве по ремонту предлагается запрессовать новые втулки и пройтись разверткой, но развертки не нашлось. Поэтому пришлось напильником стачивать наружный диаметр втулок и многократно запрессовывать и выпрессовывать шкворни с латунными втулками в поворотный кулак, подгоняя под размер.
Подобный способ ремонта шкворневого соединения поворотного кулака Редакция рекомендовать не может. Пара «втулка-шкворень», являясь подшипником скольжения, предполагает установку своих составляющих неподвижно, т. е. с определенным натягом, в корпусные детали — в данном случае в шаровую опору и корпус поворотного кулака. Шкворень устанавливается в корпус поворотного кулака с небольшим, допускающим его демонтаж, натягом и дополнительно стопорится от проворачивания штифтом в соответствующем гнезде крышки. Бронзовая втулка, поставляемая в торговую сеть как ремонтная запчасть, имеет разрезную конструкцию (согнута из полосовой бронзы), т. е. имеет «стык». Наружный диаметр втулки обеспечивает ее постановку в шаровую опору с нормируемым натягом, при этом «стык» втулки полностью закрывается и она оказывается надежно зажата в своем отверстии. Повторный монтаж — демонтаж втулки попросту невозможен ввиду достаточной мягкости материала, из которого она выполнена. Внутренний диаметр втулки выполнен с припуском 0.3-0.5 мм на последующую обработку разверткой до размера 25+0.008 +0.030 мм, обеспечивающего необходимый зазор в соединении с новым шкворнем. При предлагаемом способе ремонта узла, когда шкворень вставляется в необработанную втулку, а затем наружная поверхность втулки обрабатывается вручную напильником до некоего условного диаметра, позволяющего смонтировать ее (вместе со шкворнем!) в шаровую опору, «зазор» во втулке неизбежно раскроется и втулка, не закрепленная ни к одной детали, превратится из детали подшипника в некий промежуточный элемент пары скольжения «стальной, полированный шкворень — грубо шлифованная поверхность отверстия в шаровой опоре». Такое решение соединения не может удовлетворительно работать сколько-нибудь продолжительное время и чревато самопроизвольным выходом втулок в полость ШРУСа со всеми скорбными последствиями: разрушение ШРУСа и необратимые ударные деформации как шкворней, так и самого корпуса поворотного кулака.
Войлочное кольцо менять не стал, т. к. для того, чтобы его поменять, необходимо снимать шаровую опору с моста (ну очень не хотелось), а просто пропитал его маслом.
Для замены только фетрового сальника шаровую опору снимать не надо. Поставляемые в торговую сеть, такие сальники не вырублены из целого листа фетра, а просто сшиты из фетровой полосы обычными нитками. Распороть шов и восстановить его «на месте» несравнимо проще, нежели снимать опору. Однако, из опыта эксплуатации следует, что к тому времени, когда возникает необходимость в замене фетрового сальника, находящаяся непосредственно под ним резиновая манжета тоже нуждается в замене.
После сборки поворотного кулака со старым набором регулировочных прокладок, он встал как вкопанный — ни вправо, ни влево, поэтому пришлось добавить по одной толстой и одной тонкой прокладке под крышки шкворней.
В этом узле одновременно применяются прокладки трех типоразмеров по толщине: 0.1, 015 и 0.4 мм. «На ощупь» отличить 0.1 от 0.15 довольно трудно, особенно при недостатке опыта. Лучше воспользоваться микрометром или штангенциркулем с ценой деления 0.05 мм.
Осевой люфт шкворней из-за тугой посадки во втулках не прощупывался, поэтому окончательную регулировку пришлось отложить на недельку. За это время втулки немного приработались и в узле стал прощупываться осевой люфт, борьба с которым заключалась в снятии по одной толстой прокладке сверху и снизу.
Окрыленный успехом и приобретенным опытом, взялся за правый поворотный кулак. Но тут меня ждал сюрприз. В отличие от левого, на правом (на автомобилях вагонной компоновки — на левом) поворотном кулаке сверху стоит не крышка, а рычаг цапфы, который крепится не болтами, а шпильками, да еще и с сухарями (разрезные конические втулки), которые намертво прикипели к резьбовой части шпилек. Замачивание в течении двух дней и безумная долбежка десятикилограммовой кувалдой (Не рекомендуется! — Ред.) ничего не дали. Рычаг стоял, как приваренный. Пришлось принять командирское решение и, сняв шаровую опору с моста (кстати, тоже не очень хотела выходить), срезать эту цапфу вместе со шпильками «болгаркой». Шпильки пришлось изготовить из болтов (купил на рынке от какой-то легковушки 4 шт.)
Подобное решение Редакцией более чем не приветствуется, поскольку в отношении упомянутых шпилек существует совершенно однозначное указание Руководства: «. шпильки изготовлены из хромистой стали и термически обработаны. Замена хотя бы одной из них шпилькой без термической обработки не допускается». Узел крепления рычага испытывает громадные нагрузки и использование в нем шпилек неизвестного назначения с неизвестными характеристиками материала недопустимо хотя бы по соображениям элементарной безопасности. И еще: автор упоминает о сухарях, «прикипевших к резьбовой части шпилек». Штатные шпильки в своей средней зоне имеют участок, свободный от резьбы и именно к этому участку должны прилегать сухари. Так что если вы увидели шпильку с резьбой по всей ее длине, то это верный признак ее «чужеродности» и она подлежит немедленной замене. Штатная шпилька не поддается обработке напильником. Треснувшие сухари, при необходимости, можно использовать в дальнейшем.
Но на этом сюрпризы не кончились. При выпрессовке латунной втулки из шаровой опоры отлетело опорное кольцо, которое должно было быть проварено по окружности, а держалось на двух прихватках. Новую шаровую опору найти не удалось, поэтому, используя старую втулку как направляющую, насадили опорное кольцо на место и обварили электросваркой. Далее — нудный процесс подгонки новых латунных втулок, установка дополнительных прокладок, окончательная сборка и испытание. Однако, на левом кулаке втулки подогнал не так тщательно и повернуть руками поворотный кулак не смог. Попробовал присоединить рулевую тягу от редуктора и покрутить руль. Туговато, но вроде бы ничего. Решил оставить так в надежде, что приработается и все нормализуется. Сел, прокатился. Ощущения, надо сказать, не для слабонервных. Такое впечатление, что рулевой редуктор люфтит градусов этак на 45, хотя люфта там и в помине нет, а все наконечники рулевых тяг поменял на новые. Две недели катался, одновременно накачивая мышцы, прежде чем руль стал податливым. Теперь еще недельку — и можно будет окончательно отрегулировать шкворни. Да, совсем забыл сказать. Памятуя о прикипевших деталях, весь крепеж посадил на «Мовиль» и рекомендую это сделать всем. Когда придет время, это намного облегчит жизнь. (Полностью поддерживаем! — Ред.)
© Уазер
«Дальше в руководстве по ремонту предлагают запресовать новые втулки и пройтись разверткой, но развертки не нашлось. Поэтому пришлось напильником стачивать наружный диаметр втулок и многократно запресовывать и выпресовывать шкворни с латунными втулками в поворотный кулак подгоняя под размер.» Это не совсем правильно! (совсем неправильно! — Ред.) Из опыта: при установке втулок лучше всего прогнать через втулку шарик от старого ШРУСа (передней полуоси), продавить можно на больших тисках подходящей трубкой. При этом втулка очень плотно садится. Затем вставляешь шкворень во втулку и вручную проворачиваешь его несколько оборотов (вращать только в одном направлении). Мы так делаем со времен появления УАЗов в наших краях.
Такой способ «прошивки» запрессованной втулки тоже не лишен серьезных недостатков, и вот почему. Готовое, т. е. полностью обработанное отверстие во втулке должно иметь диаметр 25+0.008 +0.030 мм, что обеспечивает зазор в соединении с новым шкворнем от 0.008 до 0.044 мм. Ведущие (т. е. малые) шарики ШРУСа имеют диаметр от 25.320 до 25.500 мм, так что даже при использовании самого маленького из них минимально достижимый зазор в соединении составит (при максимально возможном диаметре нового шкворня -25.000 мм) целых 0.320 мм, т. е. на порядок больше рекомендованной величины. Такой радиальный зазор в шкворневом соединении уже отчетливо проявляет себя поперечным покачиванием поворотного кулака при ослабленных крышках шкворней, что само по себе уже является основанием для ремонта узла. Не следует забывать и о предъявляемом к этому узлу Руководством требовании соосности отверстий во втулках шкворней. При несоосной обработке втулок шкворни, при эксплуатации машины, довольно быстро «расклепают» выступающие зоны мягкого металла втулок, тем самым увеличив радиальный зазор до аварийного значения.
И еще сделано маленькое усовершенствование: в шаровую вваривают подшипники от кардана ЗИЛ-130 (подшипник с «косыми» иголками). Хватает на 60000 км (дороги без асфальта). При износе меняются только иголки. Но для переделки нужен мастер и кое какое оборудование — правильно подготовить шаровую, поставиь, приварить. Тут руки нужны. Но дарю идею, может, кому и сгодится.
Сейчас в торговой сети можно найти практически любой инструмент, в том числе и разводные (регулируемые) ручные развертки любого разумного размера, в т. ч. и на 25 мм, и цена их тоже вполне разумна. Их длина вполне достаточна для «сквозного» проходки обейх втулок. В этом случае единственное, чем Редакция может поступиться по отношения требований Руководства — необходимостью, в гаражных условиях ремонта, контроля соосности отверстий во втулках калибр-скалкой d=24.995 мм. При достаточной длине развертки и малой толике аккуратности в работе это требование будет соблюдено автоматически.
Источник
