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 Тимкен. 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!