Шкворень: прочная ось шарнирных соединений

В автотракторной технике широкое распространение имеют шкворневые соединения — они используются в поворотных кулаках управляемых колес, в седельных сцепных устройствах, в навесках и т.д. Все о шкворнях, их существующих типах и конструкции, а также о правильном выборе и замене — читайте в этой статье.

Что такое шкворень?

Шкворень — деталь поворотных узлов различных агрегатов и систем автотракторной и иной техники; стальной стержень, выступающий в качестве силовой детали и оси поворота шарнирно соединенных деталей.

На автомобилях, тракторах и другой технике шкворни используются для соединения поворотных кулаков управляемых колес с балками, в качестве основы сцепного устройство полуприцепов и прицепов, в задней и передней навеске тракторов и т.д. Данная деталь выполняет несколько функций:

Конструкция шкворневого узла со сквозным шкворнем

• Функция оси поворота шарнирно соединенных деталей;
• Функция силового элемента, соединяющего детали шарнирного узла;
• Функция направляющего элемента, обеспечивающего правильное рабочее положение шарнирно соединенных деталей;
• Работа в системе смазки шарнирного соединения — подача и распределение смазочного материала по трущимся деталям.

Шкворень обеспечивает нормальную работу основных систем транспортного средства, поэтому от его состояния зависит надежность управления и безопасность. Данная деталь в процессе работы подвергается значительным нагрузкам и износу, и периодически нуждается в замене. Чтобы сделать верный выбор нового шкворня, следует разобраться в его типах и конструктивных особенностях.

Типы и конструкция шкворней

Используемые сегодня шкворни можно разделить на три группы по применимости:

• Шкворень поворотного кулака (поворотной цапфы) управляемого колеса транспортного средства;
• Шкворень седельно-сцепного устройства (шкворень полуприцепа);
• Шкворень прицепных устройств и навесок.

Деталь каждого типа имеет свои конструктивные особенности и сферы применения.

Шкворень поворотного кулака (поворотной цапфы)

Поворотный кулак со сквозным шкворнем



Поворотный кулак с раздельными шкворнями

Деталь данного типа является частью шарнирного соединения поворотного кулака (цапфы) управляемого колеса с колесной балкой. Фактически, шкворень удерживает на себе колесо, воспринимая все моменты и нагрузки, и передавая их на раму автомобиля. Шкворни делятся на две группы по применимости и конструкции:

• Для шкворневых узлов с одним сквозным шкворнем;
• Для шкворневых узлов с двумя раздельными шкворнями.

В первом случае один шкворень проходит через верхнюю и нижнюю точки соединения поворотного кулака с балкой моста (соответственно, на одном мосту используется два шкворня). Такое соединение является наиболее простым и надежным, однако оно подходит только для транспортных средств с не ведущим передним мостом. Дело в том, что шкворень проходит через ось балки и, соответственно, делает невозможным установку полуоси или иных деталей.

Во втором случае верхние и нижние точки соединения поворотного кулака и балки моста соединены отдельными шкворнями уменьшенной длины (соответственно, на мосту используется сразу четыре шкворня). Такие соединения более сложны, однако они подходят для ведущих мостов — шкворни оставляют место для полуосей (или шарниров равных угловых скоростей), обеспечивая передачу крутящего момента от редуктора на управляемые колеса.

Конструкция деталей первого и второго типа отличается.

Сквозной шкворень — это стальной стержень постоянного или переменного профиля, на поверхности которого могут выполняться различные выточки для упора фиксирующих штифтов, а также отверстия или каналы для распределения смазочного материала. На детали выделяются верхняя и нижняя шейки, также на ней может нарезаться резьба для фиксации в кулаке/цапфе. Шкворень посредством подшипников скольжения или качения устанавливается в соответствующие отверстия в поворотном кулаке и в балке моста, обеспечивая их соединение. Деталь фиксируется штифтом сбоку либо резьбой, и крышками в верхней и нижней части, в крышках или в поворотном кулаке могут располагаться пресс-масленки.

Раздельные шкворни — это укороченные стальные стержни переменного профиля, которые устанавливаются в двух точках соединения поворотного кулака и балки моста. Один кулак удерживается двумя шкворнями — верхним и нижним, они могут иметь как идентичную конструкцию, так и отличаться деталями или размерами.

Шкворни могут устанавливаться двумя способами:

• На подшипниках скольжения (вкладышах);
• На подшипниках качения.

В первом случае шкворень устанавливается в бронзовые или стальные втулки, во втором — в роликовые или игольчатые подшипники. Существуют и сквозные шкворни с комбинированной установкой, с верхней стороны — на вкладыш, с нижней — на подшипник, который в данном случае называется опорным.

Отдельную группу составляют раздельные шкворни со сферическими вкладышами. Эти детали с одной стороны жестко монтируются в балке моста (обычно с помощью выполненной на их корпусе резьбы — просто зажимаются гайкой), а с другой имеют сферическую головку, которой упираются в сферический вкладыш на корпусе поворотного кулака. Такую конструкцию имеют шкворневые узлы старого образца на автомобилях УАЗ и на некоторых других.

Шкворни поворотных кулаков (цапф) изготавливаются из конструкционных углеродистых и легированных сталей различных марок (45, 50, 40Х, 18ХГТ, 25ХГТ, 30ХГТ, 20ХГР, 12ХН3А и других отечественных и зарубежных аналогов), которые поддаются цементации поверхности (термической обработке для повышения твердости) и имеют высокую вязкость. Эти детали обладают повышенной прочностью и износоустойчивостью, благодаря чему они обеспечивают надежность всего шкворневого узла.

Шкворень седельно-прицепного устройства

Шкворень ССУ с фланцем

Деталь данного типа является частью шарнирного соединения полуприцепа с седельно-сцепным устройством (ССУ) седельных тягачей. Шкворень устанавливается в передней части полуприцепа, он входит в ССУ, где фиксируется и обеспечивает надежное удерживание полуприцепа с возможностью его поворота относительно тягача.

Шкворни ССУ стандартизированы, они бывают трех типов по диаметру сопрягаемой поверхности:

• 2 дюйма (50,8 мм);
• 3,5 дюйма (89 мм);
• 100 мм.

Шкворни с диаметром сопрягаемой поверхности 2 и 3,5 дюйма соответствуют международным стандартам, а с диаметром 100 мм допустимо использовать на тягачах и полуприцепах российского производства.

Шкворни ССУ без фланца (вверху) и с фланцем (внизу)

Шкворни ССУ могут иметь два основных конструктивных исполнения:

• Без фланца;
• С фланцем.

Деталь первого типа выполнена в виде стержня с резьбой на верхней части, который устанавливается в приваренную к полуприцепу втулку. Деталь второго типа выполнена в виде стержня с фланцем, который посредством болтов монтируется к полуприцепу. При этом шкворни с фланцами могут устанавливаться на наружной или с внутренней поверхности днища полуприцепа, также они могут иметь фланцы под обычные болты или под винты с потайной головкой.

Независимо от типа, шкворни ССУ имеют одинаковую конструкцию: это цилиндрический стержень установленной длины, в нижней части которого выполнена сопрягаемая поверхность — проточка определенной ширины. Данной проточкой шкворень устанавливается в ССУ, где за счет своей формы надежно фиксируется. В верхней части шкворня в зависимости от его типа выполняется резьба либо фланец той или иной конструкции.

Шкворень прицепных устройств и навесок

Шкворень прицепных устройств и навесок служит для соединения прицепов и навесного оборудования с навесками или с соответствующим устройством на заднем (а иногда и переднем) бампере транспортного средства. Деталь данного типа часто называют просто «пальцем», она отличается многообразием конструкций и исполнений. В простейшем случае это стальной «грибок» — палец с расширением в верхней части и с отверстием в нижней для установки шплинта или иного фиксирующего устройства. Также существуют шкворни более сложной конструкции, имеющие различные крюки, фиксирующие устройства и другие вспомогательные детали.

Вопросы выбора и замены шкворней

Выбор шкворней поворотных кулаков довольно прост, так как на большинстве автомобилей используются детали индивидуальной конструкции, которые неприменимы к другим транспортным средствам. Поэтому при износе, деформации или разрушении шкворня следует использовать деталь того же типа и каталожного номера. Замену шкворня необходимо выполнять вместе со всеми втулками (так как они подвергаются наибольшему износу, старые втулки использовать нельзя) и подшипниками (если они предусмотрены). Выполнить такую замену позволяют присутствующие в продаже ремонтные комплекты, содержащие весь набор необходимых деталей для ремонта шкворневого узла.

Выбор шкворней полуприцепов и пальцев прицепных устройств/навесок более прост — эти детали стандартизированы и в большинстве случаев взаимозаменяемы. Однако в случае ССУ следует учитывать тип шкворня (с фланцем или без) и его размер. Эти детали могут предлагаться отдельного и в комплекте с крепежом.

Выполнять замену шкворней необходимо в соответствии с инструкцией по ремонту и техническому обслуживанию данного конкретного транспортного средства. Зачастую для этой работы требуется специальный инструмент (выпрессовщик шкворней и подшипников, и другой) и приспособления, о которых нужно позаботиться заблаговременно. При этом следует соблюдать требования техники безопасности и охраны труда.