Шкворень — крепёжный элемент в технике¶
Шкворень — цилиндрический или стержневой крепёжный элемент, обеспечивающий соединение деталей с возможностью их поворота или фиксации относительно друг друга. Шкворень воспринимает нагрузки преимущественно на срез и изгиб, работает в паре с отверстием в соединяемых деталях и, как правило, устанавливается с натягом или с зазором в зависимости от требуемого типа соединения.
¶Происхождение термина
Слово «шкворень» имеет немецкое происхождение — оно восходит к нем. Schwörner или Schwerenagel (буквально «тяжёлый гвоздь»). Термин вошёл в русский технический язык в XVIII–XIX веках вместе с массовым привлечением иностранных инженеров и мастеров на российские заводы и верфи. В старых технических руководствах и чертёжных стандартах Российской империи шкворень упоминается как универсальный элемент для подвижных и неподвижных соединений.
¶Конструкция и устройство
Шкворень представляет собой гладкий стержень цилиндрической формы, часто с головкой на одном конце и канавкой или отверстием под шплинт, стопорное кольцо или штифт на другом. Основные конструктивные элементы:
- Стержень — рабочая часть, воспринимающая нагрузку и входящая в отверстия соединяемых деталей;
- Головка — ограничивает осевое перемещение с одной стороны;
- Канавка под стопор — фиксирует шкворень от выпадения (стопорное кольцо, шплинт, гровер).
По форме сечения различают шкворни круглые (наиболее распространённые), квадратные и фасонные. По типу соединения делятся на подвижные (в узлах, где одна деталь должна вращаться вокруг шкворня) и неподвижные (с натягом, работающие как неразъёмный элемент).
¶Шкворень в сельскохозяйственной технике
Наиболее известное применение шкворня в российской технической практике — передняя ось тракторов и автомобилей. Шкворень трактора — вертикальный шарнирный элемент, вокруг которого поворачиваются колёсные цапфы. В тракторах семейства МТЗ («Беларусь»), К-700, ДТ-75 шкворни являются расходными деталями: они воспринимают ударные нагрузки от колёс и периодически изнашиваются.
Конструкция узла включает:
- корпус передней оси;
- шкворень (обычно с бронзовой втулкой или роликоподшипником);
- цапфу поворотного кулака;
- упорные подшипники, воспринимающие осевые нагрузки.
Износ шкворней проявляется в увеличении зазора, «люфте» колёс, неравномерном износе шин. Ремонт заключается в замене шкворней и втулок с последующей регулировкой затяжкой.
¶Шкворень в железнодорожном транспорте
В подвижном составе шкворень — горизонтальный стержень, соединяющий тележку с кузовом вагона или локомотива. Шкворневая пара «кузов — тележка» обеспечивает свободный поворот тележки относительно кузова при прохождении кривых. Шкворень воспринимает тяговые и тормозные усилия, передаваемые от кузова на тележку. В российской практике шкворневое соединение применяется на грузовых вагонах, тепловозах и электровозах отечественного производства.
¶Шкворень в других областях
Помимо транспорта, шкворни применяются:
- В строительстве — как элементы подвижных опор мостов и эстакад, воспринимающие вертикальные нагрузки и допускающие горизонтальный поворот пролётов;
- В судостроении — в соединениях рулевых систем и качалок;
- В станкостроении — как оси поворотных механизмов, рычагов, штоков;
- В авиации — в шасси и узлах управления (шкворни элеронов, рулей).
¶Материалы и изготовление
Шкворни изготавливают из конструкционных и легированных сталей (40Х, 20Х, 18ХНВА и аналоги), с термической обработкой — цементацией, закалкой, отпуском — для повышения износостойкости рабочей поверхности. Точность изготовления соответствует квалитетам 6–9 по ГОСТ. Поверхность шкворня подвергается шлифованию, в отдельных случаях — азотированию или хромированию.
¶Характерные неисправности
Основные виды отказов шкворней:
- износ стержня по диаметру;
- износ и выработка втулок;
- коробление и изгиб при перегрузках;
- усталостные трещины в зоне головки.
Профилактика заключается в периодической смазке (через маслёнки), контроле зазоров и своевременной замене при превышении допусков.
¶См. также
- Штифт
- Вал
- Ось (механика)
- Шарнир
¶Источники
- ГОСТ 23947-80. Детали крепёжные. Общие технические условия
- Справочник конструктора машиностроения, т. 2
- Руководство по эксплуатации тракторов МТЗ-80/82
- Устройство и ремонт грузовых вагонов, под ред. Б. И. Кузнецова