Шкворень в автомобиле¶
Шкворень — элемент рулевого управления автомобиля с зависимой подвеской передних колёс, цилиндрическая деталь, служащая осью вращения поворотного кулака (цапфы) относительно балки передней подвески. Шкворень обеспечивает поворот управляемых колёс вокруг вертикальной (шкворневой) оси и воспринимает вертикальные и боковые нагрузки от колеса. Термин происходит от старого русского «шкворень» — металлический стержень, штырь, калач (название также используется в слесарном деле для обозначения штифта).
¶Конструкция и назначение
В классической конструкции шкворень представляет собой стальной стержень круглого сечения, запрессованный в корпус поворотного кулака либо в проушину балки передней подвески. Вокруг шкворня кулак вращается при повороте колеса, поэтому деталь работает в условиях знакопеременных нагрузок и трения. Для снижения трения на шкворень устанавливаются подшипники — обычно два конических роликовых, расположенных сверху и снизу кулака, либо опорные шайбы и бронзовые втулки в более ранних конструкциях.
Шкворень воспринимает одновременно несколько типов нагрузок:
- вертикальную — вес части автомобиля, приходящийся на колесо;
- продольную и поперечную — силы торможения и бокового увода;
- изгибающий момент — возникает при движении по неровностям и при крене кузова.
Поэтому шкворень изготавливают из качественной легированной стали с поверхностной закалкой, а его геометрия и посадочные места выполняются с высокой точностью.
¶Шкворневая ось и её геометрия
Положение шкворня в пространстве определяет ключевые параметры управляемости автомобиля:
- развал колёс — угол между плоскостью колеса и вертикалью;
- продольный наклон шкворня (Caster) — угол оси шкворня в продольной плоскости относительно вертикали; обеспечивает самовозврат руля и устойчивость прямолинейного движения;
- поперечный наклон шкворня (Kingpin inclination) — угол оси шкворня в поперечной плоскости; уменьшает усилие на руле и плечо обкатки.
Изменение этих углов — следствие износа шкворней, деформации балки или кулака — приводит к ухудшению управляемости, неравномерному износу протектора и «уводу» автомобиля в сторону.
¶Применение в автомобилях
Шкворневая схема применяется на автомобилях с зависимой передней подвеской, где колёса соединены неразрывной балкой. Такая конструкция была распространена на большинстве легковых автомобилей до 1960-х годов, а на грузовиках и внедорожниках сохраняется до сих пор.
В отечественном автомобилестроении шкворни широко применялись на моделях:
- ГАЗ-69, ГАЗ-63, ГАЗ-66, ГАЗ-53;
- УАЗ-469, УАЗ-452, УАЗ «Патриот» (ранние серии);
- ЗИЛ-130, ЗИЛ-131, КрАЗ;
- «Москвич» 402, 407, 410, а также «Волга» ГАЗ-21, ГАЗ-22.
На зарубежных автомобилях шкворневая схема использовалась на Jeep Willys, ранних Land Rover, Mercedes-Benz G-класса (до перехода на независимую подвеску), а также на большинстве американских автомобилей 1950–1960-х годов.
¶Износ и неисправности
Износ шкворней — распространённая проблема автомобилей с шкворневой подвеской. Признаки износа:
- стук и люфт в передней подвеске на неровностях;
- «люфт руля» — свободный ход рулевого колеса, не связанный с поворотом колёс;
- неравномерный износ передних шин;
- автомобиль «ведёт» в сторону при движении по прямой;
- вибрация и «биение» руля.
Для диагностики шкворни проверяют на люфт, поднимая переднюю часть автомобиля и перемещая колесо вбок, а также индикатором часового типа, закреплённым на цапфе. Допустимый люфт, как правило, не превышает 0,05–0,1 мм; при превышении шкворень подлежит замене.
Замена шкворней — трудоёмкая операция, требующая снятия колеса, поворотного кулака, выпрессовки старых деталей и запрессовки новых с последующей регулировкой преднатяга подшипников. На некоторых автомобилях шкворни выполнены неразборными (заклёпанными) узлами, поэтому замена производится в сборе с кулаком.
¶Переход к независимой подвеске
Недостатки шкворневой схемы — большие габариты, высокая металлоёмкость, сложность обслуживания, а также невозможность обеспечить оптимальную кинематику при больших ходах подвески — привели к отказу от неё в легковом автомобилестроении. Вместо шкворней на легковых автомобилях применяют шаровые опоры, которые выполняют те же функции, но имеют меньшие габариты и не требуют периодической смазки. Шкворневая схема сохранилась на некоторых внедорожниках и коммерческих автомобилях, где приоритетом являются прочность и ремонтопригодность.
¶Смазка и обслуживание
Шкворни классической конструкции требуют периодической смазки. Для этого в корпусе кулака предусматривается пресс-маслёнка («пистолет»), через которую смазка нагнетается в полость вокруг шкворня. В качестве смазки применяют консистентные смазки — литол, солидол, а также специальные шкворневые пластичные смазки. Интервал смазки, как правило, составляет 5–10 тыс. км пробега либо при каждом техническом обслуживании. Отсутствие смазки резко ускоряет износ шкворня и втулок.
На современных внедорожниках, например на УАЗ «Патриот» с 2013 года, шкворни заменены на шаровые опоры, что устранило необходимость в их смазке и повысило ресурс узла.
¶История термина
Слово «шкворень» имеет немецкое происхождение (Schweren, Schwerin) и в русском языке изначально обозначало любой металлический штырь, стержень или калач, фиксирующий детали. В автомобилестроении термин закрепился в начале XX века вместе с распространением шкворневой схемы передней подвески, заимствованной из каретного и экипажного дела.
¶Примечания
Слесарное значение слова «шкворень» сохраняется в технической речи: шкворнем называют также стержень, соединяющий детали рамы, крепления седла, направляющие штыри и другие фиксирующие элементы в машиностроении и строительстве.
Источники:
- Руководство по эксплуатации и ремонту автомобиля УАЗ-469
- «Устройство автомобиля» под ред. В. Н. Лебедева, М.: Машиностроение
- «Конструкция и расчёт автомобилей» В. А. Боровиков, М.: Транспорт
- Справочник «Автомобили: конструкция, эксплуатация, ремонт»
- Техническая документация ГАЗ и УАЗ по передней подвеске