Поперечный шарнир рулевого управления и универсальный шарнир для тяжелых грузовиков: функции, характеристики и уход

A поперечный шарнир рулевого управления и универсальный шарнир карданного вала тяжелых грузовиков Оба они построены на основе одной и той же конструкции с крестовиной и чашкой подшипника с четырьмя цапфами, но они выполняют принципиально разные функции и выходят из строя совершенно по-разному. Крестовина рулевого управления передает вращательное усилие от рулевого колеса вниз по колонке на рейку или коробку передач под углом; Универсальный шарнир трансмиссии передает крутящий момент двигателя от коробки передач к оси через карданный вал. Ошибка в одном из них — неправильная серия, неправильный график смазки или работа за пределами рабочего угла — приводит к преждевременному выходу из строя, проблемам с управлением или, в тяжелых случаях, к полной потере управления рулевым управлением или трансмиссией.

В разделах ниже описано, как работает каждый тип, как выявить неисправность на ранней стадии и какие характеристики наиболее важны при их выборе или обслуживании на тяжелых грузовиках.

Что такое рулевая крестовина и как она работает

Крестовина рулевого управления, также называемая U-образным шарниром рулевого вала или универсальным шарниром промежуточного вала, расположена между рулевой колонкой и рулевой рейкой или коробкой передач. Его задача состоит в том, чтобы непрерывно и плавно передавать вращательное усилие водителя через угол, образованный между рулевой колонкой и рулевым механизмом — угол, который существует практически в каждом автомобиле, поскольку колонка не может двигаться по идеально прямой линии от рулевого колеса до стойки.

Внутри шарнира крестообразная деталь (крестовина или крест) вращается внутри четырех чашек подшипников, каждая из которых заполнена игольчатыми подшипниками. Когда рулевой вал вращается, крестовина передает это вращение посредством изменения угла без заедания или изменения скорости, позволяя водителю чувствовать естественную обратную связь рулевого управления, а не механическую жесткость или мертвые зоны.

Одинарные и двойные (DD) рулевые карданы

В большинстве легковых и легких коммерческих автомобилей используется один рулевой U-образный шарнир, который выдерживает угол вала примерно до 35 градусов. Там, где геометрия колонны требует угла от 35 до 70 градусов (что обычно встречается в поднятых грузовиках, нестандартных установках рулевой колонки и некоторых тяжелых грузовиках с кабиной), двойной карданный шарнир (DD) или телескопический промежуточный вал с двумя U-образными шарнирами используется для разделения большего угла на два меньших, сохраняя каждый отдельный шарнир в пределах диапазона плавной работы.

Симптомы неисправности, характерные для рулевой крестовины

Поскольку крестовина рулевого управления работает с относительно низким крутящим моментом по сравнению с U-образным шарниром карданного вала, она редко выходит из строя из-за сильного шума или внезапной поломки. Чаще всего оно ухудшается постепенно, и симптомы достаточно специфичны, чтобы отличить их от других проблем с системой рулевого управления.

• Привязка под одним конкретным углом поворота: Рулевое колесо, которое на мгновение становится жестким или его трудно поворачивать в одном конкретном положении, а затем снова легко поворачивается, является наиболее диагностическим признаком изношенного рулевого шарнира. Это происходит потому, что один сухой или корродированный игольчатый подшипник заклинивает при прохождении через это положение при вращении.
• Стук или щелканье при повороте: Ослабленный или сухой шарнир вызывает отчетливый стук или щелчок при медленном повороте руля, особенно при изменении направления от упора к упору.
• Избыточный свободный ход рулевого колеса: Изношенный шарнир вызывает люфт, который приводит к чрезмерному вращательному люфту колеса еще до того, как произойдет фактическое движение колеса — водитель должен постоянно корректировать положение колеса, чтобы удерживать прямую линию.
• Стук по неровным поверхностям: Нижний U-образный шарнир рулевого вала, расположенный внутри моторного отсека, подвергается воздействию тепловых циклов и влаги. Ослабленный или частично заевший шарнир передает ударную нагрузку через колонку в виде дребезжания.

Различие между проблемой U-образного шарнира рулевого управления и проблемой насоса гидроусилителя рулевого управления практично: если жесткость возникает только под одним конкретным углом, то это U-образный шарнир. Если рулевое управление ощущается одинаково тяжелым во всех положениях, более вероятной причиной является насос гидроусилителя рулевого управления или уровень жидкости.

Карданные шарниры трансмиссии тяжелых грузовиков: чем они отличаются

В тяжелых грузовиках карданный шарнир карданного вала работает в совершенно других механических условиях. Он должен передавать полный крутящий момент трансмиссии двигателя — потенциально несколько тысяч фунт-футов на загруженном полуприцепе или профессиональном грузовике — непрерывно, на скорости, через рабочие углы, которые изменяются в зависимости от шарнира подвески и нагрузки. Если поперечный шарнир рулевого управления выдерживает низкий крутящий момент при умеренных углах, то U-образный шарнир трансмиссии тяжелого грузовика выдерживает экстремальный крутящий момент под разными углами в течение миллионов циклов.

Внутренняя архитектура та же самая — крестовина с четырьмя чашками подшипников — но компоненты значительно крупнее, игольчатые подшипники более многочисленны и более точно отшлифованы, а система уплотнений более надежна, чтобы удерживать смазку и загрязняющие вещества снаружи под дорожными брызгами, переездами через воду и в условиях сильной запыленности.

Смазываемые и герметичные соединения

Карданные шарниры трансмиссии тяжелых грузовиков имеют две конфигурации смазки. Смазываемые соединения имеют на крестовине пресс-масленку (Zerk), которая позволяет периодически закачивать свежую смазку в чашки подшипников, очищая загрязнения и пополняя смазочную пленку. Герметичные соединения упаковываются на заводе и не требуют смазки для обслуживания, но не подлежат обслуживанию в случае попадания загрязнений — в случае выхода из строя их заменяют, а не смазывают повторно. Для тяжелых коммерческих грузовиков, работающих во влажных, грязных или высокотемпературных условиях, смазываемые соединения являются стандартными, поскольку смазка действует как смазка и положительный барьер против проникновения влаги.

Обозначения серии SAE и крутящий момент для карданных шарниров тяжелых грузовиков

Карданные шарниры трансмиссии тяжелых грузовиков изготавливаются в соответствии с обозначениями серии SAE, которые определяют физические размеры крестовины и чашек подшипников и, как следствие, крутящий момент шарнира. Выбор неправильной серии по выходному крутящему моменту двигателя грузового автомобиля является одной из наиболее частых ошибок при ремонте карданного вала и приводит к быстрому выходу из строя независимо от того, насколько хорошо обслуживается шарнир.

Правило рабочего угла для всех серий единое: чем больше рабочий угол, тем ниже полезный крутящий момент и срок службы . Шарнир, работающий под рабочим углом 5 градусов, будет изнашиваться значительно быстрее, чем такой же шарнир под углом 3 градуса, даже при одинаковых моментных нагрузках, поэтому установка карданного вала на тяжелых грузовиках включает в себя проверку и коррекцию выходных углов шестерни и трансмиссии, а не только установку вала и метизов.

Признаки неисправности карданного шарнира трансмиссии тяжелого грузовика

Отказ карданного шарнира трансмиссии тяжелых грузовиков проявляется иначе, чем отказ рулевого шарнира. При этом задействованные силы выше, а последствия игнорирования симптомов более серьезные, вплоть до полного отрыва карданного вала.

• Ритмичная вибрация, усиливающаяся с увеличением скорости: Изношенный шарнир приводит к тому, что карданный вал слегка разбалансируется, вызывая вибрацию, ощущаемую через сиденье, пол кабины или рулевое колесо, которая усиливается по мере увеличения скорости движения и может уменьшаться на определенных резонансных скоростях.
• Вздрагивание при подаче электроэнергии: Ощущение рывков или дрожи при трогании с места или при нажатии на газ под нагрузкой указывает на то, что шарнир больше не может плавно передавать крутящий момент — обычное явление, когда шарнир сильно изношен или чашка подшипника начала выходить из своего отверстия.
• Скрип или лязг на низкой скорости: Сухой сустав при медленном маневрировании издает ритмичный скрип; ослабленное или треснутое соединение издает стук или удар во время зацепления.
• Видимая потеря смазки вокруг соединения: Смазка, попавшая на нижнюю часть грузовика рядом с карданным валом, указывает на неисправность уплотнения на крышке подшипника, что является первым физическим признаком того, что интервал обслуживания шарнира истек.

Приоритеты технического обслуживания и проверки для обоих типов соединений

Требования к техническому обслуживанию крестовин рулевого управления и U-образных шарниров трансмиссии тяжелых грузовиков существенно различаются, поскольку условия их эксплуатации различаются.

Поперечины рулевого управления

Большинство современных карданных соединений рулевого вала герметизированы на заводе и имеют маркировку «необслуживаемые». Во многих легковых и легких грузовиках они служат весь срок службы автомобиля без обслуживания. Причиной отказа почти всегда является попадание влаги и коррозия, а не истощение смазки, поэтому нижний шарнир рулевого вала, расположенный в моторном отсеке и подвергающийся воздействию тепловых циклов, дорожных брызг и периодической мойки под давлением, выходит из строя гораздо чаще, чем верхний шарнир. Осмотр включает в себя крепко удерживая колонку и ощупывая люфт в шарнире, а также медленно вращая рулевое колесо, одновременно нащупывая любые заедания или неровности, за один полный оборот.

Карданные шарниры трансмиссии тяжелых грузовиков

Для тяжелых коммерческих грузовиков со смазываемыми шарнирами карданного вала, Сухие соединения являются основной причиной преждевременного выхода из строя U-образного соединения. и это полностью можно предотвратить с помощью последовательной программы смазки. Практический контрольный список по техническому обслуживанию карданного шарнира тяжелых грузовиков:

1. Смазывайте каждый фитинг Zerk через каждый запланированный интервал технического обслуживания — смазка должна заметно вытекать из уплотнений чашек подшипников, чтобы убедиться, что каналы чисты и загрязнения удалены.
2. Проверяйте карданный вал на наличие полос ржавчины, засохшей смазки или следов смазки во время каждого осмотра под грузовиком, поскольку они указывают на неисправное уплотнение до того, как соединение станет слышимым симптомом.
3. Проверяйте рабочий угол на выходе трансмиссии и вилку шестерни всякий раз, когда изменяется высота дорожного просвета грузовика — полезная нагрузка, модификации подвески или изношенные подушки безопасности — все это меняет рабочие углы и ускоряет износ шарниров.
4. Подтвердите правильную серию SAE для любого заменяемого шарнира в соответствии со спецификациями крутящего момента двигателя грузовика, а не только с физическими размерами; последовательное соединение соответствующих размеров, но с более низкими характеристиками быстро выйдет из строя при полной нагрузке
5. Заменяйте карданные шарниры парами на двухшарнирном карданном валу — если один шарнир изношен настолько, что требует замены, другой подвергается тем же условиям эксплуатации и часто выходит из строя вскоре после этого