Przegub poprzeczny układu kierowniczego a przegub uniwersalny do pojazdów ciężarowych: funkcje, dane techniczne i pielęgnacja

A przegub krzyżowy układu kierowniczego i a Przegub uniwersalny wału napędowego samochodów ciężarowych oba są zbudowane w oparciu o tę samą konstrukcję z czterema czopami i panewką łożyska, ale pełnią zasadniczo różne funkcje i ulegają awariom w wyraźnie różny sposób. Przegub kierowniczy przenosi sygnał obrotowy z koła kierownicy w dół kolumny na zębatkę lub skrzynię biegów pod kątem; przegub uniwersalny układu napędowego przenosi moment obrotowy silnika ze skrzyni biegów na oś poprzez wał napędowy. Błędne wykonanie jednego z nich — zła seria, zły harmonogram smarowania lub przekroczenie kąta roboczego — prowadzi do przedwczesnej awarii, problemów z prowadzeniem lub, w poważnych przypadkach, całkowitej utraty kontroli nad układem kierowniczym lub układem napędowym.

W poniższych sekcjach opisano, jak działa każdy typ, jak wcześnie zidentyfikować awarię i jakie specyfikacje są najważniejsze przy wyborze lub konserwacji w ciężkich samochodach ciężarowych.

Co to jest przegub poprzeczny układu kierowniczego i jak działa

Przegub poprzeczny kierownicy, zwany także przegubem U wału kierownicy lub przegubem uniwersalnym wału pośredniego, znajduje się pomiędzy kolumną kierownicy a przekładnią kierowniczą lub skrzynią biegów. Jego zadaniem jest ciągłe i płynne przenoszenie sygnału obrotowego kierowcy przez kąt utworzony między kolumną kierownicy a przekładnią kierowniczą — kąt, który występuje praktycznie w każdym pojeździe, ponieważ kolumna nie może przebiegać w idealnie prostej linii od kierownicy do zębatki.

Wewnątrz złącza element w kształcie krzyża (pająk lub krzyż) obraca się w czterech miseczkach łożyskowych, każda wypełniona łożyskami igiełkowymi. Gdy wał kierownicy się obraca, krzyżak przenosi ten obrót poprzez zmianę kąta bez wiązania lub zmiany prędkości, dzięki czemu kierowca czuje naturalne sprzężenie zwrotne układu kierowniczego, a nie sztywność mechaniczną lub martwe punkty.

Pojedyncze lub podwójne (DD) przeguby typu U układu kierowniczego

Większość pojazdów osobowych i lekkich pojazdów dostawczych wykorzystuje pojedynczy przegub typu U układu kierowniczego, który wytrzymuje kąty wału do około 35 stopni. Tam, gdzie geometria kolumny wymaga kąta od 35 do 70 stopni – co jest powszechne w podnoszonych ciężarówkach, niestandardowych instalacjach kolumny kierownicy i niektórych ciężkich samochodach ciężarowych z kabiną – stosuje się podwójny przegub Cardana (DD) lub teleskopowy wał pośredni z dwoma przegubami w kształcie litery U, aby podzielić większy kąt na dwa mniejsze, utrzymując każde pojedyncze złącze w zakresie płynnego działania.

Objawy awarii specyficzne dla przegubu poprzecznego układu kierowniczego

Ponieważ przegub poprzeczny układu kierowniczego działa ze stosunkowo niskim momentem obrotowym w porównaniu z przegubem U wału napędowego, rzadko ulega awariom z powodu dramatycznego hałasu lub nagłego pęknięcia. Częściej zanika stopniowo, a objawy są na tyle specyficzne, że można je odróżnić od innych problemów z układem kierowniczym.

• Wiązanie przy jednym określonym kącie skrętu: Kierownica, która chwilowo staje się sztywna lub trudno ją skręcić w określonym położeniu, a potem znów można ją łatwo skręcić, jest najbardziej diagnostycznym objawem zużycia przegubu U układu kierowniczego. Dzieje się tak, ponieważ jedno suche lub skorodowane łożysko igiełkowe zaciera się, gdy przechodzi przez tę pozycję podczas obrotu
• Stukanie lub klikanie podczas skręcania: Luźne lub suche złącze powoduje wyraźne pukanie lub klikanie podczas powolnych ruchów kierownicą, szczególnie podczas zmiany kierunku z jednego skrętu na drugi
• Nadmierny luz na kierownicy: Zużyte złącze powoduje luzy, które przekładają się na nadmierny luz obrotowy na kole, zanim nastąpi rzeczywisty ruch koła jezdnego – kierowca musi stale korygować koło, aby utrzymać linię prostą
• Grzechotanie na nierównych powierzchniach: Dolny przegub U wału kierownicy, umieszczony w komorze silnika, jest narażony na cykle cieplne i wilgoć. Luźne lub częściowo zatarte złącze przenosi wstrząsy drogowe w postaci grzechotki na kolumnę

Rozróżnienie między problemem przegubu U układu kierowniczego a problemem pompy wspomagania układu kierowniczego jest praktyczne: jeśli sztywność występuje tylko pod jednym określonym kątem, jest to przegub U. Jeśli układ kierowniczy wydaje się równomiernie obciążony we wszystkich położeniach, bardziej prawdopodobną przyczyną jest pompa wspomagania układu kierowniczego lub poziom płynu.

Przeguby uniwersalne układu napędowego samochodów ciężarowych: czym się różnią

W ciężkich samochodach ciężarowych przegub uniwersalny wału napędowego pracuje przy zupełnie innych wymaganiach mechanicznych. Musi przenosić cały moment obrotowy układu napędowego silnika – potencjalnie kilka tysięcy funtów na stopę w przypadku obciążonej ciężarówki półciężarowej lub specjalistycznej – w sposób ciągły, przy dużej prędkości i pod kątem kąta działania, który zmienia się w zależności od wychylenia zawieszenia i obciążenia. Tam, gdzie przegub poprzeczny układu kierowniczego wytrzymuje niski moment obrotowy przy niewielkich kątach, przegub U w układzie napędowym ciężkich samochodów ciężarowych wytrzymuje ekstremalny moment obrotowy przy różnych kątach w ciągu milionów cykli.

Architektura wewnętrzna jest taka sama — krzyż z czterema panewkami łożyskowymi — ale elementy są znacznie większe, łożyska igiełkowe są liczniejsze i dokładniej szlifowane, a system uszczelnień jest solidniejszy, aby utrzymać smar i zanieczyszczenia na zewnątrz podczas rozprysków drogowych, przejazdów przez wodę i w środowisku o dużym zapyleniu.

Smarowane a uszczelnione złącza

Przeguby U w układzie napędowym pojazdów ciężarowych są dostępne w dwóch konfiguracjach smarowania. Smarowane złącza posiadają smarowniczkę (Zerk) na krzyżu, która umożliwia okresowe pompowanie świeżego smaru do panewek łożysk, usuwając zanieczyszczenia i uzupełniając film smarny. Uszczelnione złącza są fabrycznie zapakowane i nie wymagają smarowania konserwacyjnego, ale nie można ich serwisować, jeśli przedostanie się zanieczyszczenie – w przypadku awarii należy je wymienić, a nie ponownie nasmarować. W przypadku ciężkich pojazdów użytkowych pracujących w warunkach mokrych, błotnistych lub w wysokiej temperaturze, smarowane złącza są standardem, ponieważ smar działa zarówno jako smar, jak i dodatnia bariera przed wnikaniem wilgoci.

Oznaczenia serii SAE i moment obrotowy dla przegubów U do samochodów ciężarowych

Przeguby U do pojazdów ciężarowych produkowane są zgodnie z oznaczeniami serii SAE, które definiują fizyczne wymiary krzyża i panew łożyskowych, a co za tym idzie, moment obrotowy przegubu. Dobór niewłaściwej serii do momentu obrotowego silnika ciężarówki jest jednym z najczęstszych błędów przy naprawie wału napędowego i prowadzi do szybkiej awarii niezależnie od tego, jak dobrze utrzymany jest przegub.

Zasada kąta działania dla wszystkich serii jest spójna: im większy kąt działania, tym niższa wartość użytecznego momentu obrotowego i niższa żywotność . Przegub pracujący pod kątem roboczym 5 stopni będzie zużywał się znacznie szybciej niż ten sam przegub przy 3 stopniach, nawet przy identycznym obciążeniu momentem obrotowym, dlatego też montaż wału napędowego w ciężkich samochodach ciężarowych obejmuje sprawdzenie i korektę kątów wyjściowych zębnika i przekładni, a nie tylko montaż wału i osprzętu.

Objawy awarii przegubu U w układzie napędowym samochodu ciężarowego

Awaria przegubu U układu napędowego w ciężkich samochodach ciężarowych objawia się inaczej niż awaria przegubu kierowniczego. Zaangażowane siły są większe, a konsekwencje zignorowanych objawów poważniejsze, aż do całkowitego oddzielenia wału napędowego włącznie.

• Wibracje rytmiczne narastające wraz z prędkością: Zużyte złącze powoduje, że wał napędowy obraca się lekko i traci równowagę, powodując wibracje odczuwalne w fotelu, podłodze kabiny lub kierownicy, które pogarszają się wraz ze wzrostem prędkości jazdy i mogą zmniejszać się przy pewnych prędkościach rezonansowych
• Drżenie podczas włączania zasilania: Uczucie szarpnięcia lub drżenia podczas ruszania z miejsca zatrzymania lub dodania przepustnicy pod obciążeniem wskazuje, że złącze nie jest już w stanie płynnie przenosić momentu obrotowego — jest to częste zjawisko, gdy złącze jest poważnie zużyte lub panewka łożyska zaczęła wypadać z otworu
• Skrzypienie lub stukanie przy niskiej prędkości: Suchy staw wytwarza rytmiczne piski podczas powolnego manewrowania; luźne lub pęknięte złącze powoduje stuknięcie lub huk podczas łączenia
• Widoczny ubytek tłuszczu wokół złącza: Smar wyrzucony na spód ciężarówki w pobliżu wału napędowego wskazuje na uszkodzone uszczelnienie panewki łożyska, co jest pierwszą fizyczną oznaką, że minął okres serwisowy złącza

Priorytety konserwacji i inspekcji obu typów połączeń

Wymagania konserwacyjne dotyczące przegubów poprzecznych układu kierowniczego i przegubów U w układzie napędowym pojazdów ciężarowych różnią się znacznie ze względu na różne środowiska ich pracy.

Przeguby układu kierowniczego

Większość nowoczesnych przegubów U wału kierownicy jest fabrycznie uszczelniona i oznaczona jako „bezobsługowa”. W wielu samochodach osobowych i lekkich ciężarówkach wytrzymują one cały okres eksploatacji pojazdu bez serwisowania. Przyczyną awarii prawie zawsze jest wnikanie wilgoci i korozja, a nie wyczerpanie się smaru, dlatego dolny przegub wału kierownicy – ​​znajdujący się w komorze silnika i narażony na cykle cieplne, opryski drogowe i okazjonalne mycie pod ciśnieniem – ulega awariom znacznie częściej niż przegub górny. Kontrola polega na mocnym trzymaniu kolumny i wyczuciu luzów na złączu oraz powolnym obracaniu kierownicą w trakcie jednego pełnego obrotu, podczas sprawdzania, czy nie występują żadne zatarcia lub nierówności.

Przeguby U w układzie napędowym pojazdów ciężarowych

Do ciężkich pojazdów użytkowych ze smarowanymi przegubami wału napędowego, suche złącza są główną przyczyną przedwczesnego uszkodzenia złącza U i można temu całkowicie zapobiec, stosując spójny program smarowania. Praktyczna lista kontrolna dotycząca konserwacji przegubów U w samochodach ciężarowych:

1. Smaruj każdą złączkę Zerk w każdym zaplanowanym odstępie czasu PM — smar musi być wyraźnie usuwany z uszczelek misek łożyskowych, aby potwierdzić, że kanały są drożne i usuwane są zanieczyszczenia
2. Podczas każdej kontroli pod pojazdem sprawdzaj wał napędowy pod kątem smug rdzy, zaschniętego smaru lub śladów rozpryskiwanych smarem, ponieważ wskazują one na uszkodzenie uszczelki, zanim złącze zacznie słyszalnie sygnalizować objawy
3. Sprawdź kąt działania na wyjściu skrzyni biegów i jarzmie zębnika za każdym razem, gdy zmienia się wysokość jazdy ciężarówki — ładowność, modyfikacje zawieszenia lub zużyte poduszki powietrzne zmieniają kąty pracy i przyspieszają zużycie przegubów
4. Potwierdź prawidłową serię SAE dla każdego złącza zamiennego pod kątem specyfikacji momentu obrotowego silnika ciężarówki, a nie tylko wymiarów fizycznych; dopasowane wymiarowo, ale złącze szeregowe o niższej wartości znamionowej, szybko ulegnie awarii pod pełnym obciążeniem
5. Wymień przeguby U parami na dwuprzegubowym wale napędowym — jeśli jedno przegubowe zużyło się na tyle, że wymaga wymiany, drugie zostało wystawione na działanie tych samych warunków serwisowych i często wkrótce po tym ulegnie uszkodzeniu