Про крепление рулевых сошек к поворотному кулаку

Всем привет!
Картинок не будет… только буквы в этот раз.
В очередной раз взялся писать кому-то комментарий на тему "разбалтывающихся" рулевых сошек, срезающихся шпилек, "тюненых" сошек, современных оригинальных шпилек, которые "уже не те…" и т.п. и т.д. и подумал, что надо написать сюда что я про всё это думаю.

Итак, очень ответственный узел во многих внедорожниках и в ТЛК80 в частности — крепление рулевых сошек к поворотному кулаку. К Патрулям, кстати, не относится — у них рулевые сошки отлиты вместе с кулаком (ничего не отваливается, но если развалили конус, то только новый кулак).

К слову, точно такой же способ фиксации применён и в ступичных фланцах на переднем мосте и полуосях на разгруженном заднем.

1. В прочности сопряжения сошка-кулак решающую роль играет сила трения между привалочными плоскостьями сошки и кулака (а шпильками только создаётся сила, необходимая для обеспечения этого трения посредством прижатия).
При воздействии на сошку со стороны рулевой тяги и соответственно реакции со стороны кулака между кулаком и сошкой в плоскости их соприкосновения возникает крутящий момент.
Для передачи этого момента применяют крепление шпилька-гайка "с зазором" (про конусные шайбы пока не говорим). Т.е.соединение считают не на срез винта или шпильки, а производится "рассчет по условию нераскрытия стыка".
Шпилька-гайка должны с такой силой сжать привалочные плоскости, что момента, приложенного к сошке не достаточно для их сдвига. Далее всё подчинено этой цели. В случае сильнонагруженного соединения, как в нашем случае, а так же подверженному значительным знакопеременым нагрузкам и колебаниям в плоскости их соприкосновения, инженеры добавили в узел разрезные конусные шайбы с целью обеспечить плотность фиксации и предотвратить "прослабления" соединения и ослабления прижатия.
Для того, чтобы всё работало правильно, необходимо обеспечить не только достаточную силу прижатия поверхностей, но и ровность плоскостей сопряжения для обеспечения максимальной силы трения в сопряжении. Часто при фанатичном затягивании гаек шпилек, шпилька вытягивается из корпуса кулака (на глаз иногда даже и не видно). Поэтому когда возникают проблемы с "разбалтывающимися" сошками, просто необходимо помимо просто замены шпилек ещё и тщательно проверять поверхности и торцевать их при необходимости. В противном случае соединение разбалтывается очень быстро и шпильки, не расчитанные на работу на срез, не выдерживают. Люди начинают ставить усиленные или толстые нештатные шпильки, что продлевает на некоторое время агонию, но конечный результат — разболтанная сошка в лучшем случае.
По замыслу конструкторов шпилька должна быть такой прочности на растяжение и скручивание, чтобы будучи стянутой гайкой (закрученной с предписанным моментом), обеспечивать рассчётную силу стягивания деталей. Поэтому важно, чтобы все крепежные элементы этого узла (сама шпилька, разрезная конусная шайба, плоская шайба и гайка) должны быть необходимой прочности.
Усиленные шпильки могут обеспечить бОльшую по сравнению с рассчётной силу стягивания, но тогда станет недостаточно прочности самого кулака, в который эти шпильки вкручены и при превышении регламентированного момента затяжки, начнётся пластическая деформация корпуса поворотной кулака (вытягивание из него шпилек).

2. Следующая очень важная деталь — пружинные конусные шайбы. Их задача, будучи затянутыми, обжать и заклинить собой тело шпильки и ответную плоскость(конус) на сошке для предотвращения шевеления одного относительно другого и неминуемого прослабления соединения, вслед за которым наступает пункт первый. Для обеспечения выполнения этой задачи необходимо, чтобы и сам конус на сошке и поверхность шайбы были чистыми, красивыми, без заусенцев и вмятин. Гайки на шпильках поворотного кулака затягиваются моментом не более и не менее 100Нм.
При контрольном подтягивании в процессе эксплуатации в начале гайку чуть отпускаем и только потом затягиваем правильным моментом.

3. Помимо уже озвученных выше причин появления неровности сопрягаемых деталей, самая распространённая — КОЛХОЗРЕМОНТ. А именно неправильная технология разборки этого узла. Ремонтёры, вооружившись ударными инструментами, колотят ими куда ни попадя. Самые одарённые из них дотягиваются до зубилоподобных приборов и тычат ими в сопряжение сошки и кулака, уничтожая ту самую привалочную поверхность.
Для правильной разборки этого узла нам нужна небольшая кувалдочка 1,5-2 кг (молоток тоже пойдёт, но им не так удобно из-за несимметричной балансировки) и медная пластина-выколотка. Отворачиваем гайки, снимаем шайбы и через медную выколотку наносим удары ПО ТОРЦАМ ШПИЛЕК, ВДОЛЬ ИХ ОСИ И НИКАК ИНАЧЕ! до тех пор пока конусные шайбы не выскочат. Задача — создать вибрацию определённой частоты и длительности. Здесь, в зависимости от древности аппарата, затраченное время может несколько розниться. Но уверяю вас, что рано или поздно шайбы выскакивают. Мне попадались очень древние и убитые 40ки и 60ки, на которых этот процесс занимал до 10мин на шпильку. Можно чередовать шпильки крест-накрест — пять ударов по одной, пять по другой и так далее. Кстати, точно по такой же технологии извлекаются конусные шайбы на полуосях и ступичных хабах.
И самое главное — соблюдайте момент затяжки крепежа! Перетянутый крепёж ни чем не лучше недотянутого, разве что последствия наступают не так быстро и не так очевидны. Например, перетягивание пальцев рулевых наконечников ведёт к проблемам при их демонтаже. Механики вынуждены стучать по узлу, и делая это не правильно можно сломать (или зародить трещину) в самой рулевой сошке (в месте отверстий под 2 передние шпильки её крепления к поворотному кулаку).

4. Тюнинговые сошки ТЛК80 для применения в случае лифта подвески от +4".
Есть в наших узких кругах один производитель, прикручивающий сошку собственного изготовления на место, для этого не предназначенное — наверх поворотного кулака ТЛК80 вместо крышки шкворневого подшипника. Согласно сказанного выше, в этом случае мы изменяем конструкцию сопряжения кулак-сошка, уменьшая вдвое площадь привалочной поверхности и вдвое силу, с которой шпильки притягивают сошку к кулаку (2 шпильки вместо 4-х). Для некоторой компенсации этих проблем изготовителем предложены две дополнительные точки крепления их сошки к поворотному кулаку под ограничительные болты угла поворота кулака. И при этом всё равно штатные шпильки обрывает, поэтому они были вынуждены перейти на более толстые шпильки диаметром 16мм (вместо штатных 12мм). Таким образом, основная нагрузка возложена именно на шпильки, работающие на срез, а не на трение между сошкой и кулаком. Вот такой компот. Возможно, прочности оказалось достаточно. а может и нет. Я пользователем данной конструкции не являюсь, поэтому даю оценку только теоретическую.

Ради справедливости стоит упомянуть другого, не менее известного в тех же кругах, производителя сошек для ТЛК80. Он поступил, на мой взгляд, более правильно. Корпус поворотного кулака фрезеруется таким образом, что у новой сошки получаются даже две монтажных плоскости, расположенных под некоторым углом друг к другу. Так же в конструкцию добавляются дополнительно 2 шпильки. Это решение, на мой взгляд, получилось даже надёжнее чем оригинальное у Тойоты. Как плата за совершенство — больше хлопот при переделке (стоимость изделия).

Что знал, рассказал.
UPD: Однако, что касается крепления полуосей, есть и иная точка зрения 😇