Шарнир равных угловых скоростей
Полуоси, независимо оттого, где они применяются, в переднеприводном автомобиле или в автомобиле с приводом на задние колеса с независимой подвеской, представляют собой карданные валы в миниатюре
Важное различие заключается в том, что они короче, и в том, что внешние концы перемещаются с колесами, которые они приводят в движение, а углы, под которыми они передают крутящий момент, больше. Вес является важным фактором, потому что, валы образуют часть «неподрессоренной массы», которая влияет на плавность хода и устойчивость
Одновременно полуоси должны быть по возможности небольшими, потому что они должны проходить через подвеску и оставлять место для других компонентов, таких, как тормозной механизм и привод, которые образуют часть колесного узла. Поэтому полуоси могут быть трубчатыми, но более часто сплошными, из-за того, что это дает возможность сделать их тоньше и дешевле.
Однако конструкция самого вала не настолько важна, насколько важна конструкция шарниров на каждом конце вала. Основная задача любого карданного шарнира — передавать крутящий момент при изменяющихся углах между валами. Чтобы не допустить вибраций, шарнир должен обеспечивать постоянное равенство угловых скоростей соединяемых валов. Конструкция шарнира должна обеспечивать равенство угловых скоростей, работать при больших углах между валами, компенсировать продольные перемещения и иметь минимальное трение.
Наиболее распространенным шарниром в приводных валах является универсальный карданный шарнир неравных угловых скоростей, который хорошо работает в различных конструкциях. В альтернативных конструкциях могут использоваться эластичные материалы, резиновые «бублики» или диски из прочного пластика. Но все эти конструкции обладают одним недостатком: если два соединенных шарниром вала вращаются под углом и ведущий вал вращается с постоянной скоростью, скорость ведомого вала будет изменяться при каждом обороте вала, то увеличиваться относительно ведущего, то уменьшаться.
Что такое ШРУС?
Увеличение угла между валами увеличивает разницу в угловых скоростях
Это свойство может не приниматься во внимание, если углы между валами небольшие или они вращаются медленно, но понятно, что они не могут применяться в приводе к передним ведущим и управляемым колесам. Колеса должны вращаться с постоянной скоростью, а не с вибрацией, то быстрее, то медленнее, причем изменяясь сотни раз в минуту
Таким образом, шарнир ведущей полуоси в переднем приводе должен обеспечивать равенство угловых скоростей ведущего и ведомого валов привода — следовательно, нужен шарнир равных угловых скоростей (ШРУС).
Историческая справка
После 1930 года появилось несколько конструкций ШРУС, особые улучшения конструкции были разработаны специалистами по трансмиссиям компании GKN. Первый производитель серийных автомобилей с передним приводом использовал «сдвоенные» карданные шарниры неравных угловых скоростей, что дало возможность решить проблему. Большинство шарниров равных угловых скоростей соединяют два вала через «сепаратор», в котором находятся шарики или ролики, которые перемещаются в канавках, выполненных на концах обоих валов. Вместо циклического изменения скорости ведомого вала, циклические движения совершают шарики или ролики, а ведомый вал вращается с той же скоростью, что и ведущий. Можно также обеспечить осевое перемещение шариков или роликов в корпусе шарнира, для компенсации изменения длины такой передачи. В полуосях, приводящих в движение передние колеса, таким выполняется внутренний шарнир, потому что ему не нужно работать под такими большими углами, как наружному.
Нагрузки на ШРУС
Нагрузки на ШРУС увеличиваются при увеличении угла между валами, и если им приходится работать долгое время под большими углами, это может уменьшить их долговечность и точность работы. Однако при очень больших углах работают только наружные шарниры в переднем приводе, а время их работы в таком положении не очень большое, потому что это происходит, только когда колеса вывернуты до упора. ШРУСы в основном обладают очень высокой долговечностью, если обеспечена адекватная смазка шарнира.
Иногда не обращают внимания на эластичные защитные чехлы ШРУСа, хотя они защищают шарниры от попадания в них грязи и пыли, а это существенно влияет на долговечность шарнира. Как уже упоминалось, ШРУСы сейчас широко используются в карданных передачах заднеприводных автомобилей. На самом деле инженеры по современным трансмиссиям, сталкиваясь с проблемой шума и вибраций, обычно заменяют обычные карданы на ШРУС.
Устройство и принцип работы ШРУСа
Работают ШРУСы по принципу регуляции подаваемого вращения на каждую полуось трансмиссии (в нашем случае – на каждое колесо в отдельности). Однако стоит о включается в работу лишь тогда, когда между данными полуосями появляется некоторый угол, как правило, не превышающий 70-75 градусов.
Подобное устройство ШРУСа позволило придать ему сразу несколько положительных свойств:
Во-первых, шарнир организует привод, который даёт возможность использовать передние колёса (очень редко – задние) в качестве и ведущих, и приводных элементов трансмиссии;
Во-вторых, шарнир осуществляет наиболее оптимальную передачу вращательного момента на каждую из полуосей при возникновении между ними угла до 75 градусов
В итоге, это позволяет повысить КПД функционирования мотора и существенно продлить срок эксплуатации целого ряда узлов подвески;
И в-третьих, шарнир способен работать достаточно долго, что немаловажно для комфортабельного использования автомобиля.. Как показало время, лучшими вариациями конструкции «гранат» являются те, что предполагают использование двух составных частей
Более чем 90 % современных машин с передним приводом оборудованы именно такими шарнирами, которые называются либо привод, либо ШРУС в сборе. Состоит подобный привод из двух частей – внутренний (задний) и внешний (передний) шарниры
Как показало время, лучшими вариациями конструкции «гранат» являются те, что предполагают использование двух составных частей. Более чем 90 % современных машин с передним приводом оборудованы именно такими шарнирами, которые называются либо привод, либо ШРУС в сборе. Состоит подобный привод из двух частей – внутренний (задний) и внешний (передний) шарниры.
Первая составляющая «Гранаты» имеет более громоздкие размеры, но в работе нагружена не настолько сильно, как её «собрат». В любом случае, обе детали имеют колоссальное значение:
- Внутренний ШРУС отвечает за передачу вращения от КПП к редукторному валу;
- Внешний шарнир передаёт вращение от вала редуктора непосредственно к колесу.
Непростые функции и долговечность – вот, чем отличается как передний, так задний ШРУС, но как это возможно? «Виной» всему простейшая для столь важной детали конструкция, которая включает в себя:
- сферическую чашу, работающую в купе с ведомым валом (они соединены между собой и формируют корпус любой «гранаты»);
- сферический кулак, работающий вместе с ведущим валом (данные составляющие шарнира также соединены между собой, но образуют уже обойму узла);
- 6 шариков (нейтрализуют разницу скоростей, по факту, выполняя главную функцию ШРУСа);
- сепаратора (он удерживает 6 шариков в спецканавках и помогает им в нейтрализации разницы скоростей);
- пальников (эти детали защищают поверхности шарнира, работающие с большим трением и имеющие смазку, от загрязнений из окружающей среды);
- мелких элементов: стопорные кольца, крепления и т.п. (необходимы для организации единого механизма всех описанных выше элементов «гранаты»).
Отметим, что описанная выше структура ШРУСа актуальна для подобных деталей шарикового типа, которые являются наиболее используемыми в конструкции современных авто. Помимо данного вида шарниров, также можно выделить сухариковый (часто используется на грузовых машинах), триподный (усовершенствованный наружный ШРУС) и спаренный (сложноустроенный шарнир, работающий с максимально возможным КПД). Вне зависимости от конструкционных особенностей любой ШРУС выполняет описанные выше функции и является неотъемлемой частью любого переднеприводного автомобиля, как минимум, в течение последних 50 лет.
Если карданный вал уже разобран
Бывают случаи, когда карданный вал по неосторожности разошелся в шлицах при демонтаже. Или автолюбитель по неопытности заранее не поставил метки, при замене крестовины или подвесного подшипника
Внимательно присмотритесь, на некоторых карданных валах европейского производства метки ставятся на заводе в виде выпуклых треугольников, накерненых стрелок и точек, иногда метками выступают балансировочные пластины выгнутой формы и даже пресс-маслёнки.
Примечание: на всех карданных валах со смещенными крестовинами друг относительно друга есть метки.
Если вы не обнаружили меток, у вас есть два варианта — обратиться к специалистам для балансировки карданного вала или попытаться самостоятельно найти правильное положение.
Распространенные неисправности кардана
Ремонт карданной передачи чащ всего требуется при нарушении сроков ТО или проведении некачественно обязательных работ. Поломки могут возникать и при сильных механических воздействиях на кардан, отмечающихся при небрежной эксплуатации авто. Устройство карданной передачи не отличается сложностью, и к основным проблемам, которые могут возникать относятся следующие:
- разбалтывание креплений;
- сильный износ шеек;
- физический износ крестовин или шарниров.
Стоит отметить, что эксплуатировать транспортное средство, кардан которого неисправен, не только недопустимо правилами, но и просто опасно. Далеко не все автолюбители знают, что кардан нуждается в балансировке. Его вращение происходит всегда с большой скоростью, а отсутствие балансировки незамедлительно приводит к возникновению выраженной вибрации, которая способствует ослаблению крепления и быстрому износу основных его узлов. Балансировка кардана в любом случае обязательна после работ по его ремонту, при котором он демонтировался. Лучше всего проводить эту процедуру на специальном стенде, в условиях специализированной мастерской.
Наиболее уязвимым местом карданной передачи можно считать шарниры, которые могут быстро изнашиваться вне зависимости от привода машины, особенно при эксплуатации в достаточно экстремальных условиях: пересеченная местность, тяжелое бездорожье, гонки
Плавное управление авто особенно важно для авто с передним приводом. Постоянного контроля требуют и пыльники, или защитные чехлы, надежно предохраняющие внутренние механизмы от грязи и воздействия агрессивных веществ окружающей среды. Если при осмотре на них обнаруживаются трещины или разрывы, они подлежат незамедлительной замене
В противном случае в скором времени не избежать дорогостоящего ремонта. Не станет новостью и тот факт, что разборка и сборка карданной передачи должна проводится опытным человеком
Если при осмотре на них обнаруживаются трещины или разрывы, они подлежат незамедлительной замене. В противном случае в скором времени не избежать дорогостоящего ремонта. Не станет новостью и тот факт, что разборка и сборка карданной передачи должна проводится опытным человеком.
В том случае, если при движении авто обнаруживаются посторонние шумы, опытный водитель может использовать их для диагностики кардана. Так, признаком скорого выхода из строя карданной передачи в связи с износом говорят щелчки, раздаваемые при начале движения авто, а также при поворотах ведущих колес, в особенности на предельные углы. При возникновении сильной вибрации на сбалансированном кардане следует проверить подшипник, расположенный на опоре самого карданного вала – это актуально для ТС с задним приводом. О принципе работы карданной передачи можно посмотреть на видео:
https://youtube.com/watch?v=apqd2-CE_VY
- Адаптивная регулируемая подвеска
- Как пользоваться перехватывающими парковками
- Устройство тормозного суппорта
- Как правильно прокачать сцепление
Уход за карданной передачей
Следует проверять крепление фланцев карданных валов и кронштейна промежуточной опоры.
Все болты крепления должны быть затянуты до отказа. Необходимо периодически проверять посадку крестовин в подшипниках и подшипников в вилках. При ослаблении болтов, крепящих крышки подшипников, надо подтянуть их. Момент затяжки должен быть равен 1—1,5 кгс*м. При значительном радиальном и торцовом зазоре в подшипниках крестовин нужно заменить карданный вал в сборе.
Необходимо строго соблюдать периодичность выполнения смазочных операций и соответствие применяемого масла для карданной передачи (подшипника опоры, шлицевого соединения) требованиям карты смазки. Для смазки шлицевые соединения необходимо разобрать, промыть шлицы скользящей вилки и внутреннюю полость шлицевой втулки и заложить в эту полость свежую смазку.
При снятии карданного вала с автомобиля или при установке его на автомобиль нельзя пользоваться монтажной лопаткой или другими предметами, вставленными в шарнир для прокручивания карданного вала. Это влечет за собой повреждение уплотнений, что приводит к преждевременному выходу из строя карданных шарниров.
Разбирать шарнир рекомендуется только в случае выхода из строя его деталей. Для разборки шарнира следует пользоваться специальным съемником. Использовать молоток для разборки шарнира нельзя, так как это приводит к нарушению соосности отверстий в вилках шарниров под подшипники, после чего резко снижается долговечность шарнира. При разборке шарнира необходимо спрессовать торцовые уплотнения с двух смежных шипов. Во время разборки надо следить за тем, чтобы не повредить торцовых уплотнений. Повторная установка поврежденных торцовых уплотнений в шарнир недопустима, так как при этом нельзя обеспечить требуемого натяга торцового уплотнения на посадочном пояске шипа. Сборка шарнира с комбинированным (радиальным и торцовым) резиновым уплотнением подшипников может производиться одним из двух следующих методов:
- Торцовое уплотнение предварительно напрессовывают на два смежных шипа крестовины, после этого крестовину устанавливают в вилку (фланец). Остальные торцовые уплотнения устанавливают на шипы через отверстия под подшипники в вилках (фланцах) и напрессовывают на посадочные пояски шипа.
- Крестовину без торцовых уплотнений устанавливают в вилку (фланец), после этого на шипы крестовины через отверстия под подшипники в вилках (фланцах) напрессовывают торцовые уплотнения.
Для напрессовки торцового уплотнения на посадочный поясок шипа необходимо пользоваться специальным приспособлением — оправкой. В случае отсутствия в комплекте запасных частей торцовых уплотнений допускается установка подшипников 804805К1 без торцового уплотнения, но долговечность уплотнения при этом понижается.
При сборке шарниров в каждый подшипник крестовины закладывается 4—4,2 г смазки, а в каждое глухое отверстие шипа 1,1 —1,3 г смазки 158.
Шарнир: главный секрет кардана
Вполне очевидно, что карданная передача назначение и устройство которой мы сегодня рассматриваем, является крайне важным узлом.
Поэтому не будем терять время на лишние разговоры и перейдём к сути вопроса. Карданная передача автомобиля, в какой бы модели она не находилась, имеет ряд стандартных элементов, а именно:
- шарниры;
- валы ведущие, ведомые и промежуточные;
- опоры;
- соединительные элементы и муфты.
Различия этих механизмов, как правило, определяются типом карданного шарнира. Существуют такие варианты исполнения:
- с шарниром неравных угловых скоростей;
- с шарниром равных угловых скоростей;
- с полукарданным упругим шарниром.
Когда автомобилисты говорят слово «кардан», то они обычно имеют в виду именно первый вариант. Механизм с шарниром неравных угловых скоростей встречается чаще всего у машин с задним или полным приводом.
Работа карданной передачи этого типа имеет одну особенность, которая является и его недостатком. Дело в том, что из-за специфики конструкции шарнира невозможно плавно передавать крутящий момент, а получается это сделать только циклически – за один оборот ведомый вал дважды запаздывает и дважды опережает ведущий.
Компенсируется такой нюанс введением ещё одного такого же шарнира. Устройство карданной передачи этого типа простое, как и всё гениальное – соединяются валы двумя вилками, расположенными под углом 90 градусов и скреплёнными крестовиной.
Более совершенными являются варианты с шарнирами равных угловых скоростей, которые, кстати, обычно именуют ШРУС – наверняка, вы слышали такое название.
Карданная передача назначение и устройство которой мы рассматриваем в этом случае, имеет свои нюансы. Хотя её конструкция более сложная, это с лихвой компенсируется рядом преимуществ. Так, к примеру, валы данного типа карданов всегда вращаются равномерно, причём они могут находиться под углом до 35 градусов. К недостаткам механизма можно, пожалуй, отнести достаточно сложную схему узла.
Сам ШРУС должен быть всегда герметичным, так как внутри находится смазка специального состава. Разгерметизация приводит к вытеканию этой смазки, и в таком случае шарнир быстро портится и ломается. Тем не менее, механизмы с шарнирами равных угловых скоростей при должном уходе и контроле более долговечны, чем их собратья. Встретить ШРУС можно на переднеприводных и полноприводных автомобилях.
Устройство и работа карданной передачи с полукарданным упругим шарниром также имеет свои особенности, которые, к слову, не дают возможности использовать её в конструкциях современных автомобилей.
Передача вращения между двумя валами в этом случае происходит за счёт деформации упругого элемента, например, муфты специальной конструкции. Считается, что подобный вариант крайне ненадёжен, поэтому его и не применяют сейчас в автопроме.
В следующей публикации мы поговорим о не менее полезной штуке. Какой именно? Подписывайтесь на рассылку и обязательно узнаете!
Карданная передача с полукарданным упругим шарниром
Полукарданный упругий шарнир обеспечивает передачу крутящего момента между двумя валами, расположенными под небольшим углом, за счет деформации упругого звена.
Характерным примером данного типа шарнирного соединения является упругая муфта Гуибо (Guibo). Муфта представляет собой предварительно сжатый шестигранный упругий элемент, с двух сторон которого крепятся фланцы ведущего и ведомого валов.
Эксплуатация и возможные неисправности карданной передачи
Бережная эксплуатация автомобиля позволяет шарнирам карданного вала и шаровым шарнирам передних валов сохранить свою работоспособность надолго, как минимум до 100 тысяч побега. Что касается труб, то при отсутствии механических повреждений их можно использовать долгие годы без замены, в противном же случае изогнутый механизм стоит просто заменить новым
Следует уделять внимание состоянию чехлов шарниров и заменять их при любом повреждении, уберегая тем самым шарниры
Сокращение работоспособности шарниров могут спровоцировать резкие разгоны, пробуксовка в грязи, неправильный выбор скоростей, долгие поездки по снежным и грунтовым дорогам с глубокими колеями.
О неисправности карданной передачи можно узнать по появившимся посторонним звукам или рывкам автомобиля при движении. Существует несколько причин потери работоспособности карданной передачей, и среди них такие:
- износ карданных шарниров;
- деформация карданных валов;
- повреждение или износ сальников;
- повреждение защитного чехла шарнира;
- износ подшипников;
- ослабление соединительных механизмов.
Данные неисправности очень легко устранить, заменив поврежденные детали или подтянув крепежные детали.
