Шарнир равных угловых скоростей

Снятие и установка карданного вала

Операции по восстановлению, ремонту авто сопряжены с их демонтажем и, напротив, установкой на трансмиссию.

Главное, при снятии КВ требуется соблюдать строгий порядок действий:

Открутите болты и гайки отвести фланец кардана от редуктора.
Опустите фланец вниз.
Открутите болты крепления.
Отведите кардан от КПП.
Открутите болты крепления подшипника.

При установке КВ процедуры выполняйте в обратном порядке. Соблюдение этой схемы позволит избежать ошибок.

Дополнительную информацию вы можете посмотреть в модулях LCMS ELECTUDE — платформе для обучения автомехаников, автомехатроников, автодиагностов.

Карданная передача. Назначение и принцип действия

КОММЕНТАРИИ — 0

Карданная передача служит для передачи вращающего момента между агрегатами, оси валов которых не лежат на одной прямой и могут изменять свое взаимное положение.

У полноприводных колесных машин карданная передача обычно соединяет ведомый вал КП с ведущим валом раздаточной коробки, а ведомые валы раздаточной коробки — с ведущими валами главных передач ведущих мостов. Агрегаты, закрепленные на раме (в частности, КП и раздаточная коробка), могут перемещаться относительно друг друга в результате деформации своих опор и самой рамы, а ведущие мосты присоединены к раме через подвеску, поэтому могут перемещаться относительно рамы и закрепленных на ней агрегатов при деформации упругих элементов подвески. При этом могут изменяться не только углы наклона карданных валов, соединяющих агрегаты, но и расстояние между агрегатами.

В общем случае карданная передача состоит из карданных шарниров 2 и 5, карданных валов 1,4 и 6 и компенсирующего соединения 3. Иногда карданный вал устанавливают на промежуточной опоре, прикрепленной к поперечине рамы ТС.

Карданные шарниры обеспечивают передачу вращающего момента между валами, оси которых пересекаются под углом. Различают карданные шарниры неравных и равных угловых скоростей. Карданные шарниры неравных угловых скоростей подразделяют на упругие и жесткие. Карданные шарниры равных угловых скоростей по конструкции бывают шариковые с делительными канавками, шариковые с делительным рычажком и кулачковые. Обычно их устанавливают в приводе ведущих управляемых колес, где угол между валами может достигать 45°, причём центр карданного шарнира должен совпадать с точкой пересечения осей вращения колеса и его поворота.

Упругие карданные шарниры передают вращающий момент между валами с пересекающимися под углом 2…3° осями в результате упругой деформации соединительных элементов.

Жесткий карданный шарнир неравных угловых скоростей передает вращающий момент от одного вала к другому вследствие подвижного соединения жестких деталей. Он состоит из двух вилок — 3 и 5, в цилиндрические отверстия которых установлены на подшипниках концы А, Б, В и Г соединительного элемента — крестовины 4. Вилки жестко соединены с валами 1 и 2. Вилка 5 может поворачиваться относительно оси БГ крестовины и в то же время вместе с крестовиной поворачиваться относительно оси АВ, благодаря чему и обеспечивается возможность передачи вращения от одного вала к другому при меняющемся угле между ними.

Если вал 7 повернется вокруг своей оси на угол а, то вал 2 за это же время повернется на угол В. Соотношение между углами поворота валов 7 и 2 определяется выражением tga= tgВ*cosy, где у — угол, под которым расположены оси валов. Из этого выражения следует, что угол В то меньше угла а, то равен ему. Равенство этих углов наступает через каждые 90° поворота вала 7. Таким образом, при равномерном вращении вала 1 угловая скорость вала 2 неравномерна и изменяется по синусоидальному закону. Неравномерность вращения вала 2 будет тем значительнее, чем больше угол у между осями валов. Если неравномерность вращения вала 2 будет передаваться на валы агрегатов, в трансмиссии возникнут дополнительные пульсирующие нагрузки, возрастающие при увеличении угла у. Чтобы неравномерность вращения вала 2 не передавалась на валы агрегатов, в карданной передаче применяют два карданных шарнира. Их устанавливают так, чтобы углы у1 и у2 были равны; вилки карданных шарниров, закрепленные на неравномерно вращающемся валу 4, должны быть расположены в одной плоскости. Равномерность вращения ведомого вала может быть достигнута также применением карданного шарнира равных угловых скоростей.

Принцип действия карданного шарнира равных угловых скоростей поясняет схема, приведенная на рисунке. С ведущим валом 7 соединен рычаг 2, а с ведомым валом 4 — рычаг 3. Рычаги 2 и 3 при вращении валов постоянно контактируют в точке А, линейная скорость которой одинакова для обоих рычагов, т. е. v = = w1B = w2a= wа. Равенство угловых скоростей w2 и w2 возможно, если а = b. Это условие выполнимо, если угол 0 равен углу W и точка А контакта рычагов лежит на биссектрисе угла между валами 7 и 4. При вращении валов точка А должна находиться в биссекторной плоскости. Конструктивно это условие можно обеспечить различными способами. Наиболее широкое распространение получили карданные шарниры равных угловых скоростей шарикового типа. Применяются также другие типы шарниров равных угловых скоростей.

Tags: Карданная передача

Вперед Устройство карданной передачи

Все записи

Назад Назначение и типы полуосей

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.

Полезные рекомендации

Запомните, что игнорировать любые признаки неисправностей кардана ни в коем случае нельзя. Если не прислушиваться к этому совету, вы можете столкнуться со следующими последствиями:

При обрыве кардана повреждается сам кузов автотранспортного средства. Дополнительно кардан может повредить трубопровод, который проходит по днищу автомобиля.
Если будут наблюдаться постоянные вибрации, это негативно отразится на жёсткости креплений подвески и кузова. Также начнут ослабляться все резьбовые соединения, крепления салонных панелей. Машина буквально начнёт разваливаться на ходу.
Все детали, непосредственно связанные с карданным валом, будут быстрее и интенсивнее изнашиваться. Это существенно сократит их эксплуатационный срок, потребует ранней замены и дорогостоящего ремонта.

Вряд ли кто-то из автовладельцев осознанно захочет столкнуться с подобными неприятностями.

Но во многом их можно избежать, если придерживаться нескольких простых правил. Все эти рекомендации направлены на увеличение срока службы карданного вала.

Если вы заинтересованы в сохранении ресурса КВ, тогда необходимо:

постараться минимизировать эксплуатацию автомобиля в условиях пересечённой местности;
не разгоняться резко;
плавно трогаться с места;
длительно не буксовать на машине;
не экономить на качественных запчастях;
проводить диагностические мероприятия;
при возникновении сложных неисправностей обращаться к квалифицированным мастерам.

Карданный вал является во многом важным элементом автотранспортного средства, который хоть и считается промежуточным звеном, но выполняет ключевую роль в работе заднеприводных и полноприводных автомобилей.

Узел не обладает крайне сложным устройством, а его принцип работы понятен многим. Это позволяет самостоятельно решать возникающие проблемы, своевременно обнаруживать неисправности и поддерживать КВ в рабочем состоянии в течение длительного периода времени, просто соблюдая несколько простых правил.

Снять и заменить

Вероятнее всего, вам придется поднять автомобиль от земли (если только вы не водите полноприводный внедорожник с огромными колесами). Лучше всего подойдет эстакада, но сойдет и напольный домкрат и пара подъемных опор. Чтобы заменить карданный шарнир, отверните гайки U-образных болтов, которые крепят стаканы шарнира к вилке задней оси. Отметьте детали, так чтобы вы могли позже установить их точно на место. Используя большую отвертку, поднимайте вал вперед до тех пор, пока шарнир не освободится из вилки, затем опустите его и извлеките из корпуса носка вала трансмиссии.

Хотя гидравлический пресс идеален для того, чтобы выжать стаканы из ушек вилки, вы вполне можете справиться с этим с помощью крепких верстачных тисков. Либо вы можете выжать стаканы из ушек с помощью зубила и тяжелого молотка. Если это оригинальные детали, то они, скорее всего, скреплены закачанной полиамидной смолой, которая просто разрушится в процессе. Другая возможность – проверить наличие С-образных зажимов в канавках во внутренней и внешней сторонах ушек. Те, которые с внутренней стороны, легко вынимаются с помощью отвертки и молотка, но для внешних колец могут потребоваться клещи для снятия пружинных колец.

_{Новый карданный шарнир имеет масленку, даже если ее не было в оригинальном шарнире. Заполните шарнир смазкой, пока она не будет стекать из уплотнений.}

Если вы используете тиски или зубило с молотком, поместите головку большего диаметра, чем внешний диаметр стакана, с одной стороны ушка, чтобы стакан выпал в нее. Затем, с помощью тисков, поместите меньшую головку на другой стакан, чтобы протолкнуть его через отверстие в ушке. Теперь поверните винт тисков настолько, чтобы продавить стаканы через вилку. Если вы пользуетесь зубилом и молотком, поместите большую головку под одним ушком и ударяйте большим зубилом по противоположному стакану. Для этого вам может понадобиться помощник.

Когда пришло время установки нового шарнира, сначала убедитесь, что на заводе его наполнили смазкой. Стаканы должны быть заполнены приблизительно до половины длины иголки соответствующей смазкой (обычно SAE 140). Вставляя стаканы на место, вы должны быть осторожны, чтобы не сдвинуть с места игольчатые подшипники и не сжать их под углом.

Шариковый шарнир равных угловых скоростей (шарнир Вейса) состоит из следующих элементов:

• ведущего вала со шлицами, входящими в зацепление с полуосевым зубчатым колесом дифференциала и вилкой с делительными канавками;• ведомого вала со шлицами, входящими в зацепление с ведущим фланцем ступицы колеса и вилкой с делительными канавками;• четырех ведущих шариков, расположенных в делительных канавках вилок;• центрирующего шарика вилок, помещенного в сферические углубления на торцах вилок.

Привод передних колес: 1 — корпус внутреннего шарнира; 2 — фиксатор внутреннего шарнира; 3 — кольцо крепления чехла; 4 — вал привода передних колес; 5 — защитный кожух чехла; 6 — защитный чехол; 7— упорное кольцо обоймы; 8— сепаратор; 9 — хомут; 10— шарик; 11 — обойма; 12 — стопорное кольцо обоймы; 13 — корпус наружного шарнира.

Особенности механизма

Карданный вал осуществляет передачу крутящего момента, который создается двигателем автомобиля, на заднюю ось, в результате чего осуществляется вращение колес. Располагается он под днищем автомобиля ВАЗ-2107, собственно, поэтому можно обнаружить в салоне приподнятый пол.

Кардан на ВАЗ 2107 состоит из двух основных частей, которые соединяются между собой при помощи крестовины. Такая конструкция устройства необходима потому, что задняя подвеска постоянно «играет» при движении за счет амортизации. Устройство представляет собой пустотелую трубку, которая является «плечом», соединяющим двигатель с колесами. Несмотря на простоту изделия, вал, как и прочие детали авто, выходит из строя и требует проведения ремонта или замены.

Основные неисправности кардана

Основная неисправность карданного вала заключается в том, что из строя выходят такие элементы, как крестовина и подвесной подшипник. Именно эти детали являются наиболее нагруженными. Из строя крестовина и подшипник выходят по простой причине – отсутствие смазки. С течением времени требуется периодически проводить диагностику этих элементов с обязательной добавкой смазочных материалов. В редких случаях, неисправность кардана бывает связана с браком крестовины, в результате чего требуется ее замена.

Неисправности рассматриваемого механизма бывают следующие:

выход из строя крестовин;
разрушение подвесного подшипника;
нарушение конфигурации(дисбаланс) вала;
поломка фланцев, шлицев и муфт, что случается при сильных нагрузках;
избыток влаги и грязи внутри крестовин.

При малейших признаках неисправности требуется провести диагностику механизма и устранить все вытекающие поломки. Определить неисправность можно по следующим признакам:

появление стука при включении сцепления, что может говорить об изношенности шлицев или повреждении эластичной муфты;
возникновение скрежета при движении автомобиля говорит об отсутствии смазки;
появление вибрации при движении автомобиля, что свидетельствует о нарушении центровки изделия;
стук при резком разгоне или торможении, что свидетельствует об износе крестовин.

Как осуществляется замена карданного вала ВАЗ 2107, разберем в следующем пункте.

Процесс снятия и замены кардана

Снятие механизма выполняется с целью проведения ремонтных работ или его замены на новое изделие

Зачастую сам карданный вал является неприхотливым устройством, но при этом важно периодически проверять состояние подшипника, шлицов и крестовин. Это те слабые места, на которые необходимо периодически обращать взор, и следить за их состоянием

Работы по демонтажу кардана осуществляются в следующем порядке:

Для начала необходимо зафиксировать автомобиль подложив под передние колеса упоры, а рычаг КПП расположить в положение “нейтраль”. Далее домкратим заднюю часть автомобиля, подвесив при этом одно из ведущих колес. Приступаем к разъединению устройства от крепления к дифференциалу. Для этого необходимо вывинтить 4 гайки крепления, после чего извлечь болты. После вывинчивания крепления можно разъединить изделие от фланца дифференциала.

Остается вывинтить две гайки крепления поперечины, на которой закреплен подвесной подшипник. После вывинчивания можно демонтировать кардан с автомобиля ВАЗ 2107. Деревянным молотком необходимо выбить(если требуется) вал из зацепления шлицами с эластичной муфтой. После того, как будет произведен ремонт или замена вала, можно установить его на место. Процесс установки обратно пропорционален снятию

При установке изделия важно следить за тем, чтобы правильно поставить вал

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ КАРДАННОЙ ПЕРЕДАЧИ

Особенностью такого шарнира является неравномерность вращения. При изменении угла положения ведущего вала относительно ведомого, последний в определенных точках ускоряется или замедляется, то есть возрастает или снижается угловая скорость. Причем с увеличением угла скорость опережения или отставания ведомого вала от ведущего повышается, поэтому такая передача вращения носит циклический характер. Значительный угол (более 20 град.) между валами повышает нагрузку на составные элементы шарнира, что может привести к поломке.

Принцип работы карданного шарнира рассмотрим на примере, когда ведущий вал расположен строго горизонтально, а ведомый – под углом вниз (стандартное положение кардана). Начальное положение внутренней вилки шарнира – тоже горизонтальное. При передаче вращения из-за положения под углом, часть вилки, идущая вниз ускоряется относительно ведущего вала. Максимальное опережение достигается в нижней точке.

Одновременно, часть вилки ведомого вала, при вращении начавшая движение вверх, замедляется и отстает по скорости вращения от ведущего. Максимальное отставание – в самой верхней точке.

Из-за этих особенностей работы шарнира неравных угловых скоростей, вращение передается неравномерно.

Для снижения неравномерности скоростей вращения и нагрузки в конструкции карданной передачи применяется по два шарнира – на концах пустотелого вала. Причем для максимального сглаживания внутренние вилки расположены в одной плоскости.

За счет использования двух шарниров уменьшаются углы положения валов и, соответственно, и неравномерность скоростей вращения.

Из-за неравномерности вращения между валами карданная передача не используется в конструкции трансмиссии переднеприводных автомобилей. На таких моделях шарнир неравных угловых скоростей заменен на ШРУС, у которого передача осуществляется равномерно независимо от угла между валами.

Неисправности и диагностика ШРУС

Повреждение пыльника.
Высыхание или загрязнение смазки.
Износ шариков или роликов.

Во время езды из-под колес вылетают мелкие камни, которые могут пробить пыльник ШРУС. Когда такое происходит, в смазку начинает попадать пыль и грязь. В результате смазка превращается в абразивное вещество, которое разрушает шарики, ролики и другие внутренние части шарнира, приводя к его поломке.

Из-за попадания грязи в смазку, при движении на высокой скорости трущиеся детали шарнира нагреваются до сотен градусов. Такая температура меняет свойства смазки, приводя к ее высыханию. Работа шарнира с высохшей смазкой приводит к сильному износу деталей и через 3 – 5 тысяч километров наступает критическое повреждение, после которого шарнир невозможно отремонтировать и его приходится менять.

Диагностику ШРУС можно разделить на два этапа. Первый выполняют каждые 3 – 5 тысяч километров. Если приходится ездить по бездорожью или грунтовым дорогам, то каждую 1000 километров. Для такой диагностики необходимо заехать на яму или эстакаду, или поднять автомобиль на подъемнике. Если такой возможности нет, диагностику можно провести с помощью 2 домкратов. Как поднимать автомобиль с помощью домкратов и необходимые меры безопасности описаны в статье.

Подняв перед или зад автомобиля, внимательно осмотрите пыльники наружных и внутренних гранат. Проворачивайте колеса, чтобы осмотреть пыльник со всех сторон. При обнаружении трещин, пробоин или разрывов пыльника, необходимо снимать приводной вал, чтобы поменять пыльники и проверить состояние смазки и деталей шарнира.

Второй этап диагностики проводят, если возникли подозрения на повреждение ШРУС – хруст или щелканье при движении с полностью вывернутым в любую сторону рулем. Приводной вал снимают с автомобиля, чтобы проверить состояние деталей ШРУС. О том, как это сделать, читайте в статье (Приводной вал). Эта процедура одинакова как на российских автомобилях семейства ВАЗ, так и на большинстве иномарок.

Сняв вал, поворачивайте шарнир в разные стороны, затем попробуйте сложить с углом 30 – 40 градусов и вращать его, держа одной рукой за трубу, другой за ведомый вал наружного или ведущий вал внутреннего ШРУС. Исправный шарнир вращается легко, без щелчков и заеданий. Держите приводной вал одной рукой, а другой легонько пытайтесь провернуть ведомый или ведущий вал ШРУС. Даже небольшой люфт говорит о необходимости замены шарнира. Снимите пыльник со ШРУС и осмотрите смазку. Если в ней есть кусочки песка или грязи, смазку необходимо менять. Если внешне смазка выглядит чистой, двумя пальцами возьмите немного смазки рядом с шариком или роликом. Разотрите смазку между пальцами. Чистая смазка легко разотрется, сделав пальцы гладкими, поэтому вы легко почувствуете даже небольшое загрязнение.

Требования, предъявляемые к трансмиссии:

• обеспечение прямого и обратного направлений движения;• обеспечение соответствия эксплуатационных режимов минимальному расходу топлива и эмиссии вредных веществ в отработавших газах.

Автомобили в зависимости от способа преобразования крутящего момента могут иметь механическую, гидромеханическую или электромеханическую трансмиссию.По способу изменения передаточного числа автомобили могут иметь ступенчатую, бесступенчатую или комбинированную трансмиссию.В настоящее время наибольшее распространение получили автомобили с двумя или тремя мостами с механическими трансмиссиями. При наличии двух мостов ведущими могут быть оба или один из них, при наличии трех мостов — ведущими могут быть все три или два задних. Число ведущих мостов характеризуется колесной формулой по общему числу колес и числу ведущих, например 4 х 2, 4 х 4, 6 х 4, 6 х 6 и т. д. Первая цифра обозначает общее число колес, вторая — число ведущих колес.Механическая трансмиссия автомобиля с одним ведущим задним мостом состоит из сцепления, коробки передач, карданной передачи и заднего ведущего моста, в который входят главная передача, дифференциал и полуоси. У автомобилей с колесной формулой 4×4 в трансмиссию также входит раздаточная и дополнительная коробки, карданная передача к переднему ведущему мосту, передний ведущий мост и межосевой дифференциал.У автомобилей с гидромеханической трансмиссией крутящий момент, передаваемый от двигателя к ведущим колесам, преобразовывается гидравлическим и механическим способами, а с электромеханической трансмиссией — механическим и электрическим способами. Гидравлическая и электрическая части этих трансмиссий позволяют осуществлять бесступенчатое изменение передаточного числа.