Кардан: устройство, принцип работы, виды

Сегодня без карданного вала не сможет обойтись ни одна конструкция полноприводного или заднеприводного автомобиля. Он выполняет простую, но очень значимую задачу – передает крутящий момент от раздаточной коробки или коробки передач на передние или задние колеса.

Кардан был придуман и сконструирован еще в XVI веке, но применять его начали только после масштабного производства новых автомобилей. Стоит отметить, что пионером в испытании и внедрении, стал французский автомобильный концерт Renault.

1. Что такое карданный вал и для чего он нужен?
2. Устройство и принцип работы карданной передачи
3. Классификация карданов
4. Основные неисправности, их признаки
5. Преимущества и недостатки
6. Заключение

Что такое карданный вал и для чего он нужен?

Карданный вал (КВ) – это механическое устройство, передающее крутящий момент от раздаточной коробки или коробки передач на ведущие оси автомобиля. По сути, без этого полезного устройства, невозможно было бы создать полноприводный автомобиль.

Как было указано выше, впервые кардан применили на автомобилях марки Рено. Создателем транспортных средств являлся конструктор по имени Луи Рено. После установки передачи, получилось решить ряд важных задач:

1. Мягкая передача крутящего момента – изначально, механическое устройство позволило без проблем обеспечить передачу крутящего момента от коробки к задним колесам, при перемене углов между валами. На тот момент это было очень важное открытие, так как на неровной дороге, автомобиль подвергался сильнейшим вибрациям.
2. Плавность хода – первые машины не отличались плавностью хода, особенно по ухабам и неровностям. Мягкая передача крутящего момента, позволил максимально эффективно передавать тягу к заднему мосту, обеспечивая тем самым плавное движение.

Хотя с момента первых конструкций прошло много времени, сам механизм сильно изменился, его главные задачи не поменялись. Спустя почти столетие, механизм кардана усовершенствовали, и сегодня он зависит не только от типа авто, но и его предназначения.

Карданный вал (КВ) применяется не только при конструировании ходовой части авто. Конструкция настолько универсальная, что может применяться в различных сферах деятельности человека. Например, при конструировании рулевого привода с регулировкой.

Банальным примером конструкции является головка ручного инструмента, которая может поворачиваться под углом и позволяет крутить гайки и болты в труднодоступных местах. Любая механическая конструкция, где нужно передать крутящий момент под определенными углами, использует кардан, как наиболее удобное средство.

Устройство и принцип работы карданной передачи

Классическая карданная передача сильно изменилась и имеет отличительные черты. Принято выделять четыре основных элемента конструкции:

1. Центральная труба – или на техническом языке «центральный вал». Это конструкция полой трубы из крепкого металлического сплава.
2. Крестовины и наконечники – это специальное приспособление, изготовленное в виде креста, которое отвечает за контроль вращающихся элементов кардана. Простыми словами, крестовина контролирует углы переменного наклона, которые не должны быть в диапазоне от 0 до 20 градусов.
3. Вилка – это промежуточное соединение, между основным валом и промежуточным. Прямая функция — это компенсация расстояния по высоте межу валами, когда автомобиль передвигается по ухабам и ямам.
4. Промежуточный подшипник – это очень важный элемент конструкции, который поддерживает основной вал, при этом позволяет ему вращаться в необходимом направлении. В зависимости от типа кардана, промежуточных подшипников может быть два и более.

Это основные элементы устройства передачи. Конечно, кроме них существует много дополнительных механизмов – различные крепления, подвижные фланцы, уплотнители, защитные муфты и прочее.

Устройство карданной передачи

Конструкция передачи не сложная. В большинстве случаев, механизм крепится при помощи шлицевого соединения к коробке передач (при этом неважно какой, автоматической или механической). Каждая коробка передач имеет на своем подвижном конце отверстия с внутренними креплениями. Механизм работы шлицов сконструировано таким образом, чтобы они могли смещаться при движении машины.

Дальше устанавливается подшипник КВ, который крепится к кузову автомобиля при помощи специального кронштейна. Он служит дополнительным креплением и исключает смещение механизма при нагрузках и езде. К вилке КВ крепится крестовина с игольчатыми или другими подшипниками. Эта конструкция позволяет правильно передавать крутящий момент при различных изгибах кардана.

Когда водитель включает передачу и нажимает на газ, крутящий момент переходит на скользящую вилку и дальше поступает через крестообразный шарнир к главной передачи и колесам. Наиболее продуктивными являются углы шарнира от 0 до 20 градусов. Если по причине неисправности, происходит отклонение, может начаться сильный износ всего механизма или поломка. Наглядно принцип работы показан на видео, ниже.

Классификация карданов

В конструкции современных авто используется несколько видов карданных валов. Они могут отличаться не только от производителя, но и типа автомобиля. На некоторых одинаковых моделях могут устанавливать разные типы передач.

В зависимости от конструкции карданные передачи могут быть:

1. Одновальные – более мощный тип, часто устанавливают на полноприводные или заднеприводные автомобили. Такой механизм позволяет максимально быстро передать крутящий момент на колеса.
2. Многовальные — это более сложный, но хрупкий механизм, который присутствует на большинстве легковых переднеприводных авто. Дополнительно к основному валу, добавляется промежуточный (где и нужен подшипник).

Работа многовальной карданной передачи

По количеству опор валов бывают следующие виды:

1. Двухопорные – не имеют подвесного подшипника, крепится на грузовые автомобили или полноприводные транспортные средства.
2. Трехопорные – имеют один подшипник, который соединяет промежуточный вал и основной. Применяется для большинства автомобилей.
3. Четырехопорные – имеют несколько промежуточных валов, соединенных двумя подшипниками. Редкая разновидность, устанавливается на некоторых джипах марки Lexus и Chrysler.

По особенностям конструкции можно выделить следующие модели:

1. С шарниром НУС (неравных угловых скоростей) – стандартная схема, устанавливаемая на большинстве авто с задним приводом колес.
2. ШРУС – современная карданная передача, которая сохраняет равность угловых скоростей.
3. Упругие полукарданные шарниры.
4. Жесткие полукарданные шарниры.

На большинство современных переднеприводных авто, устанавливается кардан типа ШРУС. Он более удобен и менее подвержен вибрациям, что имеет важное значение для легковых машин. Однако, такая система и более сложная, она не дешевая в обслуживании и при неправильном уходе может легко сломаться.

Основные неисправности, их признаки

Самым прочным механизмом в конструкции является сам вал. Его отливают из крепкого сплава, который способен выдерживать предельные нагрузки. Поэтому нужно сильно постараться, чтобы повредить его. Как правило, это механические повреждения при ДТП.

В целом основные неисправности можно разделить на несколько видов:

1. Вибрация – при трогании с места или в движении могут возникать сильные или слабые вибрации. Это первый признак повреждения подшипников крестовины. Также, проблема может говорить о неправильной балансировке вала, такое случается после его механического повреждения.
2. Стук – характерный стук при движении с места, будет означать, что болты крепления или шлицы износились. В таком случае, лучше всего сразу обратиться на СТО, дабы проверить целостность соединения.
3. Течь масла – можно обнаружить небольшие масляные капельки в местах расположение подшипников и сальников.
4. Скрипы – они могут появляться в момент нажатия педали газа. В большинстве случаев, скрипы могут быть связаны с неисправностями шарниров. С появлением коррозии, крестовины может заклинивать, что приводит к повреждению подшипника.
5. Неисправность подвижного подшипника – выявить проблему можно по характерному шуршанию в области движущей части вала. При нормальной работе, механизм не должен издавать никаких звуков, все движения плавные. Если слышно шуршание, скорей всего выходит из строя подшипник. Проблема решается только полной заменой неисправной части.

В редких случаях, когда происходит механическое повреждение основного вала, сильная вибрация может исходить из-за его неправильной геометрии. Некоторые умельцы, рекомендуют вручную исправить геометрию трубы, но это неверное решение, которое может привести к быстрому износу всей конструкции. Лучшим решением будет полная замена поврежденных элементов.

Преимущества и недостатки

Главным преимуществом кардана, является его способность выдерживать предельные нагрузки и передавать крутящий момент. Его конструкция позволяет исключить почти все вибрации автомобиля передвигающегося по неровностям, не говоря уже о хорошей трассе.

Конечно, КВ обладает и рядом минусов. К основным недостаткам можно отнести:

1. Большая масса – прибавляет лишние килограммы автомобилю, снижая его скоростные характеристики.
2. Громоздкость – карданный вал габаритная механическая конструкция, для которой приходится создавать отдельное пространство под днищем транспортного средства, что влияет на клиренс.

Стоит отметить, что первые модификации карданной передачи имели еще один отличительный минус – шум и вибрации. Но сегодня, современные звукоизолирующие материалы, позволяют избавиться от посторонних шумов и небольших вибраций при нормальной работе передачи.

Заключение

Стандартный кардан имеет ряд технологических недоработок. К ним можно отнести быстрый механический износ деталей. Это происходит из-за изменения скорости вращения валов по ходу движения автомобиля. В целом, развитие карданных валов с каждым годом более заметно. Уже сегодня начали появляться модификации, которые объединяют в себе обычный вал и ШРУСы. Такие системы, начали устанавливать на дорогие внедорожники, а классические модели уходят потихоньку в прошлое!

Карданный шарнир: характеристики, описание и устройство. Карданная передача, принцип работы, преимущества и недостатки

Карданные валы легко встретить на легковом транспорте (полноприводные и заднеприводные авто), малотоннажных грузовиках, автобусах, самосвалах, фурах, автокранах, погрузчиках, тракторах, квадроциклах. А вот у переднеприводных авто карданные валы непопулярны. Сложно добиться синхронного вращения валов. Исключение – транспорт с КВ со ШРУСом.

Устройство карданного вала

Основные элементы наиболее популярной модификации устройства:

• Центральный вал (карданная труба, ось). Полая труба из металла. Цельнотянутая деталь. Конструктивный элемент, на который крепятся другие детали.
• Крестовина. Важна для реализации функции контроля углов переменного наклона и, соответственно, вращающихся элементов. Корректный диапазон углов переменного наклона — от 0 до 20 градусов. Это важно для того, чтобы вал не прерывал вращения. Качественные крестовины изготавливаются из легированной стали путём горячей штамповки.
• Приварная вилка. Соединительный элемент между промежуточным и основным валом. Играет роль компенсатора расстояния по высоте между валами. Значение приварной вилки особенно легко оценить на бездорожье. При подборе вилки для КВ (например, в случае замены) важно учитывать величину крестовины, посадочный диаметр трубы, максимальный угол шарнира и тип крепления.
• Фланец-вилка шарнира (фланец кардана). Фланец-вилка монтирована в области крепления вала к мосту. Состоит из фланца (плоского диска) и двух рогов, в которых сделаны отверстия под крестовину, для болтов. Вилка крепится к ответному фланцу на ведущих мостах или коробке передач. Наиболее перспективные — вилки–фланцы с 4-мя шлицевыми «пятками» в зонах установки болтов и шлицами на ответных фланцах. Такие решения — гарант качественного соединения узлов. При выборе фланца при замене детали важно учитывать диаметр отверстий и их количество, диаметр самого фланца.
• Шлицевое соединение. Ответственно за трансформацию рабочей длины при движении. Одна точка шлицевого соединения фиксируется на коробке передач, другая — на редукторе. Когда транспортное средство вынуждено преодолевать ухабы, ямы, то интервал между точками опоры возрастает, и благодаря шлицевому соединению кардан «растягивается».

Обе вилки, крестовина и шлицевое соединение образуют так называемый шарнирный узел. Его основная задача — передача крутящего момента с изменяющимся углом.

Исключение! На некоторых внедорожниках вместо крестовины можно встретить карданы с ШРУС. В этом случае шлицевое соединение отсутствует.

Устройство ряда КВ включает эластичную муфту. Она помогает сгладить колебания крутящего момента и компенсировать осевые, угловые отклонения.

Подшипники

Если же речь идёт не только о карданном вале, но и карданной передаче в целом, рассматривая устройство, нужно не забывать про подшипники. Для поддержания карданного вала в технически корректном положении на нем установлен подвесной металлический подшипник с металлической обоймой и резиновой подушкой.
Именно подвесной подшипник принимает на себя нагрузку (осевую, радиальную), обеспечивает вращение, качение. Это один из наиболее нагруженных элементов трансмиссии, поэтому требует регулярного технического обслуживания.

Промежуточный подшипник выполняет функцию поддержки основного вала, обеспечивает ему возможность вращаться в необходимом направлении. Наиболее лучшими демпфирующими свойствами обладают подшипники в виде кольца, сделанного из эластомера.

Почему карданный вал нельзя называть муфтой кардана

Количество ошибок в названии этого технического решения настолько велико, что трудно понять, как на самом деле правильно называть это соединение. В обиходе все называют его «кардан», не менее редко можно услышать «карданный вал», но технически более верно карданную передачу, или шарнир Гука, все же называть карданным шарниром… Или не так? Давайте разберемся в нашем небольшом рассуждении о природе и применении терминологии.

Какую функцию выполняет карданный вал?

КВ способен выполнить две важные функции.

1. Базовая. Передача крутящего момента от КП или же раздаточной коробки автомобиля к задним колесам. Кардан позволяет мягко передать момент с трансмиссии на колеса, погасить вибрацию на бездорожье, обеспечить ходу плавность.
2. Дополнительная. Играет роль звена между рулевой колонкой и рейкой. То есть это уже часть рулевого механизма. КВ помогает улучшить чувствительность руля.

Благодаря КВ транспортному средству даже на неровной дороге обеспечен хороший разгон. КВ – это фактически оптимизатор эффективной разгрузки передних колёс и инструмент для снижения рисков пробуксовки.

Предназначение

Функции вала не ограничиваются передачей крутящего момента, также он выступает в качестве опоры для некоторых деталей автомобилей. Шарнир карданный рулевой может иметь различные габариты в зависимости от модели автомобиля и его особенностей. Для изготовления чаще всего используется сталь. Она обеспечивает максимальную функциональность при небольших размере и массе. Одним из элементов силовой части вала является шарнир, который может иметь неравную и равную угловую скорость. Элементы с неравной скоростью могут обладать жесткой или упругой конструкцией. Карданный шарнир равных угловых скоростей обладает разделительным специализированным рычагом, сдвоенной или кулачковой конструкцией, либо разделительными канавками.

Виды карданных валов

Карданные валы и карданные передачи можно классифицировать по ряду признаков:

• По типу карданной передачи: открытый и закрытый КВ. Открытый кардан – отдельный элемент транспортного средства, закрытый – интегрированный в другой узел. Распространённый вариант закрытых КВ – их включённость в картер ведущей оси.
• По конструкции: жесткий кардан, шариковый кардан и кардан кулачкового типа равных угловых скоростей. Передача моментов вращения с вилки у жёстких карданов – неравномерная. Поэтому также решение непопулярно. Его можно встретить только у некоторых легковых авто. У коммерческого транспорта чаще можно встретить шариковые карданы (наиболее популярный вариант) и карданы кулачкового типа. Огромный плюс шариковых карданов – делительные канавки, обеспечивающие оптимальное положение шариков в плоскости. Функционально, практично.
• По материалу. Базовый материал всех КВ – металл. Наиболее популярный вариант в наше время – сталь. Несколько реже встречаются чугунные и алюминиевые КВ.
• По способности выполнить компенсацию. Решения, позволяющие обеспечить компенсации между центрами карданов весомых осевых перемещений, относят к универсальным. Если же такой возможности нет, то пред нами – простые КВ.
• По кинематическим свойствам. Асинхронные и синхронные. Асинхронные конструкции – это популярные решения с крестовиной и вилкой (стоит на транспорте с задним приводом). Синхронные – решения со ШРУСОМ (стоят на переднеприводном транспорте, некоторых моделях полноприводного транспорта). Асинхронная передача по сравнению с синхронной более шумная, но при этом более дешёвая в производстве и простая в обслуживании.
• По количеству опор. На большинстве транспортных средств стоят трехопорные карданы с одним подшипником, выполняющим функцию соединителя между основным и промежуточным валом. Несколько реже встречаются двухопорные конструкции (в основном, они монтируются на грузовики, ряд полноприводных авто). И ещё реже можно встретить трёхопорные конструкции. Это решение, как правило, присуще Chrysler, Lexus.
• По количеству секций. Односекционные (на деле – это труба, в конце которой – крестовины и наконечники) и многосекционные.

Трансмиссия. Карданная передача

Назначение и типы карданных передач

Карданная передача служит для передачи крутящего момента к агрегатам трансмиссии, валы которых при движении автомобиля несоосны. В зависимости от типа и компоновки автомобиля карданная передача может осуществлять следующие функции: передавать крутящий момент от коробки передач к раздаточной коробке или к главной передаче ведущего моста, от раздаточной коробки к главным передачам ведущих мостов, между главными передачами среднего и заднего мостов, от дифференциалов ведущих мостов к передним ведущим и управляемым колесам, от раздаточной коробки к задним ведущим колесам, от рулевого колеса к рулевому механизму, от коробки отбора мощности к вспомогательным механизмам.

Для соединения механизмов автомобиля применяются карданные передачи различного типа. На рис. 4.1. приведены типы карданных передач с классификацией их по числу валов, числу шарниров, по типу шарниров. На рис. 4.2. приведены карданные передачи одновального (а), двухвального (б) и многовального (в, г, д) исполнения.

Рис. 4.1. Типы карданных передач

Рис. 4.2. Карданные передачи трансмиссий: 1 — коробка передач; 2 — карданный шарнир; 3 — карданный вал; 4, 7, 9 — ведущие мосты; 5, 8 — промежуточные опоры; 6 — раздаточная коробка; 10 — редуктор ведущего моста

Одновальные карданные передачи (рис.4.2а) применяются на легковых автомобилях с короткой базой и колесной формулой 4×2, а так же на автомобилях, имеющих удлинители коробки передач или главной передачи. Такая передача состоит из двух шарниров, карданного вала и компенсатора изменения длины вала.

Двухвальные карданные передачи (рис.4.2, б) применяются на автомобилях с длинной базой и колесной формулой 4×2. Такая передача, кроме указанных выше элементов, имеет промежуточную опору 5. Это необходимо в тех случаях, когда применение длинного вала может привести к опасным поперечным колебаниям, в результате совпадения его критической угловой скорости с эксплуатационной. Короткий вал обладает более высокой критической частотой. В трехосных автомобилях, имеющих автономный привод к промежуточному и заднему мосту, на промежуточном мосту устанавливается жесткая промежуточная опора.

На автомобилях повышенной проходимости применяют многовальные и многошарнирные передачи: три вала и шесть шарниров при колесной формуле 4×4 (рис.4.2, в); четыре или пять валов при колесной формуле 6×6 (рис.4.2г, д).

Назначение и типы карданных шарниров

Карданным шарниром называется подвижное соединение, обеспечивающее передачу вращения между валами, оси которых пересекаются под углом. В автомобилях применяют шарниры равных (синхронные) и неравных (асинхронные) угловых скоростей.

Шарниры неравных угловых скоростей применяются двух типов: жесткий простой шарнир (рис.4.3) и мягкий с упругим полукарданным шарниром (рис.4.4). КПД таких карданных шарниров зависит от угла между соединяемыми валами и с увеличением угла КПД резко снижается.

Рис. 4.3. Жесткий карданный шарнир неравных угловых скоростей: 2,4-вилки; 3-крестовина; 6-крышка подшипника; 7,8-масленка с клапаном; 9,10-уплотнение, 11,12,13-подшипник

Простой жесткий карданный шарнир (Рис. 4.3) состоит из: двух вилок (2, 4), крестовины (3), подшипников (11-13), уплотнения (9, 10), масленка и клапан (7, 8).

Упругий полукарданный шарнир (рис.4.4) допускает передачу крутящего момента от одного вала к другому, расположенному под некоторым углом, благодаря деформации упругого звена, связывающего оба вала. Упругое звено может быть резиновым (рис.4.4), резинотканевым или резиновым, усиленным стальным тросом. В последнем случае полукарданный шарнир может передавать значительный крутящий момент и под несколько большим углом, чем в первых двух случаях.

Рис. 4.4. Карданная передача с упругим полукарданным шарниром: 1,3 – фланцы; 2 – втулка; 4 – карданный вал

Достоинством такого шарнира является:

۰ снижение динамических нагрузок при резких изменениях частоты вращения;

• отсутствие необходимости обслуживания в процессе эксплуатации;

• возможность небольшого осевого перемещения карданного вала;

• простота и малая стоимость конструкции.

Карданные шарниры равных угловых скоростей (синхронные) применяют в приводе и одновременно управляемых колес, угол наклона ведомого вала в зависимости от конструкции шарнира может достигать 45 градусов. Некоторые конструкции синхронных шарниров выполняются с компенсирующим устройством внутри механизма, т.е. универсальными.

В основе всех конструкций карданных шарниров равных угловых скоростей (далее ШРУС) лежит единый принцип: точки контакта, через которые передаются окружные силы, находятся в биссекторной плоскости валов.

В четырехшариковом карданном шарнире с делительными канавками (типа «Вейс») (рис. 4.5) усилия в карданных шарнирах передаются через шарики, которые перемещаются по криволинейным канавкам, расположенным симметрично в вилках. Оси канавок при вращении образуют две сферические поверхности, пересекающиеся одна к другой по окружности, которая и является траекторией движения шариков. Вследствие симметричного расположения канавок в обеих вилках, при смещении валов на угол, центры шариков всегда находятся в биссекторной плоскости. Вилки карданных валов центрируются одна относительно другой. Для этого между торцами вилок предусмотрен установочный шарик. Шарнир может работать при углах до 35°.

Рис. 4.5. Карданный шарнир типа «Вейс»: 1,4 –валы; 2,3 –кулаки; 5 -канавки; 6,7 – шарики

Достоинства: малая трудоемкость изготовления (наименьшая по сравнению с шарнирами равных угловых скоростей других типов); простота конструкции; высокий КПД, т.к. в нем преобладает трение качения.

Недостатки: передача усилия только двумя шариками при теоретически точечном контакте приводит к возникновению больших контактных напряжений; при работе возникают распорные нагрузки, особенно если центр шарнира не лежит на оси шкворня; долговечность в эксплуатации обычно не превышает 25 — 30 тыс. км; при работе шарнира появляются значительные осевые нагрузки, а при ошибках монтажа также и распорные силы, достигающие иногда значительной величины; повышенный износ вследствие высокого удельного давления.

В шестишариковом карданном шарнире с делительным канавками (типа «Бирфильд») (рис. 4.6) на поверхности кулака 4 по сфере радиуса R1 выфрезеровано шесть канавок. Канавки кулака имеют переменную глубину и внутренняя поверхность корпуса 1 выполнена по сфере радиуса R2 и также имеет шесть канавок переменной глубины. Сепаратор 3, в котором размещены шарики 2, имеет наружные и внутренние поверхности, выполненные по сфере радиусов соответственно R1 и R2. В положении, когда валы соосны, шарики находятся в плоскости, перпендикулярной осям валов, проходящей через центр шариков.

При наклоне одного из валов 5 на угол верхний шарик выталкивается из сужающего пространства канавок вправо, а нижний шарик перемещается сепаратором влево. Центры шариков всегда находятся на пересечении осей канавок. Это обеспечивает их расположение в биссекторной плоскости, что является условием синхронного вращения валов.

Рис. 4.6. Карданный шарнир типа «Бирфильд»: а) конструкция, б) схема; 1 – корпус;2 – шарики; 3 – сепаратор; 4 – кулак; 5 – вал

Достоинства: малая стоимость и простота изготовления; отсутствие делительного рычажка позволяет этому шарниру работать при угле до °; КПД при малых углах выше 0,99; ресурс около 150 тыс. км.

Недостатки: сравнительно большие потери объясняются тем, что наряду с трением качения для него характерно трение скольжения; шарнир простой, поэтому требуется компенсирующее устройство; КПД при ° — 0,97.

В универсальном шестишариковом карданном шарнире (типа ГНК) (рис. 4.7) на внутренней поверхности цилиндрического корпуса шарнира нарезаны шесть продольных канавок эллиптического сечения, такие же канавки имеются на сферической поверхности кулака параллельно продольной оси вала. В канавках размещаются шесть шариков, установленных в сепараторе. Осевое перемещение происходит по продольным канавкам корпуса, причем перемещение карданного шарнира равно рабочей длине канавок корпуса, что влияет на размеры шарнира. Шарниры этого типа могут передавать крутящий момент до 50 кH*м. Однако, при осевых перемещения шарики не перекрываются, а скользят, что снижает КПД шарнира.

Рис. 4.7. Карданный шарнир типа «ГНК»: 1 – корпус; 2 – шарики; 3 – кулак; 4 – сепаратор

Шестишариковый карданный шарнир с делительным рычажком (типа «Рцепп») (рис. 4.8) имеет шесть меридиональных канавок полукруглой формы, центры которых совпадают с центром шарнира. Для того чтобы шарики были расположены в одной плоскости, они заключены в сферической чашке. Для установки шариков в биссекторной плоскости применяют специальный делительный рычажок, которой имеет три сферические поверхности (концевые поверхности входят в гнезда ведущего и ведомого валов передачи, а средняя — в отверстие сферической чашки). При наклоне валов рычажок поворачивает сферическую чашку, и шарики устанавливаются в биссекторной плоскости. Шарнир с делительным рычажком может работать при углах до 35°. Рекомендуются для применения на автомобилях средней и большой грузоподъемности.

Рис. 4.8. Карданный шарнир типа «Рцепп»: а — конструкция; б — схема; в — схема рычажка; 1, 5 –валы; 2 – делительный рычажок; 3 – сферическая чашка; 4 – сферический кулак; 6 – сепаратор; 7 – направляющая чашка; 8 – пружина

Достоинства: обеспечивает передачу большого крутящий момента при малых размерах, так как усилия в этом шарнире передаются шестью шариками; отсутствуют распорные нагрузки в шарнире, если центр последнего совпадает с осью шкворня; высокая надежность, долговечность и большой КПД; достаточно точная кинематика шарнира.

Недостатки: технологически сложен в изготовлении; все детали его подвергаются токарной и фрезерной обработке с соблюдением строгих допусков, обеспечивающих передачу усилий всеми шариками; высокая стоимость.

Универсальный шести шариковый карданный шарнир с делительными канавками (типа «Лебро») (Рис.4.9) состоит из цилиндрического корпуса 1, на внутренней поверхности которого под углом (примерно,1500 – 1600) к образующей цилиндра нарезаны шесть прямых канавок; сферического кулака 2 так же с нарезанными на его поверхности шестью канавками и сепаратора 3 с шариками 4, центрируемыми наружной сферической поверхностью по внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1. Шарики устанавливаются в пересечениях канавок, чем обеспечивается синхронность вращения валов, так как шарики, независимо от угла между валами, всегда находятся в биссекторной плоскости.

Рис. 4.9. Карданный шарнир типа «Лебро»: 1 – цилиндрический корпус; 2 – сферический кулак; 3 – сепаратор; 4 – шарики.

Достоинства: имеет меньшие размеры, чем шарниры других типов, так как рабочая длина канавок и ход шариков в 2 раза меньше хода вала; сепаратор не выполняет функции деления угла между валами, он менее нагружен, поэтому требования к точности изготовления ниже; шарнир имеет высокий КПД (0,99 при °); наличие фланцевого разъема шарнира обеспечивает удобство монтажа, хотя конструкция при этом усложняется.

Недостатки: к точности расположения канавок предъявляются высокие требования.

Трехшиповой карданный шарнир (типа «Трипод») (рис. 4.10, 4.11) устанавливают на легковых и грузовых автомобилях малой грузоподъемности. Конструктивно эти шарниры имеют два исполнения: шарниры позволяющие передавать момент при углах у между валами до 43° , но не допускающие осевых перемещений (шарниры жесткие, рис. 4.10), и универсальные шарниры, допускающие осевую компенсацию, но работающие при сравнительно небольших углах между валами (рис. 4.11). В жестком шарнире шипы 2, расположенные под углом 120°, закреплены в корпусе 1. Ролики 3 с шаровой поверхностью установлены на шипах и могут свободно на них поворачиваться. Вилка 4, выполненная вместе с валом 5, имеет три паза цилиндрического сечения. Поверхность вилки сферическая, что обеспечивает получение большого угла между валами.

Рис. 4.10. Трехшиповой жесткий карданный шарнир типа «Трипод»: 1 — корпус; 2 – шипы; 3 – ролики; 4 – вилка; 5 – вал

Рис. 4.11. Трехшиповой универсальный карданный шарнир типа «Трипод»: 1 — ролики; 2 – ступица; 3 – корпус.

Достоинства: малые потери при осевом перемещении, так как это обеспечивается практически только качением, что определяет высокий КПД; в этом шарнире равенство угловых скоростей валов достигается благодаря изменению положения центра конца вала.

Сдвоенные карданные шарниры (рис. 4.12), применяемые в приводе управляемых ведущих колес, могут иметь различные конструкции. Один из вариантов: два шарнира 1 неравных угловых скоростей объединяются общей вилкой 2. Равенство угловых скоростей должно обеспечиваться делительным рычажком. Однако такое равенство возможно только при равенстве углов , что в данной конструкции не соблюдается точно, т.к. при наклоне вала плечо, связанное с левым валом, остается постоянным, а плечо, связанное с другим валом, увеличивается. Поэтому в сдвоенном шарнире с делительным рычажком синхронное вращение соединяемых валов может быть обеспечено только с некоторым приближением. Коэффициент неравномерности сдвоенного шарнира зависит от угла между валами и от конструктивных размеров делительного устройства. Например, при ° коэффициент неравномерности не превышает 1%, что в 30 раз меньше коэффициент неравномерности шарнира неравных угловых скоростей при этом же угле.

Рис. 4.12. Сдвоенный карданный шарнир: а) конструкция; б) схема; 1 – шарниры; 2 – вилка

Кулачковые карданные шарниры (рис.4.13 и рис.4.14) применяются на автомобилях большой грузоподъемности в приводе к ведущим управляемым колесам. Такой шарнир работает аналогично сдвоенному, в котором первый шарнир создает неравномерность вращения, а второй устраняет эту неравномерность. В результате этого приводной вал вращается равномерно. Благодаря наличию развитых поверхностей взаимодействующих деталей, шарнир способен передавать значительный по величине крутящий момент при обеспечении угла между валами 45 … 50°.

На зарубежных автомобилях большой грузоподъемности широко применяется кулачковый карданный шарнир известный под названием «шарнир Тракта». Он состоит из четырех штампованных деталей: двух вилок 1 и 4 и двух фасонных кулаков 2 и 3, трущиеся поверхности которых подвергаются шлифованию.

Рис. 4.13. Кулачковый карданный «шарнир Тракта»: 1, 4 – вилки; 2, 3 –фасонные кулаки.

Существует дисковый кулачковый карданный шарнир, который устанавливается на ряде автомобилей (КамАЗ-4310, «Урал-4620». КАЗ-4540, КрАЗ-260 и др.). Трудоемкость его изготовления по сравнению с трудоемкостью «шарнира Тракта» несколько большая. Максимальное значение угла между валами, обеспечиваемое этим шарниром. 45º .

Рис. 4.14. Дисковый кулачковый карданный «шарнир Тракта»: 1,4 – вилки; 2,3 – кулаки; 5 – диск

Достоинства: простота конструкции и способностью передавать крутящий момент до 30 кH*м, вследствие наличия передающих поверхностей большой площади.

Недостатки: КПД этих шарниров ниже, чем у сдвоенных шарниров и поэтому их устанавливают в картерах или снабжают специальными защитными кожухами и смазывают; при износе кардана сопровождается появлением заметного шума; значительный нагрев при эксплуатации.

Проверка состояния карданного вала

Даже, если авто эксплуатируется в неэкстремальных условиях (езда по городским дорогам), проверка состояния карданного вала нужна каждые 5 тысяч километров. При езде по грунтовым дорогам проверка рекомендуема еще чаще: каждые 3 тысячи км. К спецтехнике предъявляются свои требования. Всё зависит от того, на каких объектах она используется. Наибольшее внимание при проверке уделяется крестовине, которая может начать перекатываться, заедать, а также подвесному подшипнику. Появление люфтов после определенного пробега – вполне закономерное явление.
Очень уязвимо и шлицевое соединение. Прежде всего, потому что это движущийся механизм, который постоянно встречается с динамическими нагрузками.

Проверку деталей рекомендуется проводить в следующем порядке:

• Соединительные элементы (гайки, шайбы) подшипников, муфт, фланцевых вилок. Важно, чтобы не только все соединения были на месте, но и моменты затяжки соответствовали требованиям условий эксплуатации.
• Муфты в момент кручения вала. Недопустимо присутствие на муфтах трещин, а тем более разрывов. Если такая проблема есть, менять деталь нужно в срочном порядке.
• Шлицевое соединение в момент вращения вала. Здесь важно понять, нет ли люфтов. Чтобы оценка состояния шлицевого состояния была максимально достоверной, вращение производить целесообразно в обе стороны.
• Шарниры. Здесь недостаточно просто визуального осмотра. Нужно разместить между вилками отвертку и основательно прокачать. Неприятный момент – это опять-таки нахождение люфта. В этом случае придётся ставить новую крестовину.
• Подшипники. Принципиальное значение имеет, как происходит проверка. Важны навыки. Для того, чтобы не упустить люфт, одной рукой нужно держать КВ, другой дёргают его в разные стороны.

А вот в случае, если есть подозрение на дисбаланс КВ, не обойтись без диагностики узла на балансировочном стенде. Особенно без такой проверки не обойтись, если во время езды чувствуются постоянные вибрации, а при переключении передач регулярно возникает неприятный скрежет.

Причины постороннего шума

Достаточно распространенным явлением становится возникновение стука при переключении передачи, изменении скоростного режима и при начале движения. Причиной этому является ухудшение надежности соединительной муфты и резьбового соединения крепежных фланцевых элементов. Также поводом может стать поврежденный карданный шарнир и увеличение установленного зазора в подшипниках крестовин и шлицевой конструкции. Крестовина может способствовать появлению скрежета. Чтобы предотвратить его, необходимо регулярно заменять деталь (в среднем каждые 10 тысяч км), осматривать на наличие смазки и отсутствие повреждений. Несколько реже выходит из строя сальник подвесного подшипника, а шарнир карданного вала приобретает больший зазор.

Обслуживание карданного вала

Традиционная схема обслуживания базируется на трёх операциях:

• Проверка состояния вала (см. выше).
• Замена неисправных деталей (именно замена, восстановление при наличии люфтов и трещин – неграмотное решение проблемы).
• Смазка шлицевого соединения. При подборе смазки обращайте внимание на нагрузку сваривания (ответственная за противозадирные свойства). Дорогостоящие продукты ориентированы на нагрузку сваривания до 3920 Ньютонов. Для шлицев на КВ на тяжёлом грузовом транспорте их применение только приветствуется. Для легковых же автомобилей достаточно смазки для низконагруженных шлицев. Переплата за продукт здесь нецелесообразна.

У некоторых автомобилей смазывать также нужно подшипники крестовин КВ. Но транспорта, нуждающегося в такой процедуре, не очень много. Это транспортные средства с КВ с тавотницей (пресс-масленкой). Пример КВ с пресс-масленкой представлен на рисунке ниже.

Неисправности карданных валов

Проблема может возникать как у всего устройства, так и только у отдельных его узлов, деталей:

• Поломка приварной вилки. Возникает из-за изначального неправильного монтажа крестовины, повреждения посадочных отверстий под эту деталь, разрушения вилки.
• Поломка фланец-вилки. Возникает из-за износа, появления сколов, трещин или повреждения болтов крепления.
• Выход из строя подшипника. Чаще – из-за естественного износа, ошибках монтажа, постоянного соприкосновения подшипника с пылью, стиля вождения, основанного на постоянном жестком переключении передач.
• Деформация, погнутость КВ. На основании осмотра мастер принимает решение, можно решить проблему сугубо механическим восстановлением или требуется замена ряда элементов.
• Вибрация карданного вала. Чаще всего это «ответная реакция» на некорректную центровку деталей, увеличение зазоров между деталями при эксплуатации транспортного средства в тяжелых условиях эксплуатации, некорректного ремонта (непрофессионально выполненных сварочных работ).
• Кардан начинает «звенеть». Причины могут быть разные. Если повреждена опора, лучший вариант – заменить кардан, если расслабился защитный пыльник – достаточно провести ремонт методом сварки. Самый простой вариант: проблема с крышкой шлицов – достаточно просто заменить на новую.

Нарушение балансировки карданной передачи автомобиля

Многим автомобилистам приходится познакомься со многими проблемами во время эксплуатации своего автомобиля. Часто они сталкиваются с нарушением работы карданного вала. Данная проблема встречается очень часто и это проблема считается очень опасной, так как из-за нее может произойти авария.

Разбалансировка карданной передачи в автомобиле может привести к быстрому изнашиванию некоторых деталей. Кардан автомобиля нарушает свою работу по многим причинам. Основной причиной считаются вибрации, которые могут проявляться в двигателе во время работы автомобиля. Нарушение равновесия часто кроется в обычном заводском дефекте самого карданного вала. Он может быть испорчен в результате внешнего воздействия.

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.

Источник Источник http://vaznetaz.ru/kardan
Источник Источник http://hybmotors.ru/obuchenie/vidy-kardannyh-sharnirov.html