Карданный вал: как работает и зачем нужен кардан

Содержание

Карданный вал

В более-менее привычном нам виде карданный вал был использован на автомобиле еще в конце 19-го века. Сегодня без этого узла не обходится практически ни один автомобиль с полным или задним приводом, также он используется и на переднеприводных авто.

А еще можно встретить на многих версиях мотоциклов, отличительной чертой подобных двух или трехколесных является способность самостоятельно двигаться задним ходом.

Что такое кaрдан

Технически, кaрданная передача, это средство передачи вращения между двумя несоосными вaлами. Классический кардан состоит из следующих элементов:

— вaл (труба);
— пара вилок, из которых одна на скользящем шлице;
— пара крестовин;
— два крепежных фланца.

карданный вал

Габариты каждой из составляющих подбираются индивидуально – по массе техники, мощности двигателя, используемым агрегатам (КПП, раздаточная коробка, ведущий мост), а также по особенностям эксплуатации. Так для разнообразных вездеходов (внедорожников) и для скоростных авто одним из основных условий является физическая крепость.

Подобная конструкция была разработана неправдоподобно давно, по крайней мере, итальянский математик и инженер Джироламо Кaрдано, живший в XVI веке что-то очень похожее описал. Часто именно этому человеку приписывают и само изобретение карданного шарнира, но на самом деле он только рассказал об уже существующем и действующем механизме. Но таких исследователей, да еще и способных внятно изложить на бумаге мысли было немного, люди использовали все по принципу «работает, и слава богу», так что точную «дату рождения» с абсолютной точностью назвать пока не может никто.

что такое кардан

На ряде машин использование односекционного кардaна нереально из-за большого расстояния между соединяемыми агрегатами. В этом случае передачу делают сборной, из пары и больше валов, а в конструкцию добавляются такие «члены семьи», как промежуточная опора и подвесной подшипник.

Если более подробно, то промопора, это своеобразный кронштейн с хомутом, прикрепленный на кузове, и фиксирующий среднюю часть, продетой в него передачи. Чтобы вращение там осуществлялось без проблем и для снижения износа контактных деталей, в хомуте установлен подвесной подшипник, который напрессовывается на трубу. Как результат – практически исчезают отклонения середины системы от продольной оси и снижаются вибрации.

Очень полезным решением стало подвижное крепление. Шлицевых соединений может быть несколько, но минимум одно из них делают свободным, то есть, длина кaрдана может изменяться за счет того, что вилка (фланец) скользит по наконечнику (либо внутри втулки). Это сделано для того, чтобы компенсировать неизбежные изменения расстояний между сопрягаемыми узлами, возникающие при движении по неровной дороге, росте (уменьшению) количества груза, в поворотах и так далее.

Где используется вал карданный

Наибольшее распространение устройство получило в качестве составляющей трансмиссии – для передачи крутящего момента от КПП до раздатки и редукторов мостов. Кроме этого кардaнная передача используется в рулевом управлении для связи с рулевым механизмом.

Конструктивно оба варианта одинаковы, но могут отличаться по конкретике комплектации, а также по ряду показателей, таких, как прочность, износостойкость и размеры.

Карданный вал: как работает и зачем нужен кардан

Обязательно нужно обратить внимание на один нюанс – максимальным допустимым углом для шарнира может считаться 12-15 градусов. Когда это значение превышено, то гарантированы потери в процессе передачи крутящего момента, затем начинаются проблемы с легкостью проворачивания, и в итоге конструкция перестает быть эффективной. Для передней ведущей оси фактический угол равняется 30, а то и 40 градусам, поэтому применение кaрданных вaлов здесь не только нецелесообразно, но невозможно. Вместо него принято ставить ШРУС – шарнир равных угловых скоростей, принципы действия и характеристики которого заслуживают отдельной статьи.

Чем хорош и что плохого

И раз уж заговорили о ситуациях с невозможностью применения, стоит припомнить еще пару положительных и не очень моментов. Именно прочность главное достоинство кaрданов в сравнении со ШРУСами, поэтому там, где подразумевается большие весовые нагрузки, почти всегда ставится кaрданный вал.

Что касается недостатков, то здесь опять-таки вес (о нем мы еще вспомним), шум и вибрации в работе. Хотя по поводу последних необходимо отметить, что нормальный исправный и сбалансированный кaрдан шумит мало, так что не стоит пренебрегать регулярными техническими осмотрами и обслуживанием. Тем более что ремонт кардана в сервисе или его замена в сборе не так уж и дешево обходятся, а своими силами исправить положение можно далеко не всегда, требуется некоторое специальное оборудование и инструменты.

Из чего делают валы

Так как нагрузка на трансмиссию очень велика и здесь важна прочность, то в серийном автопроме изготовление кaрданных валов предусматривает использование стали определенных марок, что означает немалый вес детали. Для мелкосерийных и эксклюзивных моделей могут использоваться и другие материалы, более легкие, но гораздо дороже по себестоимости.

Для примера: БелАЗовский кaрдан может весить больше сотни килограмм, на крупном МАЗе его масса порядка 50 кг, а на некоторые спортивные BMW делают карбоновые валы, весящие меньше 2 кг.

Карданный вал: как работает и зачем нужен кардан

И это при том, что все тяжелее валы изготавливают из тонкостенных труб – сколько бы весил кардaн МАЗ или КрАЗ будь он сплошным даже представлять не стоит. Хотя очень короткие узлы могут сделать и цельнометаллическими (не полыми), ведь при длине до полуметра разница в весе будет значить гораздо меньше, чем общая прочность. В подобных случаях все может выглядеть даже как два шарнира с небольшой сплошной центральной частью и даже как шарнир, где на хвостовик одной вилки насажен фланец (или другая вилка).

В любом случае, от этого элемента зависит слишком много, чтобы пренебрегать его качеством, особенно это касается грузовых автомобилей, тем более повышенной проходимости. Существует определенный стандарт для каждого кардaна, каждой модификации и, покупая карданный вал у нас в ООО «Лидер», вы можете быть уверены в соответствии всех параметров – размерных, прочностных и технических.

Большинство товаров всегда в наличии, можно оформить предварительный заказ. Цены на продукцию всегда адекватные, при оптовых заказах стоимость корректируется. По необходимости может быть предоставлена отсрочка на оплату. Возможен самовывоз с нашего склада в Москве, либо мы отправим ваш заказ через перевозчиков (доставка до транспортных компаний бесплатная).

Промвал между кпп и раздаткой в нива-ваз-2121-21213-21214-2131

В начале, когда я только купил Ниву и посмотрел конструкцию промвала между КПП и раздаткой, я был очень удивлен конструкции. Особенно тому моменту что раздатку относительно КПП нужно соосно выставлять с помощью регулировочных пластин и… в общем это нереально! Так и не поняв, почему конструктора сделали такой промвал

а не как у того же ГАЗ-69 и тп по типу крестовина-крестовина и подвижное шлицевое соединение

И так родилась идея промвала типа ШРУС-ШРУС.

Но всё бы так и осталось в голове, потому что в Саратове я не нашел человека, который смог бы нарезать шлицы, изготовил пару валиков на пробу, один поставив себе, а второй я у него купил.

И пролежал этот валик у меня без дела с мая по август. Решил объединить замену раздатки с установкой промвала.

Отдал токарю на работе на проточку под сальник КПП фланец моста/раздатки. И изготовление шайбы. Хорошей стали не было, был только гвозделин, поэтому шайбу мне сделали из вертолета КПП. Толщина шайбы 5 мм.

Вначале собрал один конец валика. Напрессовал ШРУС со стороны стопорного кольца, заложил смазку, забил пластиковую заглушку и надел пыльник. И рассчитал с какой стороны у меня будет движущаяся часть. У меня движущаяся часть получилась со стороны КПП, там расстояние от ШРУСа до гайки больше.

Снял раздатку, снял вертолет с КПП. На КПП замерил насколько накручивается гайка, обрезал гайку, так как ее конец никакой роли не играет, а ход валика ограничивает

Установил переточенный фланец с шайбой и на резьбовой фиксатор закрутил гайку. Отрезал болгаркой заподлицо с гайкой конец вала КПП. Всё, теперь возврата нет, промвал уже не поставишь!

ОБРАТНОЙ ДОРОГИ НЕТ!

Затем поставил РК на тоже место по следу от подушек и замерил расстояние между фланцами. Обрезал лишний конец валика и поставил валик без второго ШРУСа, чтобы убедиться, что расстояния достаточно. Так снимал ставил валик 3 раза. Чуть подрезал и снова ставил. Когда расстояние стало идеальным надел пыльник и второй ШРУС и заложил смазку. Пластиковая заглушка ШРУСа здесь не нужна.

Открутил раздатку, вывесил ее на подставке и отодвинул назад, чтобы валик свободно пролез. Соединение фланца КПП с ШРУСом посадил на герметик. Поднял раздатку и прикрутил ее опоры к кузову.

Менять с одной стороны у ШРУСа шпильки на болты для облегчения установки не стал, решил, что со шпильками и само контрящимися гайками будет надежнее. Прикрутил карданы… всё можно ехать!

Промвал прошел испытания 1300 км, местами в жестких нагруженных условиях таская спиленное дерево. Всё отлично, но есть ряд минусов:. — Первое, раньше от сильной раскачки РК держал промвал, теперь промвал дал полную свободу РК и она свободно болтается на двух подушках.

Плюсы:— Не требуется выставлять РК. — Можно завалить РК назад, тем самым разгрузив крестовину заднего кардана, собственно так я и сделал. — На скорости 90 больше нет вибрации, да и на любой другой больше ее нет. — Еще авто стало лучше «чувствоваться», чувствуется что в трансмиссии есть жесткая связь с двигателем. Дня три не мог привыкнуть, глох на светофорах и тяжко было по началу трогаться в горку.

Вовремя я полез менять всё это. А вот что произошло с родным промвалом

Еще немного и муфту бы полностью разорвало, и тогда я бы просто встал посреди дороги.

Разборка и сборка промежуточного вала фото, устройство коробки передач нива 2121, нива 2131

Обслуживание и эксплуатация коробки нива 2121. Инструкции по ремонту кардана, моста и привода колес нива 2131.

Промежуточный вал ваз 2121 разбираем для замены эластичной (резиновой) муфты или шарнира равных угловых скоростей. Помечаем расположение муфты относительно фланца,…

…а также число и расположение балансировочных шайб относительно муфты.

Оттянув резиновый чехол,…

Разборка и оценка состояния деталей шарнира аналогичны соответствующим операциям, описанным в главе Приводы передних колес. Собираем промежуточный вал нива 2121 в обратной последовательности. В перебранный или новый шарнир закладываем 20 см3 смазки ШРУС-4. Перед соединением шарнира с фланцем эластичной муфты устанавливаем малый хомут резинового защитного чехла.

Бывшую в употреблении муфту рас-полагаем по меткам относительно фланца. Прежние балансировочные шайбы располагаем по меткам относительно муфты ваз 2121. При установке новой муфты может потребоваться балансировка вала в сборе.

Устройство коробки

Устройство коробки передач Нива 2121, Нива 2131

Замена масла в коробке

Замена масла в коробке передач Нива 2121, Нива 2131

Cальник первичного вала

Замена сальника первичного вала Нива 2121, Нива 2131

Замена сальника вторичного вала

Снятие и установка сальника вторичного вала Нива 2121, Нива 2131

Установка и снятие коробки передач

Симптомы:
стуки при троганьи автомобиля с места, вибрации, передающиеся на кузов, при движении автомобиля, стуки при переключении передач.

Возможная причина:
неисправны детали карданной передачи.

Инструменты:
набор гаечных ключей, набор отверток, молоток, домкрат, опоры под кузов, отрезок трубы (наружный диаметр – 22 миллиметра, внутренний – не менее 15 миллиметров, длина – 10 миллиметров), щипцы для стопорных колец, съемник для подшипников карданной передачи, универсальный двухзахватный съемник, кернер, тонкий бородок.

Примечание.
Данная инструкция несет в себе информацию о проверке, снятии и ремонте карданной передачи, описывая наиболее полный спектр работ по устранению возможных неисправностей. Для удобности инструкция разбита на логически выделенные подразделы (А, Б, В, Г).

А. Для проверки карданной передачи выполните операции, описанные ниже:

1. Установите автомобиль на эстакаду или смотровую яму.

2. Очистите наружные поверхности деталей карданной передачи от загрязнений.

3. Убедитесь, что все доступные резьбовые соединения карданной передачи затянуты необходимым усилием.

4. При помощи большой отвертки покачайте вилки карданного шарнира относительно друг друга, убеждаясь в отсутствии или же наличии люфта в подшипниках. Если люфт был выявлен, то подшипники вместе с крестовиной необходимо заменить.

5. Фиксируйте передний карданный вал от вращения и одновременно покачайте эластичную муфту. Убедитесь в отсутствии или же наличии углового люфта в шлицевом соединении.

6. Произведите осмотр эластичной муфты и промежуточной опоры переднего карданного вала. При выявлении отслоений резины от металлического основания, трещинах и разрывах муфта и (или) промежуточная опора подлежат замене.

7. Шлицевое соединение карданного вала требует периодической смазки. Для этого при помощи ключа «на 11» открутите пробку и на ее место установите пресс-масленку.

8. При помощи медицинского шприца через пресс-масленку нагнетите смазочный материал в шлицевое соединение до ее выхода через сальник фланца.

9. Выкрутите пресс-масленку и установите на место пробку.

10. Если в ходе проверки были устранены какие-либо дефекты, проведите пробную поездку. В случае, когда неисправности не были устранены, следуйте пунктам инструкции, описанным ниже.

Б. Для снятия карданной передачи выполните операции, описанные ниже:

10. Установите автомобиль на эстакаду или смотровую яму. Установите противооткатные упоры под передние колеса. Убедитесь, что рычаг переключения передач находится в нейтральном положении.

11. Вывесьте задние колеса.

12. При помощи краски или же кернера отметьте взаимоположение фланцевой вилки карданного шарнира и фланца ведущей шестерни главной передачи.

13. При помощи рожкового ключа «на 13» открутите четыре самоконтрящиеся гайки, одновременно фиксируя карданный вал от проворачивания с использованием большой отвертки или другого инструмента, способного выступать в качестве рычага. При обнаружении ржавчины на резьбовых частях болтов «размочите» данные соединения с помощью легкопроникающего смазочного материала.

После этого примените рожковый ключ «на 13» с широкими губками (обычно такой ключ можно найти в наборе инструментов для регулировки зазоров в приводе клапанов). Если при откручивании гаек болты будут проворачиваться, прижмите их головки к фланцу, прикладывая усилие через отвертку.

14. Выньте болты из отверстий, а затем разъедините фланцы, одновременно смещая карданную передачу вперед. В случае, когда данные фланцы были «склеены» ржавчиной, попробуйте нанести несколько ударов молотком по вилке фланца.

Примечание.
При «расклеивании» фланцев будьте предельно аккуратны, чтобы не нанести повреждения деталям.

15. Подвесьте задний карданный вал, для чего привяжите его за шарнир к верхним реактивным штангам заднего моста автомобиля таким образом, чтобы вал не контактировал с приводными тросами стояночной тормозной системы.

16. Используя плоскую отвертку, разогните четыре усика, фиксирующие обойму сальника переднего карданного вала.

17. Переместите обойму вправо по наконечнику карданного вала.

18. При помощи торцевого ключа «на 13» с удлинителем открутите два болта, крепящие промежуточную опору к поперечине.

19. Разъедините шлицевое соединение карданного вала и фланца эластичной муфты, а затем снимите карданную передачу с автомобиля в сторону заднего моста, предварительно отвязав ее.

В. Для разборки и сборки карданной передачи выполните следующие действия:

20. Очистите шарниры и валы от загрязнений при помощи щетки, а затем промойте детали водой с моющим средством.

21. Отметьте взаимное расположение вилок карданных шарниров (кернером или краской). Это необходимо, чтобы сохранить балансировку карданной передачи.

Примечание.
Далее описаны разборка и сборка карданного шарнира. На автомобилях с большим пробегом перед выполнением данного цикла операций рекомендуется предварительно обстучать через подходящую металлическую выколотку торцевые поверхности стопорных колец, а затем нанести на них слой легкопроникающей смазки.

22. При помощи щипцов для стопорных колец снимите четыре кольца.

Примечание.
Подшипники установлены в вилках с натягом, а коррозия дополнительно увеличивает данный натяг. В таком случае рекомендуется использовать не молоток, а съемник, помимо этого необходимо обработать весь шарнир легкопроникающим смазочным материалом. Данные меры необходимы для того, чтобы не нанести повреждения деталям.

23. При помощи съемника для подшипников не полностью выпрессуйте подшипник в чашу устройства до упора крестовины в вилку. В процессе выполнения данной операции обратите внимание на высоту части извлечения детали (эта величина должна составлять примерно треть от всей высоты подшипника).

24. Зафиксируйте карданный вал за вилку шарнира в тисках, чтобы не нанести повреждения трубе. После этого, используя молоток, нанесите несколько ударов через выколотку из мягкого металла по проушинам вилки переднего карданного вала, тем самым смещая крестовину карданной передачи до упора в вилку. В процессе выполнения данной операции подшипник должен частично выпрессоваться.

25. Изготовьте два полукольца из отрезка трубы, подготовленного ранее.

26. Переместите вилку переднего карданного вала вместе с крестовиной в противоположную сторону, а затем установите два изготовленных полукольца на шип крестовины (на прилагающейся фотографии видно только одно полукольцо).

27. Используя съемник, произведите выпрессовку подшипника.

28. Выньте крестовину из отверстий в вилке заднего карданного вала.

29. Аналогичным образом произведите выпрессовку подшипника из переднего карданного вала, зажав последний в тисках. Вал необходимо зажать так, чтобы не деформировать трубу.

30. Демонтируйте крестовину.

31. Произведите выпрессовку подшипников из вилок заднего и переднего карданных валов, для чего наносите удары молотком через выколотку из мягкого металла.

Примечание.
Прежде чем приступать к сборке карданного шарнира, дополнительно очистите детали от загрязнений.

При установке необходимо обеспечить крестовине осевой зазор от 0,01 до 0,04 миллиметра. При большем зазоре уплотнения подшипников становятся негерметичными, а также нарушается балансировка карданной передачи. Необходимый зазор можно обеспечить, установив стопорные кольца подходящей толщины. Стопорные кольца в запасные части поставляются с толщиной 1,50–1,62 миллиметра.

Примечание.
Крестовину и подшипники категорически воспрещается заменять в отдельности.

32. Прежде чем устанавливать новые подшипники и крестовину, убедитесь в чистоте данных элементов, после этого покройте игольчатые ролики смазочным материалом в обильном количестве. Также смазочным материалом необходимо заполнить и отверстия, расположенные в шипах крестовины.

33. Нанесите тонкий слой смазочного материала на внутренние поверхности отверстий проушин вилок. Это необходимо для того, чтобы облегчить запрессовку и обеспечить соединению защиту от коррозии.

34. Установите на шипы крестовины карданной передачи уплотнительные кольца (раздвоенная кромка должна быть обращена в сторону подшипника), а также установите пластмассовые торцовые шайбы в отверстия, расположенные в шипах крестовины.

35. Разместите крестовину передачи между проушинами вилки. После этого, нанося легкие удары молотком через проставку из мягкого металла, произведите запрессовку подшипника в вилку немногим глубже канавки, предназначенной под стопорное кольцо. Применив щипцы, установите стопорное кольцо в данную канавку.

36. Переверните вилку, а затем запрессуйте второй подшипник до того момента, когда первый подшипник упрется в стопорное кольцо. Осуществите установку стопорного кольца второго подшипника.

37. Аналогичным методом осуществите запрессовку подшипников проушины второй вилки.

38. После того как все подшипники будут запрессованы, а все стопорные кольца установлены, обстучите проушины вилок, нанося легкие удары молотком. Данная мера необходима для того, чтобы подшипники надежно прижались к стопорным кольцам. После этого должны появиться зазоры между торцевыми поверхностями шипов крестовины и донышками подшипников, необходимые для нормальной подвижности данного соединения.

39. Произведите проверку легкости качения, а также отсутствия осевого люфта в вилках. В случае, когда люфт был обнаружен, необходимо установить стопорные кольца, имеющие большую толщину.

Примечание.
Далее описаны снятие и установка промежуточной опоры. Наиболее часто промежуточную опору необходимо демонтировать при износе или повреждении ее подшипника для его замены. Однако наиболее целесообразным решением является замена промежуточной опоры в сборе.

40. Зажмите в тиски передний карданный вал таким образом, чтобы не нанести повреждения трубе.

41. При помощи тонкого бородка расконтрите гайку, крепящую вилку переднего карданного шарнира.

42. Используя торцевой ключ «на 27», открутите гайку, которая крепит вилку переднего карданного шарнира.

43. При помощи универсального двухзахватного съемного устройства произведите спрессовку вилки со шлицев карданного вала.

44. Демонтируйте с карданного вала вилку с маслоотражателем.

45. Выбейте карданный вал из подшипника, для чего установите промежуточную опору на два подходящих ключа, а затем нанесите несколько ударов молотком через выколотку из мягкого металла.

46. Снимите с вала второй грязеотражательный элемент.

47. Произведите монтаж новой промежуточной опоры в обратной последовательности. Примите меры по защите от коррозии шлицев переднего карданного вала, для чего нанесите на них любой пластичный смазочный материал.

48. Замените крепежную гайку вилки переднего карданного вала новой и затяните ее моментом 79,4–98,0 Н∙м. После затяжки законтрите гайку с помощью бородка.

Примечание.
Далее описаны снятие и установка эластичной муфты. Эластичная муфта карданной передачи наиболее часто требует демонтажа для замены ее элемента, изготовленного из резины. В случае, когда данный элемент не поврежден и будет повторно установлен, требуется приобрести червячный хомут, диаметр которого будет не менее 140 миллиметров.

49. При помощи торцевого ключа «на 13» с удлинителем открутите две гайки, крепящие поперечину коробки переключения передач к кузову автомобиля.

50. В целях облегчения демонтажа и последующего монтажа (при использовании старой муфты) стяните ее резиновую часть с помощью хомута, о котором говорилось ранее.

51. При помощи торцевого ключа «на 19» открутите три самоконтрящиеся гайки болтов, крепящих эластичную муфту карданной передачи. В процессе откручивания гаек фиксируйте головки болтов от проворачивания с помощью второго ключа того же размера.

52. Демонтируйте муфту с центрирующим кольцом и резиновым уплотнительным элементом.

53. Открутите три гайки болтов, крепящих эластичную муфту к фланцу переднего карданного вала, а затем разъедините детали.

54. Произведите монтаж новой эластичной муфты карданной передачи в обратной последовательности. В процессе установки обязательно проследите за тем, чтобы выступы, выполненные на муфте, вошли в соответствующие пазы, выполненные на фланцах переднего карданного вала и вторичного вала КПП.

Г. Для установки карданной передачи выполните следующие операции:

55. Произведите очистку шлицевых поверхностей фланца эластичной муфты и карданного вала, а затем обработайте шлицы смазочным материалом. После того как соединение фланца и вала будет собрано, установите обойму сальника на место, а затем загните фиксирующие усики.

56. Замените новыми самоконтрящиеся гайки, крепящие вилку фланца к фланцу хвостовика ведущей шестерни главной передачи.

57. На поверхности контакта фланцевого соединения нанесите тонкий слой любого пластичного смазочного материала. Это необходимо для того, чтобы защитить соединение от коррозии.