Классификация карданных передач и требования к ним | Автомобильное

Что такое карданный вал в и какую функцию он выполняет?

Трансмиссия автомобиля выполняет важную функцию — передает вращение коленвала на колеса. Основные элементы трансмиссии: сцепление — о нем мы рассказывали на Vodi.su, оно соединяет и разъединяет коробку передач и маховик коленчатого вала; коробка передач — позволяет трансформировать однородное вращение коленвала в определенный режим езды; кардан или карданная передача — применяется на автомобилях с задним или полным приводом, служит для передачи момента движения на ведущую ось; дифференциал — распределяет момент движения между ведущими колесами; редуктор — для повышения или понижения крутящего момента, обеспечивает постоянную угловую скорость.

Если мы возьмем обыкновенную механическую коробку передач, то увидим в ее составе три вала: первичный или ведущий — соединяет КПП с маховиком через сцепление; вторичный — жестко связан с карданом, именно он предназначен для передачи момента вращения на кардан, а от него уже на ведущие колеса; промежуточный — передает вращение от первичного вала вторичному.

Возможные неисправности «кардана»

Как стало ясно, «кардан» — устройство относительно простое в своей организации. Несмотря на это, довольно-таки примитивная конструкция сказывается на надёжности узла, которая, честно говоря, могла бы быть и повыше. Так, в отличие от ШРУСов на переднеприводных авто или обгонных муфт, дифференциалов на полноприводных агрегатах, «карданные» машины имеют лишь несколько основных составляющих трансмиссии:

• Передний карданный вал – вращает передние полуоси;
• Средний карданный вал – обеспечивает передачу вращения от КПП на все оси и полуоси автомобиля (передний и задние колёса);
• Задний карданный вал – имеется на полноприводных автомобилях и вращает, соответственно, задние полуоси.

Именно из-за нарушений в синхронности работы основных частей механизма случается большинство поломок «кардана». Помимо этого, сами составные элементы выполняют ряд важнейших и сложных функций, например:

1. Передают крутящий момент на оси и полуоси;
2. Поддерживают друг друга в конструкции автомобиля;
3. Служат опорой для иных частей трансмиссии.

Беря в расчёт еще и немалую массу и габариты механизма, вполне можно констатировать – карданному валу приходится нелегко, поэтому особого удивления его поломки вызывать не должны.

Отметим, что при правильном обслуживании и эксплуатации в надёжности «кардан» ничем не уступает ШРУСам или иным распределителям крутящего момента. Однако зачастую карданные агрегаты эксплуатируются неправильно, поэтому и их поломки случаются нередко.

• Деформация некоторых частей «кардана», происходящая из-за наезда автомобиля на высокие препятствия или сбоев в его работе;
• Рассинхронизация переднего, среднего и заднего валов, являющаяся следствием долгой, не обязательно неправильной эксплуатации карданного механизма;
• Износ составных частей механизма. Чаще всего страдают шарниры, подшипники и сальники «кардана». Дабы не допустить более серьёзных неисправностей из-за износа подобных деталей, крайне важно каждые 60-80 000 километров пробега проверять карданный вал на дефекты и при наличии устранять таковые.

Из истории кардана

Если помните, то машина, на которой ездили персонажи фильма, была ВАЗ 2103 – с задним приводом. Карданный вал, о котором говорит герой-любовник, это узел трансмиссии «тройки», который также устанавливался на автомобили с полным приводом. Для переднеприводных машин такой узел трансмиссии не нужен – крутящий момент от двигателя на переднюю ось передается через главную передачу и дифференциал, которые находятся в картере коробки передач.

Задне- и полноприводные автомобиль без карданного вала обойтись не могут: с его помощью крутящий момент от коробки передач или раздатки (для полноприводников) к редукторам переднего и заднего моста. Впервые принцип работы этого механизма описал итальянец Джироламо Кардано, по имени которого и был назван вал.

В автомобилестроении кардан начали применять в конце 19-го века. К примеру, одним из пионеров в установке карданного вала на автомобиль стал основатель одноименной французской компании Луи Рено. На его машинах кардан зарекомендовал себя с самой лучшей стороны: благодаря внедрению в трансмиссию этого узла инженерам удалось решить важную проблему – без провалов передавать крутящий момент от КПП к заднему мосту во время движения по неровной дороге, обеспечивая, тем самым, плавность хода.

Из чего состоит карданный вал?

Хотя, на первый взгляд, карданный вал кажется простым элементом, труба да и труба, но в действительности его устройство немного сложнее. Давайте познакомимся с этим вопросом ближе. Состоит герой нашей сегодняшней статьи из таких элементов:

• подвесной подшипник;
• вилка скользящая;
• крепления;
• сам карданный вал;
• крестовина;
• уплотнители.

Привести все существующие типы карданных валов к какому-нибудь одному знаменателю очень трудно. Дело в том, что эти устройства используются в огромном количестве разнообразной техники и, как следствие могут иметь различное исполнение.

К примеру, карданный вал может быть составлен из нескольких секций, а может быть и односекционный (такое обычно встречается у спорткаров). Во втором случае конструкция элементарна – это просто стальная труба, оба конца которой венчают крестовины карданного вала и наконечники.

Если секций больше одной, то и крестовин также становится больше – они нужны для сопряжения вращающихся под разными углами валов.

Ещё одна важная деталь конструкции — подвесной подшипник карданного вала. Он является опорой для всей конструкции и удерживает её на месте, не мешая вращаться. Подшипник закреплён к кузову машины, и в зависимости от количества секций кардана этих деталей может быть несколько.

В целом же кардан является достаточно надёжным узлом автомобиля. Его создавали с учётом высоких нагрузок и он, как правило, отлично справляется со своей задачей. К недостаткам этого узла относят достаточно большой вес и габариты, помимо этого в заднеприводных и полноприводных авто из-за своего расположения под днищем он «съедает» часть полезного пространства салона.

Вот так, коллеги-автолюбители, мы кратко прошлись по основным вопросам, связанным с карданным валом автомобиля.

До новых встреч, и не забывайте заглядывать блог, чтобы не пропустить свежие и интересные публикации.

Тэги

трансмиссия

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.

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей

Данный тип передачи широко используется в автомобилях с передним приводом. При помощи неё соединяется дифференциал и ступица ведущего колеса. Передача имеет два шарнира – внутренний и внешний, соединенных валом. ШРУСы часто применяются и в автомобилях с задним приводом, в полноприводных авто.

Дело в том, что шарниры равных угловых скоростей более современны и практичны, к тому же, уровень шума от них значительно ниже, чем от ШНУС. Самым распространенным из существующих является шарнир равных угловых скоростей шарикового типа. ШРУС передает крутящий момент от ведущего до ведомого вала.

Они движутся по специальным канавкам. В результате, крутящий момент равномерно передается от ведущего вала к ведомому при условиях изменения угла. Сепаратор удерживает шарики в нужном положении. «Граната» защищается от воздействия внешней среды «пыльником» — защитным кожухом.

Обязательным условием долгого срока службы ШРУСов является наличие в них смазки. А наличие смазки, в свою очередь, обеспечивается герметичностью самого шарнира. Отдельно стоит сказать о безопасности ШРУСов. Если в «гранате» слышится треск или шум, то её незамедлительно нужно менять.

Классификация

Ниже будет приведено классификация карданных передач, которые формируют механизм, роль которого – промежуточная.

Классифицировать центральное устройство можно по нескольким признакам:

• Назначение;
• Тип;
• В наличие компенсирующее устройство.

По назначению механизма передачу (она же – опора главного механизма и промежуточное звено) можно классифицировать:

• Основные – основные работают как опора для механизмов приводов ведущих колёс;
• Вспомогательные – применяются для механизмов подсобных механизмов, к примеру, лебёдок или насосов, механизмов передач, могут быть промежуточным механизмом, в каком-то устройстве.

Тип кардана зависит от того, какое у него построение и расположения:

• Закрытая передача – когда он заключен в одном из элементов транспортного средства;
• Открытая – когда он находится независимо от других частей машины.

Классификация по наличию компенсации, которое имеет устройство:

• Наличие компенсации. Если в нем предусмотрены варианты компенсирования больших осевых перемещений, то вал называют универсальным;
• Иначе промежуточный механизм называют простым.

Классификация карданных передач

Карданные передачи подразделяются но следующим основным классификационным признакам:

по конструкции карданной передачи:

• открытая или закрытая (внутри картера, трубы и т.п.);
• однозвенная (два шарнира, один карданный вал без промежуточной опоры) или многозвенная (с двумя и более карданными валами и промежуточными опорами);

по конструкции карданных шарниров:

• неравных угловых скоростей (упругие — у < 3…5° и жесткие — у < 15… 20°);
• равных угловых скоростей (шариковые с делительными канавками типа «Вейс» — у < 32°, шариковые с делительным рычажком типа «Рцеппа» — у < 38°, кулачковые — у < 45°, типа «Бирфильд» — у < 45°, «Лебро». «Трипод» и др.).

Неисправности карданного соединения и советы по эксплуатации

Чтобы продлить срок службы крестовины карданного вала, рекомендуется после каждых десяти тысяч пробега обслуживать крестовины и шлицевое соединение, если, конечно, их обслуживание предусмотрено изготовителем. Обслуживаемые крестовины снабжены пресс-масленками, в которые необходимо закачивать густое масло типа Литол.

У большинства современных автомобилей карданные валы необслуживаемые и нуждаются только в замене крестовин при появлении люфта. Кстати, после каждого ремонта вал необходимо балансировать, и сделать это можно только на специализированном оборудовании.

Задний ход есть только у мотоциклов с карданной передачей

Услуги специализированных сервисов по ремонту карданов обходятся недешево. Стоит поберечь кардан, быть внимательнее и не допускать его работы на износ.

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.

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.

Пару слов о ремонте карданного механизма

Ремонт карданных валов – процедура отнюдь несложная, однако для её реализации иногда может потребоваться наличие специфичных инструментов. Связано это с тем, что габариты механизма далеко не всегда малы. В любом случае, при должном желании и наличии некоторых навыков отремонтировать «кардан» в условиях гаража возможно.

Процедура ремонта карданного механизма состоит из следующих этапов:

1. Во-первых, определяем точную причину поломки путём детального осмотра узла в смотровой яме или на подъёмнике;
2. После этого, уже заведомо зная о том, что необходимо менять, требуется подготовить инструмент и детали для замены. Чаще всего проводятся такие процедуры как:
   • выправление элементов «кардана»;
   • замена износившихся деталей;
   • замена расходников.

   В процессе подбора новых деталей важно учитывать общие размеры вашего механизма, особенно длину крутящих вилок, так как при работе валов она меняется больше всего. Узнать габариты можно по специальной технической литературе. Для примера, давайте обратим внимание на размеры «кардана» некоторых моделей УАЗ:

3. Подготовив нужный инструментарий, остаётся устранить поломку. К счастью многих автомобилистов, конструкция карданного вала довольно-таки примитивна, вследствие чего провести сборку-разборку данного механизма очень просто.

В целом, особых сложностей в понимании общей сущности карданных валов нет. Несмотря на простоту устройства и приемлемую надёжность, подобные механизмы имеют большие габариты и немалую массу, что и сказывается на их незначительном серийном использовании.

В любом случае, «карданы» использовались ранее и используются до сих пор, поэтому знать об их устройстве и принципах работы будет не лишним каждому автомобилисту. Надеемся, представленный выше материал помог вам разобраться с этим. Удачи на дорогах и в обслуживании авто!

Плюсы и минусы использования карданных передач

Описание преимуществ использования такой детали, как двойной карданный шарнир:

• Устройство способно выдержать огромные нагрузки:

Этот параметр очень важен в транспортном средстве, так как нет иного способа передать вращение в автомобиле большой массы. Как пример, лимузины всегда оснащены задним приводом по этой причине (им нужна опора). Так как это является самым надёжным способом передать вращение. Еще один пример, это вес, вес карданного вала Белаза – 105 кг. А спортивный кардан весит 1.8 кг.

Это свойство помогает не менять узел, а ремонтировать только деталь, что облегчает жизнь всем автовладельцам. Так как замена дорогостоящего узла может быть критичной. Таким образом поддерживая в хорошем состоянии карданный вал и меняя только расходные детали, вы сможете продлить время работы автомобиля.

Недостатки:

Наличие кардана в автомобиле повышает вес, а так же уменьшает габариты салона.

• Вибрация: наличие дополнительного узла, которое может иметь устройство, увеличивает шум и вибрацию, что ведёт к разрушению деталей.

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.

Преимущества и недостатки карданных передач

Основными преимуществами в работе карданных валов является их способность выдерживать большие нагрузки, что особенно важно для автомобилей с большой массой. Неслучайно все автомобили в кузове лимузин и стретч имеют задний привод. При весе в несколько тонн и мощном двигателе передача крутящего момента карданным валом — наиболее надежный способ.

Интересно! Карданный вал самосвала БелАЗ весит 105 килограммов. Спортивный кардан для BMW из карбона — 1,8 килограмма

Основной недостаток — собственный вес кардана, увеличивающий общую массу автомобиля. Необходимость наличия в полу кузова специального тоннеля под кардан уменьшает объем салона, повышает уровень шума и вибраций. Кроме того, карданный вал — достаточно дорогая и сложная деталь.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.