Устройство карданной передачи автомобиля

Особенность конструкции автомобиля заключается в том, что основные составные узлы, которые приводят его в движение – имеют раздельное расположение, и передача крутящего момента от силовой установки до ведущих колес осуществляется посредством приводных валов.

Количество, длина и устройство этих валов напрямую зависят от конструктивных особенностей и компоновки авто. Валы не только обеспечивают передачу вращения. Конструктивно разместить соосно связываемые приводом узлы невозможно, поэтому валы привода компенсируют угловые несоответствия положений составляющих частей. И осуществляется это благодаря наличию карданного шарнира в устройстве вала. Он позволяет передавать вращение между несколькими частями вала, располагаемыми под углом между собой.

На автотранспорте применяется несколько видов этих шарниров:

1. Равных угловых скоростей
2. Неравных
3. Упругий полукарданный

Первый вариант – ШРУСы, используются только на машинах с передачей вращения на передние колеса.

Что касается заднеприводных и полноприводных моделей, то в их конструкции могут устанавливаться одновременно все перечисленные виды. К примеру, на обычных автомобилях с приводом на заднюю ось устанавливается один шарнир неравных угловых скоростей, и один – полукарданный. А вот на кроссоверах со всеми приводными колесами и с поперечным положением мотора есть все виды шарниров – на передке используются ШРУСы, а сзади – два других вида.

Карданная передача

Валы с узлами неравных угловых скоростей имеют обозначение «карданная передача» (или просто – кардан). Как уже отмечено, устанавливается она на машинах с задним и полным приводом. Также она используется не только в конструкции трансмиссии авто. Ее устанавливают и в рулевом управлении, но задачи у нее там несколько иные, хотя устройство карданной передачи идентично.

В рулевом механизме зачастую вполне возможно разместить валы соосно. Шарнир в устройстве вала рулевой колонки нужен для того, чтобы он мог «ломаться», что значительно снижает вероятность нанесения травм водителю при фронтальном столкновении. В общем, использование шарнира сделало рулевую колонку травмобезопасной.

Конструктивное исполнение авто и иной техники сказывается на количестве используемых карданных передач. В целом валы с карданами могут располагаться между:

• Силовой установкой и коробкой передач;
• КПП и раздаточной коробкой;
• КПП и главной передачей заднего моста;
• Раздаткой и главными передачами мостов (переднего, заднего, промежуточного).

Расположение карданных передач на примере трансмиссии Xdrive

Комбинация может быть самой разной. Также в некоторых случаях, когда необходимо передать вращение на большее расстояние, передача может состоять из двух валов с шарнирами, и промежуточной опоры.

Конструкция

Карданный шарнир является самой важной частью вала. В целом, устройство карданной передачи включает в себя:

• вал и ось узла;
• две вилки, размещенные на концах вала и оси;
• крестовина;
• подшипники (игольчатые);
• сальники;
• фиксирующие элементы.

Устройство карданного вала

Вилки располагаются под углом 90 град между собой. Одна из них располагается на валу, а вторая – на оси, которая передает или принимает крутящий момент. С этими осями вилки соединяются при помощи фланцев.

В вилках проделаны проушины, в которые устанавливается крестовина с подшипниками. Фиксирующие элементы предотвращают самовольное разъединение составных частей. В общем, конструкция достаточно проста, что обеспечивает надежность шарнира.

Приводные валы обеспечивают передачу при несоосном положении узлов, но при этом во время движения расстояние между составными элементами, соединенными приводом, может меняться. И этот фактор также предусматривается конструкцией привода. Для этого сам карданный вал изготовлен в виде пустотелой трубы, соединенной с валом вилки при помощи шлицевого соединения.

Устройство игольчатого подшипника крестовины

Обычно карданная передача является необслуживаемой. Для снижения трения в подшипники на стадии изготовления закладывается смазка, вытеканию которой препятствуют имеющиеся сальники. Но также есть и обслуживаемые шарниры. Их особенность заключается в том, что в крестовине проделаны специальные каналы и установлена пресс-масленка. При обслуживании привода смазка пополняется при помощи технического шприца.

Особенности функционирования

Главная особенность, которая является и недостатком этого шарнира, — неравномерная циклическая передача вращения. То есть, из-за имеющегося угла между валами ведомая часть привода переменно то обгоняет, то отстает от ведущей. Из-за этой особенности шарнир и называется «неравных угловых скоростей». Поэтому в переднем приводе валы с таким устройством не используются.

Особенность принципа работы карданной передачи учитывается конструкцией. Чтобы частично компенсировать неравномерную передачу, в устройстве привода используется одновременно два и больше шарнира. Также на легковых авто нередко можно встретить и полукарданный упругий элемент.

Чтобы имеющиеся карданы компенсировали цикличную неравномерную передачу, их еще необходимо правильно разместить относительно друг друга. Для этого шарниры располагают синхронно, а не со смещением между собой. То есть, внутренние вилки, установленные на трубчатом валу, и внешние, соединяемые фланцами с осями узлов, установлены в одной плоскости.

Полукарданный упругий элемент конструктивно очень схож с шарниром неравных угловых скоростей. У него также имеются две вилки, но соединены в единую конструкцию они при помощи эластичной (резиновой) вставки. Бывают конструкции и с фланцевым соединением.

Несмотря на свой недостаток, карданы достаточно широко используются. И способствует этому высокая надежность шарнира и неприхотливость к условиям работы. Это позволяет карданную передачу оставлять открытой, без каких-либо защитных элементов.

В целом, карданная передача может отработать очень длительный срок без какого-либо обслуживания. Выход из строя шарнира может вызвать только попадание внутрь подшипников загрязняющих веществ из-за поврежденных сальников. И то, к поломке это сразу не приведет. Кардан станет негодным для использования только при значительном износе игольчатых тел качения подшипников. Сам шарнир является неремонтируемым и при износе он просто заменяется.

Карданная передача и все,что нужно о ней знать.

Карданной передачей автомобиля называется механизм, осуществляющий передачу крутящего момента между валами, которые пересекаются в центральной части карданной передачи автомобиля и отличаются возможностью взаимного углового перемещения. Активно применяется в разных сферах человеческой деятельности в случаях, когда со­ос­ность вращающихся элементов очень трудно обеспечить. Аналогичные функции способна также осуществлять зубчатая муфта.

Как правило, карданная передача автомобиля используется в автомобильной транс­мис­сии, а также рулевом управлении.

Карданная передача автомобиля может обеспечить соединение следующим эле­мен­там трансмиссии:

1. Силовому агрегату и КПП;
2. КПП и раздаточной коробке;
3. КПП и главной передаче;
4. Главной передаче и раздаточной коробке;
5. Ведущим колесам и дифференциалу.

Карданный вал в автомобиле предназначен для передачи крутящего момента от КПП к ведущим мостам в случае полноприводной или классической компоновки. Также при­ме­ня­ет­ся в травмобезопасной рулевой колонке для соединения рулевого исполнительного ме­ха­низ­ма и рулевого вала.

Карданная передача автомобиля отличается одним значительным минусом – не­синх­рон­ность валовых вращений (один из валов имеет равномерное вращение, другой – нет). Вращения начинают увеличиваться, если угол между ними возрастает. Это исключает возможность использования карданной передачи автомобиля в некоторых устройствах, например, в трансмиссии автомобилей с передним приводом (где основная проблема заключается в передаче крутящего момента на поворотные автомобильные колеса ). По большому счету данный недостаток может быть скомпенсирован применением на одном валу парных шарниров, которые находятся в повернутом на четверть оборота положении относительно друг друга. Однако там, где необходима синхронность, как правило, применяется ШРУС (шарнир равных угловых скоростей) – более сложная, но более совершенная конструкция аналогичного назначения.

По своей компоновке карданные передачи автомобиля подразделяются на закрытые и открытые.

Закрытый вариант карданной передачи автомобиля располагается внутри трубы, которая, в свою очередь, может восприниматься составляющей подвески автомобиля. В карданной передаче автомобиля данного типа используется только один шарнир, а неравномерное вращение карданного вала компенсируется за счет его упругости. Существуют конструкции, где функцию карданного вала осуществляет торсион (небольшой упругий вал); карданные шарниры здесь отсутствуют.

Открытый вариант карданной передачи автомобиля не располагает трубой, а реактивный момент воспринимается реактивными тягами или рессорами. В состав карданной передачи автомобиля должно входить не меньше двух шарниров, а также компенсирующее звено, так как дистанция между соединенными агрегатами во время движения изменяется. На автомобилях с длинной колесной базой используют карданную передачу автомобиля, которая состоит из двух валов. За счет этого исключается возможность совпадения максимальной угловой скорости вала с приемлемой. Уменьшение длины вала увеличивает его критическую частоту вращения, которая как минимум в 1.5 раза должна превышать максимально возможную во время эксплуатации. Конструкция карданной передачи автомобиля, оснащенной двумя валами, требует использование промежуточной опоры одного из двух валов, подшипник которой установлен на кузове или раме в эластичном кольце для компенсации осевого перемещения двигателя ( см. устройство двигателя автомобиля ).

Устройство карданной передачи

Карданная передача представляет собой ведущий и ведомый валы, которые соединены гибким шарниром. Гибкое шарнирное соединение позволяет беспрепятственно передавать вращение при некотором изменении угла между двумя валами. По типу шарнирного соединения существуют две разновидности карданных передач :

• устаревшие шарниры неравных угловых скоростей;
• более современные шарниры равных угловых скоростей.

Карданная передача, основанная на шарнирах неравных угловых скоростей, наиболее часто применяется для соединения выходного вала и ведущего моста в заднеприводных как легковых, так и грузовых автомобилях. Помимо этого, такие шарниры используют для подсоединения раздаточных коробок и прочего вспомогательного оборудования. Более совершенные в конструктивном плане шарниры равных угловых скоростей используются в современных передне- и полноприводных автомобилях. Посредством таких карданных передач осуществляется соединение ведущих колес машины с дифференциалом ведущего моста.

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ КАРДАННОЙ ПЕРЕДАЧИ

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

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

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

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

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

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

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

ДОСТОИНСТВА

К достоинствам карданной передачи относятся:

1. Работа со значительными крутящими моментами.
2. Возможность соединения узлов трансмиссии, установленных на больших расстояниях между собой.
3. Реализация полного привода на авто.
4. Простота конструкции.
5. Устойчивость к нагрузкам.

Но вместе с тем, кардан повышает металлоемкость трансмиссии и требует значительного пространства для установки, что сказывается на полезном объеме салона.

Карданы с шарнирами неравных угловых скоростей не требуют технического обслуживания и при этом обладают значительным ресурсом Несмотря на использование в конструкции подшипников, в процессе эксплуатации проводить их смазку не нужно, поскольку сам шарнир – необслуживаемый, а заложенного производителем смазочного материала хватает на весь срок службы.

Кардан является неремонтируемым узлом. При изгибе кардан требует полной замены. Обусловлено это тем, что при изготовлении узел балансируется. Изгибы же приводят к разбалансировке, что повышает вибрации и нагрузки в КПП и главной передаче и ускоряет износ шарниров.

Шарниры также не ремонтируются, поэтому при появлении повышенной вибрации со стороны кардана, сторонних звуков (хрустов, щелчков) выполняется замена составных элементов шарнира. Обычно замене подлежат крестовина и ее подшипники, но при сильной выработке проушин меняется узел в сборе.

Типы карданных передач

Главную роль в карданной передаче выполняет карданный шарнир, в зависимости от конструкции которого выделяют такие типы карданных передач:

• передача с шарниром равных угловых скоростей;
• передача с шарниром неравных угловых скоростей;
• передача с полу карданным упругим шарниром;
• передача с полу карданным жестким шарниром.

По количеству валов карданные передачи могут быть: одновальные, двухвальные и многовальные, а по количеству шарниров — одношарнирные, двухшарнирные и многошарнирные.

Эксплуатация и возможные неисправности карданной передачи

Бережная эксплуатация автомобиля позволяет шарнирам карданного вала и шаровым шарнирам передних валов сохранить свою работоспособность надолго, как минимум до 100 тысяч побега. Что касается труб, то при отсутствии механических повреждений их можно использовать долгие годы без замены, в противном же случае изогнутый механизм стоит просто заменить новым. Следует уделять внимание состоянию чехлов шарниров и заменять их при любом повреждении, уберегая тем самым шарниры.

Сокращение работоспособности шарниров могут спровоцировать резкие разгоны, пробуксовка в грязи, неправильный выбор скоростей, долгие поездки по снежным и грунтовым дорогам с глубокими колеями.

О неисправности карданной передачи можно узнать по появившимся посторонним звукам или рывкам автомобиля при движении. Существует несколько причин потери работоспособности карданной передачей, и среди них такие:

• износ карданных шарниров;
• деформация карданных валов;
• повреждение или износ сальников;
• повреждение защитного чехла шарнира;
• износ подшипников;
• ослабление соединительных механизмов.

Данные неисправности очень легко устранить, заменив поврежденные детали или подтянув крепежные детали.