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 — назначение, устройство и принцип работы

Карданный вал — приспособление для передачи крутящего момента от коробки передач или раздаточной коробки к задним колесам.

Широко применяется на автомобилях заднеприводной и полноприводной компоновки с начала двадцатого века по настоящее время. Впервые устройство карданной передачи было описано еще в 16-м веке, однако создание устройства на практике произошло значительно позже.

Устройство карданного вала

Схема карданной передачи включает в себя следующие элементы:

• Одна или несколько секций из тонкостенной полой трубы;
• Шлицевое раздвижное соединение;
• Вилки;
• Крестовина;
• Подвесной подшипник;
• Элементы крепления;
• Задний подвижный фланец.

Сам агрегат может быть одновальным или двухвальным. Во втором случае механизм включает в себя промежуточный карданный вал, к заднему отделу которого приваривается хвостовик с наружными шлицами, к переднему через шарнир фиксируется скользящая втулка. Одновальные системы промежуточного участка не имеют.

В передней части автомобиля агрегат фиксируется в коробке передач с помощью подвижного шлицевого соединения (подвижная муфта передней части карданного вала). Для этого на конце механизма имеется отверстие с внутренними шлицами. Устройство карданного вала подразумевает возможность продольного смещения шлицов при движении автомобиля.

Далее устанавливается подвесной подшипник карданного вала, который через кронштейн крепится к кузову. Это служит дополнительным креплением агрегата, исключающим его излишнее смещение при езде.

Далее следует вилка карданного вала, которая располагается между передней и средней его частью. Здесь установлена крестовина, на которой имеются игольчатые подшипники. Наличие вилок и крестовины позволяет передавать крутящий момент при различных углах изгиба «кардана».

В задней части передача крепится к редуктору заднего моста посредством фланца. При этом хвостовик, оснащенный внешними шлицами, входит во фланец привода главной передачи.

Принцип действия КВ

Принцип работы карданной передачи заключается в возможности транспортировки крутящего момента при изменяющемся положении «кардана» в пространстве. Реализация этого принципа происходит за счет двух механизмов:

1. Вилка скользящая карданного вала;
2. Крестообразный шарнир.

Скользящая вилка необходима для некоторого увеличения длины механизма при движении по неровной дороге. За счет длинного шлицевого соединения поступление момента не прекращается тогда, когда подвеска вместе с задним мостом смещается вверх или вниз.

Шарнир, в свою очередь, обеспечивает вращение колес при изменении угла изгиба КВ. Считается, что механизм способен продуктивно работать при углах не более 20°. Далее начинается его активный износ.

Типы карданной передачи

В современном автомобилестроении могут применяться следующие типы карданных передач:

• Оснащенные шарниром неравных угловых скоростей (классическая карданная передача автомобиля);
• Оснащенные ШРУС (шарнирами равных угловых скоростей);
• Оснащенные полукарданными упругими шарнирами;
• Оснащенные жесткими полукарданными шарнирами.

Система с шарниром НУС считается классической. Здесь присутствуют вилки, крестовина, игольчатые подшипники. Применяется на большинстве заднеприводных автомобилей.

На современных внедорожниках чаще используется система, оборудованная ШРУСами. Такие устройства обеспечивают более комфортные условия езды, практически полностью устраняя вибрации.

Упругие шарниры представляют собой резиновую муфту, способную передавать момент при изгибах не более 8°. Резина достаточно мягкая, поэтому вал, имеющий подобное строение, обеспечивает плавное начало движения и отсутствие резких динамических нагрузок. Кроме того, гибкие соединения не требуют технического обслуживания.
» alt=»»>
Жесткий полукарданный шарнир имеет сложное техническое устройство и передает момент за счет зазоров в шлицевом соединении. В силу сложности изготовления, технических недостатков и быстрого износа в автомобилестроении не применяется.

Частые неисправности и их устранение

Все неисправности можно разделить по возникающим признакам поломки:

1. Вибрация при движении — износились подшипники крестовины или скользящая втулка, нарушилась балансировка вала;
2. Стуки при трогании — износились шлицы скользящего соединения, ослабли болты крепления;
3. Вытекание масла из подшипников — износ сальников.

Для устранения вышеописанных неполадок «карданы» демонтируют и дефектуют, неисправные детали заменяют. При наличии дисбаланса требуется балансировка вала в динамических условиях.

Перспективы развития системы карданной передачи

Классический ШНУС имеет некоторые технологические недостатки. Скорость вращения его валов изменяется в процессе движения. При этом ведомый вал может ускоряться и замедляться при стабильной скорости ведущего вала. Это приводит к ускоренному износу механизма, а также создает лишнюю нагрузку на задний мост. Также работа шарнира сопровождается вибрацией.
» alt=»»>
Назначение карданной передачи может выполнять вал, оборудованный ШРУСами (передним и задним). Подобные системы уже сегодня применяются на некоторых внедорожниках. Также ШРУСом может быть оборудована карданная передача автомобиля ВАЗ-2107 и другой «классики». В продаже имеются ремонтные комплекты.

Использование шарнира равных угловых скоростей позволяет ликвидировать недостатки, свойственные классической крестовине. Скорость вращения вала выравнивается, исчезает вибрация, КВ не требует балансировки после ремонта, до 17° увеличивается угол передачи крутящего момента.

Где еще применяются валы карданного типа

Для чего нужен карданный вал, кроме соединения КПП с мостом и колесами? В реальности сфера применения шарниров НУС достаточно велика. Их применяют для создания регулируемых рулевых колонок, где необходимо передать крутящий момент от руля к колесам. Также крестовидные соединения используют в наборах инструментов. Они позволяют работать с болтами, не находящимися на прямой линии с удлинителем ключа.

Сегодня карданные шарниры, несмотря на широкое применение во многих областях промышленности, считаются устаревшими. Все большее развитие получают ШРУСЫ, а крестовины и вилки медленно уходят в прошлое.

Карданная передача. Назначение и принцип действия

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

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

Рис. Схема карданной передачи:
1, 4, 6 — карданные валы; 2, 5 — карданные шарниры; 3 — компенсирующее соединение; у1, у2 — углы между валами

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

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

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

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

Рис. Схема жесткого карданного шарнира неравных угловых скоростей

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

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

Рис. Схема карданного шарнира равных угловых скоростей