Карданный вал — что это и из чего состоит?
Карданный вал — это конструкция, передающая крутящий момент от трансмиссии к приводу колёс. Его устройство состоит из вала, скользящей вилки, двух крестовин (шарниров), двух фланцев, уплотнений и деталей крепления. Характерной особенностью является карданная передача, изобретенная итальянским философом и математиком Джероламо Кардано, которая позволяет передавать крутящий момент между непараллельными осями.
Это свойство карданного механизма обусловило его широкое применение в различных машинах, летательных аппаратах, приборах, станках, автомобилях, сельскохозяйственных машинах и других механизмах, когда по условиям работы необходимо изменение взаимного расположения валов, передающих вращение.
Самая важная деталь в карданном валу — шарниры. Именно они чаще всего выходят из строя. Вообще то, если не брать какие-то аварийные ситуации, то обычно в кардане есть несколько проблемных мест — это шлицевая часть и крестовины. Для нормальной работы этих частей кардана нужен тщательный уход, в частности смазка. Без регулярного смазывания эти узлы довольно быстро выходят из строя. А вышедший из строя кардан, как известно, влияет на безопасность движения! Поэтому строго рекомендуется шприцевать (смазывать) карданный вал хотя бы раз в сезон. Шприцевание конечно может доставить вам некоторые сложности. Так как масленка обычно находится в очень неудобном для смазывания месте, в менее доступной для попадания грязи точке кардана. Если крестовина выходит из строя, вы это почуствуете. В автомобиле появится вибрация трансмиссии, которая связана в первую очередь с невозможностью крестовины изгибаться во всех плоскостях. Замена крестовины не так уж и проста, как кажется на первый взгляд.
Здесь нужно обратится к специалистам, желательно из специализированных сервисов. На выбор крестовины тоже следует обратить большое внимание, так как некачественная деталь не прослужит долго.
Балансировка карданов.
При появлении дисбаланса появляются вибрации, которые при определенной частоте вращения, могут и уменьшатся и увеличиваться. Избавляются от дисбаланса в специализированных мастерских, путем установки балансировочных пластинок и некоторых других способов. И что важно, кардан баланс нужно проводить после каждого снятия кардана с автомобиля. Если нет возможности сделать это, нужно как минимум, перед снятием поставить метки на кардане. Что потом при установке по этим меткам установить кардан в прежнем положении. Карданный вал можно найти на автомобильной разборке.
В нашей стране существует множество проблем, связанных с ремонтом автомобилей. Но одной из актуальных становится практическое отсутствие сервисных центров, которые бы занимались восстановлением работоспособности карданов. Обычно их меняют целиком. А если даже и ремонтируют, то с неохотой и не качественно.
И следствием становится нарушение балансировки, которое происходит из-за неправильной сборки или неточной установки крестовин. Что же делать?
Конечно же, обращаться в «Кардан-Эксперт».
Мы найдем решение проблемы!
различают карданные валы с крестовинами, со шрусами, с подвесными подшипниками и без них, компания КарданБаланс отремонтирует и изготовит любой из них.
Типы карданных валов различаются не только от производителя к производителю, но и зачастую от одной модели автомобиля к другой.
Исходя из наличия подвесных подшипников, выделяют следующие виды карданных валов:
•карданные валы без подвесного подшипника (двухопорные), •трехопорные карданные валы (с одним подвесным подшипником), •четырехопорные карданные валы (с двумя подшипниками). На большинстве автомобилей применяются трехопорные карданные валы. Четырехопорные обычно ставят на некоторые внедорожники, например Lexus, Chrysler.
По типу крепления карданные валы подразделяются на:
Карданы с крестовиной. Крестовина представляет собой крестообразный шарнир, который отвечает за совпадение осей вращения крутящихся элементов карданного вала. В настоящее время большинство заднеприводных автомобилей оснащаются карданными валами с крестовиной, однако, среди автолюбителей (в особенности тех, кому часто приходится ездить по бездорожью) практикуется их смена на карданы с шарнирами равных угловых скоростей с целью уменьшения вибрации. Особенно это актуально в автомобилях отечественного производства. Выделяют также карданы рулевого механизма, которые оснащаются несколькими крестовинами. Карданные валы со ШРУС. Кардан с шарниром равных угловых скоростей, или ШРУС, считается наиболее удачным вариантом. Поскольку ШРУС способен перемещаться при передаче крутящего момента в любой плоскости, он исключает появление вибрации трансмиссии и предотвращает быстрый износ узлов и агрегатов. Кроме того, в карданах со ШРУС отсутствуют подвижные шлицевые соединения, которые нуждаются в регулярном обслуживании. По материалу изготовления карданные валы бывают алюминиевые, чугунные и стальные. Последние встречаются в современных автомобилях наиболее часто. На некоторых автомобилях применяются сдвоенные карданы – то есть карданные соединения, состоящие из двух или более частей. Такая конструкция позволяет избежать биения и вибрации вала на высоких скоростях. Обычные длинные межосевые карданные валы на большой скорости могут изгибаться и давать дисбаланс, на составных механизмах этой проблемы нет. Составные валы чаще всего можно встретить, опять же, на внедорожниках и других автомобилях, рассчитанных на высокие скорости. Отдельно следует выделить карданные валы с эвольвентными шлицами. Карданы со стандартным подвижным шлицевым соединением быстро изнашиваются и способствуют износу других агрегатов трансмиссии. Эвольвентные шлицы специальной формы исключают появление вибрации и продлевают срок службы кардана.
Карданный вал
Карданный вал — деталь трансмиссии всех заднеприводных и полноприводных автомобилей. Это вал, который передает крутящий момент от коробки передач или раздаточной коробки к редуктору переднего или заднего моста.
Карданный вал настолько прост и универсален, что за более, чем сто лет его конструкция практически не изменилась.
Изобретение карданного вала и начало его применения на автомобилях
Свое название карданный вал получил в честь итальянского медика и математика Джироламо Кардано. Он описал принцип работы шарнирного механизма, соединяющего два вращающихся в одну сторону вала. Некоторые историки утверждают, что похожий механизм предлагал еще Леонардо да Винчи. Интересно, что на авторство изобретения на авторство изобретения вместе с Кардано претендовал также англичанин Роберт Хук, но патент он получил позже.
В современных карданных валах внедорожников подвижное соединение чаще всего заменяют ШРУСами на обеих концах вала. Валы такой конструкции применены в Chevrolet Niva
В 1898 году Луи Рено одним из первых использовал карданный вал в автомобиле. Простота и эффективность привода способствовали тому, что в начале ХХ века карданные валы стали практически безальтернативным средством привода. На сегодняшний день деталь остается крайне распространенной и используется во всех типах транспортных средств — от мотоциклов Harley Davidson до карьерных самосвалов БелАЗ.
Устройство и принцип работы
Карданный вал состоит из нескольких элементов: вала, двух крестовин, скользящей вилки, уплотнений, деталей крепления и ряда других элементов, в зависимости от конструкции. Карданный вал может состоять из одной, двух, трех и более секций. Длина, толщина и вес вала зависят от габаритов автомобиля.
Крестовина кардана.Односекционный карданный вал состоит из центральной части и присоединенных к ней наконечников с крестовинами. Центральную часть делают из стальной трубы. Использование трубы обусловлено необходимостью снижения веса вала и экономии металла. Сплошными делают только очень короткие валы.
Односекционными валами комплектуют, в основном, спортивные автомобили. К примеру, односекционный кардан применен в конструкции Nissan GT-R.
Карданный вал — одна из наиболее ремонтопригодных деталей. Его легко снять с автомобиля, а ремонт заключается в замене крестовин и подвесного подшипника
Карданный шарнир.Работу карданной передачи обеспечивают шарнирные механизмы на основе крестовин. Крестовины позволяют двум сопряженным валам вращаться под переменным углом друг к другу. Наибольший коэффициент полезного действия достигается, когда угол вращения находится в пределах от 0° до 20°. Когда превышается этот показатель, крестовина подвергается большой нагрузке. Кроме того, вал утрачивает сбалансированность и начинает вибрировать.
Еще один важный элемент — раздвижное шлицевое соединение кардана. Его применение обусловлено тем, что подвеска автомобиля, особенно, при преодолении препятствий, существенно растягивается по высоте. Коробка передач или раздаточная коробка, к которой присоединен один конец вала, жестко зафиксирована внутри кузова, а редуктор моста (вторая точка крепления кардана) сопряжен с подвеской. В результате, при переезде препятствия расстояние между коробкой и редуктором моста увеличивается. Карданный вал в этом случае должен «растянуться», и раздвижное шлицевое соединение помогает ему это сделать.
Еще одна важная деталь карданной передачи — подвесной подшипник. Он создает дополнительную опору для составного вала, удерживая его на месте и не мешая вращаться. Кронштейн подшипника крепится к кузову. Количество подшипников зависит от количества секций, из которых составлен вал.
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.
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.
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. При появлении посторонних шумов, стука при работе автомобиля, обратитесь на станцию технического обслуживания для диагностики крестовины.
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.
Карданный вал и его назначение
Карданный вал выполняет роль основного передатчика усилия от КПП либо раздаточной коробки на заднюю ось или редуктор переднего моста, и является неотъемлемой частью устройства задне- и полноприводной трансмиссий. Универсальность и простота конструкции позволяет этой детали уже более века оставаться практически неизменной.
История карданного вала
Первым принцип работы карданного вала описал итальянский ученый Дж. Кардано. Собственно, в его честь и назван этот элемент. Однако большинство историков придерживаются мнения, что автором этого механического устройства был Леонардо да Винчи. Так ли это на самом деле – доказать уже сложно, да и невозможно. Но, интересен еще и тот факт, что помимо Кардано, подобное изобретение представил еще и английский инженер Роберт Хук, который успешно его запатентовал, правда, позже итальянца.
В современных полноприводных автомобилях подвижное соединение кардана, как правило, заменено шарнирами равных угловых скоростей, которые располагаются с обеих сторон вала. В качестве примера можно рассмотреть карданный вал автомобиля Chevrolet Niva.
Первым, кто установил кардан на транспортное средство, был Луи Рено, открыв тем самым, новую эпоху в автомобильной эре. Благодаря своей надежности и простоте с начала XX столетия эта деталь трансмиссии применяется и по сей день.
Как устроен карданный вал
Устройство кардана можно описать следующими деталями: крестовины, вал, уплотнители, крепежные элементы, скользящая вилка и прочие части, их использование зависит от сложности конструкции, которая может быть представлена несколькими секциями. Его габариты зависят исключительно от размеров автомобиля.
Односекционный карданный вал содержит центральную направляющую, к которой примыкают наконечники, соединенные с крестовинами. Данная направляющая представляет собой полую трубу из стали, благодаря чему значительно снижается вес всего кардана. В основном такие валы входят в конструкцию трансмиссии спортивных автомобилей.
Отметим, что карданный вал является одним из самых ремонтопригодных узлов транспортного средства, хотя его ремонт и требует значительного количества нормо-часов, а значит и финансовых затрат. Он без проблем снимается с автомобиля, а для его ремонта достаточно поменять подвесные подшипники и крестовины (рекомендуются к установке крестовины фирм Loebro и GMB, как правило, они ходят намного дольше дешевого «китая»).
Как уже было сказано, конструкция кардана включает в себя крестовые шарнирные механизмы, благодаря которым оба взаимосвязанных между собой вала вращаются с постоянным изменением угла их сопряжения. Максимальный КПД кардана достигается, когда этот угол составляет величину 0-20 градусов. При превышении этой величины возрастает нагрузка на крестовину, что приводит к нарушению балансировки вала и возникновению вибрации на скорости.
В рамках публикации стоит уделить внимание еще одному важному элементу карданной передачи – раздвижному шлицевому соединению. Особенность такой конструкции связана с постоянным изменением пространственного положения подвески при движении. КПП или раздаточная коробка, вал которых агрегатируется с карданом, неподвижно закрепляются на кузове транспортного средства, а задняя ось либо редуктор передней – находятся в сопряжении с подвеской. При наезде на препятствие происходит увеличение расстояния между мостом и КПП, следовательно, длина кардана также должна увеличиться. Для этого и применяется такое соединение.
К не менее важным элементам кардана также относится его подвесной подшипник, благодаря которому каждая из секций вала имеет жесткую опору, всегда остается на своем месте, и свободно вращается. Крепление подшипника осуществляется к кузову.
Плюсы и минусы использования кардана
Главным плюсом всех систем карданной передачи является их высокая стойкость к повышенным нагрузкам, особенно это важно для большегрузных автомобилей, таких как микроавтобусы и грузовики. Наверное не зря даже все лимузины имеют заднеприводную трансмиссию, ведь при довольно большой массе транспортного средства, которое, к тому же еще имеет мощный силовой агрегат, использование карданного вала в качестве привода – самый оптимальный вариант.
А единственным минусом карданной передачи является ее дополнительная масса, которая увеличивает вес транспортного средства. Так же машины с карданным валом имеют несколько иную конструкцию кузова: специальный, проходящий внутри салона от коробки передач до заднего сидения тоннель, который приносит определенные неудобства задним пассажирам, увеличивает вибрацию и уровень шума в дороге. Помимо этого карданный вал довольно сложный и дорогостоящий механизм хоть и ремонтопригодный.
Распространенные неполадки и особенности обслуживания карданного вала
Дабы увеличить эксплуатационный ресурс крестовин кардана и подвижного шлицевого соединения необходимо обслуживать их после каждых 10 тыс. км пробега, в случае, когда такое обслуживание предусмотрено. На обслуживаемых крестовинах располагаются специальные масленки-контейнеры. Их следует заполнять густым смазывающим составом, например Литолом. Но, большинство карданов на современных транспортных средствах не подлежат обслуживанию.
Отметим, что после любого ремонта карданного вала, он нуждается в балансировке, которая проводится на специальном стенде. В случае появления стука либо отчетливых шумов в районе кардана необходимо обратиться в ближайший автосервис для диагностики. Ремонт карданной передачи стоит недешево, поэтому необходимо следить за состояние этого элемента и не подвергать его чрезмерным нагрузкам.
Принцип работы карданной передачи (карданного вала):
все началось задолго до изобретения автомобиля- Статьи на kardanvalservis.ru
Способ соединения элементов карданной передачи позволяет компенсировать угловые и осевые перемещения компонентов относительно друг друга. И эта технология появилась задолго до изобретения именно карданной передачи.
Начать стоит с древних времен
Появление карданного вала связывают с именем итальянского математика, философа и инженера Джероламо Кардано, жившего в VI веке. Он детально
Принцип его работы заключается в использовании концентрических колец, которые могут перемещаться относительно друг друга, сохраняя равновесие предмета, расположенного в центе.
Подобные конструкции использовались многими:
- Еще боле 2000 лет назад в Китае использовали специальный подвес для масляной лампы. Он позволял держать лампу в вертикальном положении, независимо от положения всей конструкции, и не давал ей перевернуться.
- Похожую конструкцию описывал и Филон Византийский, живший в III веке до н.э. Только она создавалась не для свечи, а чтобы исключить проливание чернильницы.
-
Древнегреческие и индийские мореплаватели использовали подобные конструкции в качестве подставок для компаса.
- Некоторые источники говорят о том, что вал, работающий по схожему принципу, использовался в карете императора Великой Римской Империи. С его помощью обеспечивалась плавность хода.
В общем, однозначно определить, кому именно принадлежит это изобретение, нельзя.
История после трудов Джероламо Кардано
Описав принципы использования кардана для передачи крутящего момента, этот ученый запустил «новый виток» в развитии рассматриваемого механизма. После этого карданные передачи стали использоваться в различных целях. А с появлением автомобилей, они пришли и в эту сферу.
Стремительное развитие и распространение карданной передачи происходило в XX веке. В 20-х годах французский инженер Ж. Грегуар провел исследования на предмет возможности применения в ней ШРУсов. И уже в 30-х годах это поставили на поток: Citroen активно использовала сдвоенные шарниры в своих авто.
Довольно важным моментом из новейшей истории кардана можно назвать появление композитных валов (они, хоть не очень широко, но используются сегодня). Опять же, сказать точно, кому это изобретение принадлежит, не получится. Но можно полагать, что одними из первопроходцев в этом являются Д.Д. Мунгалов, А.М. Закржевксий и Ю.М. Тарнопольский. Еще в 80-х годах прошлого века они зарегистрировали патент SU 1677386 А1 на вал из композитного материала. Можно предположить, что их наработки сыграли важную роль в появлении новой разновидности кардана.
Что такое карданный вал, функции карданного вала в автомобиле
Карданный вал – это важный узел трансмиссии, передающий крутящий момент от двигателя непосредственно к колесам. Деталь обычно устанавливается только на заднеприводные автомобили внедорожники с полным приводом. Если передние колеса являются ведущими, деталь в автомобиле попросту не нужна. Кардан обеспечивает плавность хода без потери мощности.
Конструкция достаточно простая, значительных изменений с 20-го века так и не появилось. Устройство и принцип работы карданного вала идентичны во всех автомобилях.
Разновидности и функции карданного вала
Карданный вал – это длинная металлическая труба, которая состоит из двух частей, соединенных между собой шарниром.
Основная функция заключается не только в передаче вращения от коробки к редуктору, но и в обеспечение жесткой связки колес. Крутящий момент передается под определенным углом – кардан обеспечивает плавность и необходимый наклон, скрадывая незначительные смещения автомобильной рамы.
Производят деталь из чугуна, алюминия и стали. В современных автомобилях используется последний вариант, он считается самым надежным.
Однако существует несколько разновидностей карданного вала, давайте разберемся.
По наличию подшипников
- Две опоры — без подвесных подшипников
- Три опоры – один подшипник (применяются в большинстве авто)
- Четырех опорный – два подвесных подшипника (на автомобилях бизнес сегмента)
По виду крепления
- На крестовине — деталь отвечает за направление осей крутящего момента.Это отличный вариант для города, предлагаемый во всех стандартных комплектациях заднеприводных авто. Однако те, кто любит бездорожье и частые поездки на дачу, меняют карданный вал на вариант со ШРУС-ом – чувствуется меньше вибрации и тряски.
- С шарнирами угловых скоростей (ШРУС) карданный вал легко перемещается, проглатывая ямы и увеличивая комфорт водителя и пассажиров.
- Сдвоенный кардан – хорош на трассе. Высокая скорость и плохая дорога — его стихия. Составной механизм на внедорожниках – обычное явление.
- На эвольвентных шлицах. Они имеют особую форму, которая не позволяет механизму быстро изнашиваться.
Несмотря на то, что разновидностей креплений много, система функционирует одинаково. В зависимости от вида, водитель может чувствовать вибрацию и неровности на дороге или ездить спокойно в течение многих лет.
Диагностика и ремонт
Посторонние звуки (шум, стук, гул) могут многое сказать о неисправности кардана, особенно если отчетливо слышны на высокой скорости.
Для проведения диагностики требуется подъемник. Также, необходимо обеспечить свободное вращение колес. Обычно карданный вал проверяется с несколько этапов:
- Осмотр соединительных элементов – подшипника и крепления эластичной муфты. Везде должны присутствовать шайбы и болты.
- Проверка шлицы. При ручном вращении не должно быть люфта.
- Мастер должен проверить шарниры с помощью отвертки. Люфт в исправном механизме должен отсутствовать.
- Проверяется эластичная муфта – она не должна иметь трещин и иных механических повреждений.
- Вручную проверяется и подшипник – он должен крепко стоять на месте. В ином случае, заменяются крестовины.
Если неисправность не выявляется вручную, необходимо проверить карданный вал на особом стенде, который имеется только в сервисе.
Последующий ремонт карданного вала осуществляется на спец. оборудовании в сервисе.
Назначение кардана
Карданный вал является незаменимым узлом трансмиссии, без которого движение транспортного средства будет невозможно. Основное предназначение данной детали заключается в передаче крутящего момента от ведущего вала к ведомому, которые расположены по отношению друг к другу под углом.
Кроме того, также можно выделить ряд других задач, которые выполняет карданная передача:
- обеспечивает жесткую связку колес транспортного средства,
- за счет передачи крутящего момента под определенным углом, обеспечивается плавность хода, а также скрадываются несущественные смещения рамы автомобиля.
Строение карданного вала
Простейшая карданная передача состоит из трубы, 2-х шарниров (2-х вилок, 2-х крестовин, 2-х фланцев) и деталей уплотнения и крепления.
Если карданной передачей соединяются агрегаты (механизмы), расстояние и угол между которыми изменяются (например, КПП и ГП автомобиля), предусматривается осевая компенсация в виде скользящего шлицевого соединения.
В зависимости от величины угла между валами в передаче могут быть использованы шарниры неравных угловых скоростей или шарниры равных угловых скоростей (ШРУС).
Принцип работы
В процессе работы машин (механизмов) расстояние и углы между ведущим и ведомым валами могут изменяться.
Так, в автомобилях карданные передачи применяются для передачи крутящего момента от коробки переменных передач (КПП) к раздаточной коробке (РК) или непосредственно к главной передаче (ГП), от РК к ГП, от коробки отбора мощности (КОМ) к различному дополнительному оборудованию (гидравлическому насосу, лебедке, активному прицепу и т.д.). Также карданные передачи применяются в приводах рулевого управления (РУ).
В автомобильных трансмиссиях максимальные углы установки карданных передач должны быть от 3 град. (для легковых автомобилей) до 8 град. (для полноприводных автомобилей) в статическом состоянии транспортного средства.