Карданный шарнир: характеристики, описание и устройство
Карданный шарнир представляет собой деталь в составе трансмиссии, обеспечивающую передачу крутящего момента от мотора к редуктору моста. Кардан состоит из полой тонкостенной трубы, на одной стороне которой размещено шлицевое соединение и подвижная вилка, а на другой – неподвижная вилка шарнира. Количество секций варьируется в зависимости от вида КПП и марки авто. В конструкцию односекционного варианта входит два наконечника с крестовинами, центральная часть, а также дополнительные детали:
- крепежные элементы;
- прокладки, сальники и другие промежуточные уплотнители;
- скользящая вилка;
- двойной карданный шарнир;
- подвесной подшипник.
Предназначение
Функции вала не ограничиваются передачей крутящего момента, также он выступает в качестве опоры для некоторых деталей автомобилей. Шарнир карданный рулевой может иметь различные габариты в зависимости от модели автомобиля и его особенностей. Для изготовления чаще всего используется сталь. Она обеспечивает максимальную функциональность при небольших размере и массе. Одним из элементов силовой части вала является шарнир, который может иметь неравную и равную угловую скорость. Элементы с неравной скоростью могут обладать жесткой или упругой конструкцией. Карданный шарнир равных угловых скоростей обладает разделительным специализированным рычагом, сдвоенной или кулачковой конструкцией, либо разделительными канавками.
Крутящий момент
На валы и оси, пересекающиеся под углом не более 4-5 градусов передается усилие от шарниров с упругим планом. При этом возникновение деформаций на соединительных деталях способствует ухудшению качества функционирования и увеличению колебания. Передача крутящего момента от изделий неровной скорости и жесткого плана производится последовательно, при помощи подвижных соединений жестких элементов. Они оснащаются двумя вилками, имеющими плотную фиксацию с валом, и отверстиями цилиндрической формы, используемыми для размещения крестовин. Концы крестовин, в то время, когда движется вал и шарниры карданные 1/2, начинают покачиваться в перпендикулярной по отношению к ним плоскости. Они необходимы для обеспечения гибкой, надежной и прочной связи между ведущим мостом и коленчатым валом.
Особое значение имеет достаточная гибкость соединения, так как она обеспечивает свободное перемещение во время движения транспортного средства. Крестовые элементы состоят из нескольких шипов, стопорных колец, игольчатых подшипников и сальников. Они отличаются длительным периодом эксплуатации и редко выходят из строя, но на их конструкцию оказывает негативное влияние некачественное дорожное покрытие, при движении по которому увеличиваются переменные нагрузки. Для сохранения функциональности в подобных условиях используются сдвоенные крестовые шарниры. Именно от них зависит вращение сопряженных валов, которые меняют угол по отношению друг к другу. Наибольший коэффициент отмечается при значении в пределах 20°. При большем параметре угла вращения на крестовину приходятся серьезные нагрузки, также возникают колебания и ухудшается баланс вала.
Принцип работы
Конструкция шлицевого соединения кардана имеет не меньшее значение. Принцип работы заключается в следующем. Коробка передач плотно фиксируется на внутренней кузовной части и присоединяется к краю одного вала. На другой стороне находится редуктор моста, имеющий соединение с подвеской. Промежуток между двумя узлами расширяется при преодолении неровных участков. Как заднему, так и переднему кардану необходимо растянуться, это действие обеспечивает шлицевое соединение, дополненное уплотняющим сальником.
Дополнительные элементы
Помимо этого, в конструкцию входит карданный подшипник подвесного типа. Он играет роль вспомогательного опорного элемента для вала. Подшипник предотвращает вращение детали и обеспечивает ее нахождение в требуемом положении при помощи кронштейна, покрытого смазкой и дополненного уплотняющими элементами, который крепится на кузовной части. Количество конструкционных элементов вала определяет число подшипников.
Карданный шарнир головок необходим, в первую очередь, для обеспечения качественного соединения ведущего моста и коленвала. Гибкость и прочность связи становятся наиболее актуальными при смещении моста в процессе движения авто.
Разбалансировка
Среди основных нарушений в работе вала наибольшее распространение приобрела разбалансировка. Ее возникновению способствует некачественное закрепление зазоров крестовин в процессе монтажа и несоблюдение правил эксплуатации. Зачастую неправильная фиксация зазоров возникает на этапе производственной сборки. Разбалансировка возникает не сразу, сначала развивается дисбаланс, который можно определить по вибрации во время переключения коробки передач. Она оказывает заметное воздействие на шаровую конструкцию и способствует интенсивному износу основных элементов системы. Результатом становится ухудшение равновесия автомобиля и увеличение вероятности дорожного происшествия. Поэтому рекомендуется соблюдать правила, производить систематической осмотр вала, включая карданный шарнир и крестовые элементы, осуществлять своевременный ремонт при обнаружении изношенных деталей.
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.
Шлицевые элементы
Даже при соблюдении условий эксплуатации всегда присутствует вероятность срезания шлиц. Этому способствует формирование люфта в результате растяжения раздаточной цепи. Цепь в это время начинает перескакивать по зубьям раздатки и формировать высокую ударную нагрузку на шлицевые элементы раздатки и кардана. Возникновение подобной поломки можно определить по металлическому резкому шуму, который доносится из-под автомобиля. Срезание шлиц возможно как на бюджетных, так и на оригинальных элементах, поэтому необходимо своевременно менять деталь для обеспечения полного хода вала. Шарнир карданный 1/2 во время движения авто совершает возвратно-поступательные движения по отношению к раздатке, этому способствует растяжение и обратное сокращение кузова.
Что нужно знать
Преждевременное срезание шлиц можно предотвратить путем установки нового кардана с удлиненным шлицевым соединением, но период эксплуатации подробной конструкции будет увеличен не более чем на 2-3 года. При этом остается неизменной и другая проблема – растянутая цепь раздатки. Именно поэтому кардан и цепь должны заменяться одновременно. Также стоит обратить внимание на свойства фланца, находящегося на раздатке, при возникновении необходимости в ремонте. Особое значение имеет диаметр глубины шлиц, внешний диаметральный размер, количество шлицевых соединений и общие габариты.
Особенности устройства карданных передач отечественных автомобилей
Карданная передача автомобилей ГАЗ-69А и ГАЗ-69 состоит из трех трубчатых валов и шести карданов с игольчатыми подшипниками.
Шлицевые соединения карданных валов предохраняются от загрязнения защитными резиновыми чехлами, а от вытекания смазки в шлицах — войлочными сальниками.
На автомобилях ГАЗ-63 и ГАЗ-63А с приводом на обе оси применяется карданная передача, состоящая из трех валов с двумя карданами, на каждом валу. Вал 1 передает усилие от коробки передач к раздаточной коробке, вал 2 — от раздаточной коробки к заднему мосту и вал 3 — от раздаточной коробки к переднему мосту.
Рис. Карданная передача автомобиля ГАЗ-63А: 1 — промежуточный вал; 2 — вал привода заднего моста; 3 — вал переднего моста; 4 — вал привода лебедки; 5 — кардан со скользящей вилкой
У автомобиля ГАЗ-63А
Рис. Карданная передача автомобиля ГАЗ-51А: 1 — задний кардан; 2 — основной карданный вал; 3 — средний кардан; 4 — подвеска промежуточного вала; 5 — промежуточный карданный вал; 6 — передний кардан; 7 — кронштейн опоры; 8 — самоподжимные сальники; 9 — шарикоподшипник опоры; 10 — масленка; 11 — резиновое кольцо
В карданной передаче автомобиля ГАЗ-51А крутящий момент от коробки передач передается к ведущему мосту двумя валами: промежуточным 5 и основным 2. Задний конец промежуточного — вала вращается в шарикоподшипнике 9, установленном в резиновом кольце И опоры, кронштейн 7 которой привернут к поперечине рамы. Смазывается шарикоподшипник через масленку 10. Удерживается смазка в шарикоподшипнике самоподжимными сальниками 8.
При деформации рамы автомобиля или вследствие неточности в установке шарикоподшипника при сборке шарикоподшипник может самоустанавливаться вследствие эластичности резинового кольца.
Рис. Схема карданной передачи автомобиля ЗИЛ-157К: 1 — коробка передач; 2 — основной карданный вал; 3 — раздаточная коробка; 4 — промежуточный карданный вал заднего моста; 5 — промежуточная опора привода заднего моста; 6 — карданный вал заднего моста; 7 — задний ведущий мост; 8 — средний ведущий мост; 9 — карданный вал среднего моста; 10 — карданный вал переднего моста; 11 — передний ведущий мост
Рис. Промежуточная опора карданного вала привода заднего моста автомобиля ЗИЛ-157К: 1 — сальник; 2 — крышка роликоподшипника; 3 — регулировочные прокладки; 4 — передняя маслоотгонная шайба; 5 — отражатель; 6 — конический роликоподшипник; 7 — сапун; 8 — пробка наливного отверстия; 9 — вал промежуточной опоры; 10 — картер; 11 — задняя маслоотгонная шайба; 12 — пробка сливного отверстия
В карданной передаче трехосного автомобиля ЗИЛ-157К (без лебедки) с приводом на все оси имеются пять карданных валов.
На автомобилях с лебедкой имеются дополнительно два карданных вала, при помощи которых осуществляется привод лебедки. Крутящий момент к задним мостам этих автомобилей передается двумя валами через промежуточную опору, установленную на верхнем реактивном рычаге, который приварен к кожуху полуоси среднего ведущего моста.
Промежуточная опора состоит из картера 10, в котором установлен на двух конических роликоподшипниках 6 вал 9 промежуточной опоры. Роликоподшипники закрыты крышками 2, Между крышками и корпусом установлены прокладки 3, при помощи которых регулируется затяжка подшипников. Масло в картер опоры заливается через отверстие, закрываемое пробкой 8, а уровень масла контролируется при помощи контрольного отверстия, закрываемого пробкой. Масло сливается из картера через отверстие, закрываемое пробкой 12. Через сапун 7 полость картера сообщается с атмосферой.
Карданная передача автомобиля ЗИЛ-157 выполнена так же, как и на автомобиле ЗИЛ-157К; их различие заключается в длине основного и промежуточного карданных валов и в устройстве отдельных деталей.
Карданная передача автомобиля ЗИЛ-151 состоит из пяти карданных валов, а автомобиля ЗИЛ-151А (с лебедкой) — из шести. Привод к.лебедке осуществляется одним карданным валом без промежуточной опоры. Промежуточная опора карданного вала привода заднего моста отличается по своему устройству от опоры, установленной на автомобиле ЗИЛ-157, отсутствием грязезащитных колец и маслоотгонных шайб.
Автомобили ЗИЛ-164А, ЗИЛ-164 и ЗИЛ-150 имеют одинаковые по своему устройству карданные, передачи. Привод к заднему мосту осуществляется двумя валами: основным и промежуточным. Задний конец промежуточного вала вращается в шарикоподшипнике промежуточной опоры. Промежуточная опора по своему устройству аналогична опоре, устанавливаемой на автомобиле ГАЗ-51А, и отличается, от нее тем, что для удержания смазки в крышке подшипника установлены обычные войлочные сальники.
Карданная передача трехосного автомобиля Урал-375 (без лебедки) с приводом на все оси состоит из четырех карданных валов. На автомобиле Урал-375 с лебедкой дополнительно устанавливаются два карданных вала (для привода лебедки) с карданными шарнирами от автомобиля ГАЗ-69.
Рис. Схема карданной передачи автомобиля Урал-375: 1 — коробка передач; 2 — основной карданный вал; 3 — раздаточная коробка; 4 — карданный вал среднего ведущего моста; 5 —карданный вал заднего ведущего моста; 6 — задний ведущий мост; 7 — средний ведущий мост; 8 — карданный вал переднего ведущего моста; 9 — передний ведущий мост
В карданной передаче трехосного автомобиля КрАЗ-214, имеющего привод ко всем осям и, кроме того, к лебедке, установлены шесть карданных валов. Привод к заднему мосту осуществляется двумя карданными валами через промежуточную опору, закрепленную на балке среднего моста.
Рис. Промежуточная опора карданного вала привода заднего моста автомобилей КрАЗ-214 и КрАЗ-219: 1 — фланец; 2 — сальник; 3 — шарикоподшипник; 4 — картер промежуточной опоры; 5 — сапун; 6 — вал промежуточной опоры; 7 — кронштейн; 5 — пробка заливного отверстия промежуточной опоры; 9 — пробка сливного отверстия промежуточной опоры
Коробка передач соединена с раздаточной коробкой коротким карданным валом. Шлицевые соединения скользящих вилок кардана имеют масленки для смазки и сальниковые уплотнения.
Карданная передача трехосного автомобиля КрАЗ-219 имеет четыре карданных вала. Карданные валы, идущие к заднему и среднему мостам, и промежуточная опора такие же, как и на автомобиле КрАЗ-214.
Устройство заднего кардана | AUTO-GL.ru
Многие автомобили в своей ходовой системе имеют такой важный элемент, как задний карданный вал. Применяется он для того, чтобы приводить в движение задние колеса, передний же выступает, как правило, в качестве дополнительного, активируясь при пробуксовке задних колес. Хотя на данный момент существует множество вариантов распределения крутящего момента между осями. Итак, рассмотрим:
- Что включает в себя конструкция кардана заднего?
- В чём заключается назначение каждого отдельного элемента кардана?
- Как снять и отремонтировать задний кардан?
Также в материале будет поэтапно рассказано о том, как снимается и устанавливается карданный вал.
Кардан многих машин, выпускаемых отечественными производителями, (например, УАЗ Patriot) является двумя полыми стальными трубами, соединяющимися друг с другом при помощи крестовины. Данный тип карданного вала имеет также другое название – трёхопорный кардан, потому что он обладает 3-мя точками крепления.
Важно акцентировать внимание на средней опорной точке, роль которой отдаётся подшипнику подвесному. Он приводит вал в движение и отвечает за его удержание. Однако, именно данный тип подшипника считается наиболее слабым элементом конструкции – уже спустя шестьдесят тысяч километров ему требуется тщательная проверка, замена либо ремонт.
В случае замены может потребоваться полное обновление карданного вала, называющегося прямым.
Как снимается вал карданный
Задний карданный вал обычно снимают, если требуется произвести ремонт конструкционных элементов изделия. К таким элементам относятся:
- Подвесной подшипник;
- Крестовины;
- Участки соединений.
Процесс снятия проводится следующим образом:
- На задний мост наносится отметка с помощью зубила либо мела, чтобы вы смогли правильно сориентироваться во время сборки. Если отметка не будет поставлена либо будет инсталлирован другой кардан, то понадобится его балансировка.
- Болты, закрепляющие изделие на мосту, отвинчиваются.
- То же самое нужно проделать в области, где соединяются коробка и вал.
- В конце нужно снять болты карданного крепления на опоре промежуточного типа.
Совет: снятие вала лучше осуществлять совместно с кем-нибудь, потому как во время отвинчивания опоры промежуточного образца, изделие может упасть вниз, в одиночку его будет непросто удержать.
Следующим этапом после извлечения вала будет ремонт элементов конструкции.
Самой распространённой поломкой, возникающей на заднем кардане, является возникновение люфта. Приемлемый люфт устройства – это пять миллиметров, если он больше, то это означает, что износились крестовины либо произошло нарушение в месте соединения моста и кардана. Во втором варианте для решения проблемы понадобится разобрать мост и провести тщательный ремонт.
Смазка – шприцевание
Необходимо регулярно производить смазку главных составляющих кардана. Смазка осуществляется в быстром и простом виде, по этой причине, чем больше вы следите за состоянием своего авто, тем он дольше сможет прослужить вам. Смазка проводится с использованием специального шприца – она запрессовывается в карданную конструкцию. Во внедорожном автомобиле UAZ Patriot смазать детали карданной конструкции может оказаться затруднительно, потому что тавотницы имеют ограниченный доступ.
Карданный вал является главным элементом автомобильной трансмиссии, благодаря которому транспортное средство приводится в движение. По этой причине необходимо наблюдать за его состоянием, не доводить до ситуации, когда конструкция получает повреждения либо изнашивается.
Карданная передача.
Карданная передача
Общие сведения о карданных передачах
Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента от одного агрегата к другому в случае, когда оси их валов не совпадают и могут менять свое расположение, а также при значительном удалении одного агрегата от другого. В некоторых технических источниках информации вместо термина «карданная передача» употребляется термин «промежуточная передача».
Свое название карданная передача получила от имени итальянского математика, инженера, философа, медика и астролога Джероламо Кардано (1501-1576). В отдельных источниках Кардано считается изобретателем карданного вала, по крайней мере, он первым подробно описал конструкцию и работу этого механизма.
Тем не менее, по утверждению других источников, механизм аналогичный карданному валу был известен задолго до Д. Кардано, и упоминался ещё великим Леонардо да Винчи. Сейчас сложно спорить об авторстве изобретения, однако одно бесспорно — Д. Кардано был первым, кто подробно описал устройство карданного вала в технической литературе.
В среде технических специалистов, механиков и водителей карданную передачу обычно называют карданный вал или просто — кардан. Карданные валы с шарнирами равных угловых скоростей чаще называют ШРУСами, а их шарниры — «гранатами».
Характерным примером применения карданной передачи является силовое соединение коробки передач с ведущим мостом автомобиля (рис. 2). Так как мост связан с несущей системой (рамой) через упругие элементы подвески, при движении автомобиля он может перемещаться относительно рамы в вертикальном направлении, тогда как коробка передач закреплена на раме неподвижно.
Кроме того, при вертикальном перемещении моста относительно рамы (и, соответственно, коробки передач), расстояние между соединяемыми агрегатами постоянно изменяется. В таких условиях жесткое соединение агрегатов невозможно.
С помощью карданной передачи осуществляется подвод крутящего момента от коробки перемены передач (КПП) или раздаточной коробки к ведущим мостам, к ведущим управляемым колесам, а также к механизмам дополнительного оборудования автомобиля.
На некоторых автомобилях с помощью карданной передачи осуществляется связь рулевого колеса с рулевым механизмом. Особенно удобна такая конструкция рулевого привода для автомобилей с откидной кабиной, позволяющая без каких-либо манипуляций с рулевой колонкой поднимать кабину для доступа к двигателю и его системам.
***
Классификация карданных передач
Карданные передачи, устанавливаемые между элементами (агрегатами) трансмиссии, называются основными, а карданные передачи, передающие крутящий момент каким-либо другим агрегатам или дополнительному оборудованию, называются вспомогательными.
В зависимости от числа валов привода ведущих колес различают одноприводную карданную передачу и многоприводную (рис. 1 ).
Если карданная передача располагается внутри какого-либо защитного элемента, например кожуха или балки моста, то она называется закрытой. Большинство карданных передач привода ведущих мостов не имеет специальной защиты и являются открытыми.
Карданная передача (рис. 2) состоит из карданных валов 2, карданных шарниров 1 и шлицевого компенсирующего соединения 4, которое обеспечивает изменение длины карданного вала при изменении расстояния между соединяемыми агрегатами.
С целью уменьшения длины валов на некоторых автомобилях применяется составная карданная передача, состоящая из двух валов. В этом случае один из валов передачи устанавливается на поддерживающей промежуточной опоре (опора кардана — рис. 2,б поз. 3).
Наиболее ответственными элементами карданных передач являются карданные шарниры. Они обеспечивают передачу крутящего момента между валами, оси которых пересекаются под углом. Относительный угол наклона валов карданной передачи, в зависимости от конструкции шарниров, может достигать 45˚.
По кинематике карданные шарниры делятся на две группы – шарниры неравных угловых скоростей и шарниры равных угловых скоростей (рис. 3).
На некоторых автомобилях применяются упругие полукарданные шарниры для передачи крутящего момента между валами, расположенными под небольшим углом, например, упругая муфта Гуибо (Guibo).
Муфта Гуибо представляет собой предварительно сжатый шестигранный упругий элемент, к которому вулканизацией прикреплены металлические вкладыши. С двух сторон к муфте посредством вкладышей крепятся фланцы ведущего и ведомого валов. На иллюстрации в верхней части страницы муфта Гуибо изображена между карданными валами.
Муфта Гуибо применяется чаще всего в дополнение к шарнирной карданной передаче. Иногда такой тип промежуточных передач относят к эластичным соединениям, представляющим отдельную классификационную группу.
Дальнейшая классификация карданных передач связана с конструкцией шарниров равных угловых скоростей, которые в настоящее время очень разнообразны по устройству и инженерным решениям, и продолжают совершенствоваться.
***
Карданные передачи с шарнирами неравных угловых скоростей