Что такое карданный вал: ключевые функции

Содержание

Устройство и принцип работы карданной передачи

Классическая карданная передача сильно изменилась и имеет отличительные черты. Принято выделять четыре основных элемента конструкции:

Центральная труба – или на техническом языке «центральный вал». Это конструкция полой трубы из крепкого металлического сплава.
Крестовины и наконечники – это специальное приспособление, изготовленное в виде креста, которое отвечает за контроль вращающихся элементов кардана. Простыми словами, крестовина контролирует углы переменного наклона, которые не должны быть в диапазоне от 0 до 20 градусов.
Вилка – это промежуточное соединение, между основным валом и промежуточным. Прямая функция — это компенсация расстояния по высоте межу валами, когда автомобиль передвигается по ухабам и ямам.
Промежуточный подшипник – это очень важный элемент конструкции, который поддерживает основной вал, при этом позволяет ему вращаться в необходимом направлении. В зависимости от типа кардана, промежуточных подшипников может быть два и более.

Это основные элементы устройства передачи. Конечно, кроме них существует много дополнительных механизмов – различные крепления, подвижные фланцы, уплотнители, защитные муфты и прочее.

Устройство карданной передачи

Конструкция передачи не сложная

В большинстве случаев, механизм крепится при помощи шлицевого соединения к коробке передач (при этом неважно какой, автоматической или механической). Каждая коробка передач имеет на своем подвижном конце отверстия с внутренними креплениями

Механизм работы шлицов сконструировано таким образом, чтобы они могли смещаться при движении машины.

Дальше устанавливается подшипник КВ, который крепится к кузову автомобиля при помощи специального кронштейна. Он служит дополнительным креплением и исключает смещение механизма при нагрузках и езде. К вилке КВ крепится крестовина с игольчатыми или другими подшипниками. Эта конструкция позволяет правильно передавать крутящий момент при различных изгибах кардана.

Когда водитель включает передачу и нажимает на газ, крутящий момент переходит на скользящую вилку и дальше поступает через крестообразный шарнир к главной передачи и колесам. Наиболее продуктивными являются углы шарнира от 0 до 20 градусов. Если по причине неисправности, происходит отклонение, может начаться сильный износ всего механизма или поломка. Наглядно принцип работы показан на видео, ниже.

В состав КВ входят несколько элементов:

вал,
две крестовины,
скользящая вилка, уплотнения,
детали крепления в частности подвесной подшипник,
ряд других элементов, что зависит от разновидности конструкции.

В состав КВ могут входить несколько секций – одна, две, три и больше. Размеры и масса вала зависят от габаритов автомобиля. В устройство односекционного карданного вала входят центральная часть и присоединенные к ней наконечники с крестовинами.

Устройство карданного вала

Работоспособность системы карданной передачи (КП) обеспечивается шарнирными механизмами на основе крестовин. Крестовина дают возможность для двух сопряженных валов вращаться с изменяющимся углом друг относительно друга. Наивысший КПД достигается при угле вращения 0°…20°. В том случае, когда данный показатель превышен, крестовина подвержена значительным перегрузкам. К тому же вал теряет сбалансированность и появляется вибрация.

Еще один важный элемент – раздвижное шлицевое соединение КП. 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 КП) сопряжен с подвеской. В результате, при переезде препятствия расстояние между коробкой и редуктором моста увеличивается. КВ в этом случае должен “растянуться”, и раздвижное шлицевое соединение помогает ему это сделать.

Еще одна важная деталь КП – 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.

Основные неисправности, их признаки

Самым прочным механизмом в конструкции является сам вал. Его отливают из крепкого сплава, который способен выдерживать предельные нагрузки. Поэтому нужно сильно постараться, чтобы повредить его. Как правило, это механические повреждения при ДТП.

В целом основные неисправности можно разделить на несколько видов:

Вибрация – при трогании с места или в движении могут возникать сильные или слабые вибрации. Это первый признак повреждения подшипников крестовины. Также, проблема может говорить о неправильной балансировке вала, такое случается после его механического повреждения.
Стук – характерный стук при движении с места, будет означать, что болты крепления или шлицы износились. В таком случае, лучше всего сразу обратиться на СТО, дабы проверить целостность соединения.
Течь масла – можно обнаружить небольшие масляные капельки в местах расположение подшипников и сальников.
Скрипы – они могут появляться в момент нажатия педали газа. В большинстве случаев, скрипы могут быть связаны с неисправностями шарниров. С появлением коррозии, крестовины может заклинивать, что приводит к повреждению подшипника.
Неисправность подвижного подшипника – выявить проблему можно по характерному шуршанию в области движущей части вала. При нормальной работе, механизм не должен издавать никаких звуков, все движения плавные. Если слышно шуршание, скорей всего выходит из строя подшипник. Проблема решается только полной заменой неисправной части.

Ниже приведены их возможные внешние проявления и указаны причины появления для каждого из признаков. Посторонний стук в агрегатах трансмиссии; в начале движения, резком разгоне или переключении скоростей КПП автомобиля. Может возникать в результате:

Ослабления резьбовых соединений крепления фланцев и соединительной муфты карданной передачи;
КВ в шлицевой части имеет сверхдопустимый зазор;
Сверхдопустимый зазор, в подшипниках крестовины карданного вала.

Особого внимания требует крестовина карданного вала. Именно крестовина является основным источников шума и скрежета в карданной передаче, и подлежит наиболее частой замене (менять рекомендуется каждых 10 тыс. км. пробега). Немного реже выходит из строя подвесной подшипник или может появится зазор в карданном шарнире.

Повышенный шум и вибрация автомобиля при движении. Причины могут быть следующие:

изгиб КВ;
не правильная установка КВ, при установке не соблюдены монтажные метки;
нарушен баланс валов;
разрушение или износ втулки (центрирующей) фланца промежуточной муфты или кольца (центрирующего) вала вторичного кпп;
сверхдопустимый зазор в подвесном подшипнике;
разрушение подвесной опоры КВ;
ослабление резьбового соединения поперечной опоры;
сверхдопустимый зазор в игольчатых подшипниках крестовины;
ослабла соединительная гайка вилки КП;
нет смазки в шлицах вала.

Вытекание смазки может происходить вследствие:

разрушения сальникового уплотнения шлицевой части вала;
повреждения сальникового уплотнения подшипников крестовин КП.

Основная причина быстрому выходу из строя карданного вала – дисбаланс, нарушение баланса в несколько раз увеличивает нагрузка на детали кардана.

Шарнир: главный секрет кардана

Вполне очевидно, что карданная передача назначение и устройство которой мы сегодня рассматриваем, является крайне важным узлом.

Поэтому не будем терять время на лишние разговоры и перейдём к сути вопроса. Карданная передача автомобиля, в какой бы модели она не находилась, имеет ряд стандартных элементов, а именно:

шарниры;
валы ведущие, ведомые и промежуточные;
опоры;
соединительные элементы и муфты.

Различия этих механизмов, как правило, определяются типом карданного шарнира. Существуют такие варианты исполнения:

с шарниром неравных угловых скоростей;
с шарниром равных угловых скоростей;
с полукарданным упругим шарниром.

Когда автомобилисты говорят слово «кардан», то они обычно имеют в виду именно первый вариант. Механизм с шарниром неравных угловых скоростей встречается чаще всего у машин с задним или полным приводом.

Работа карданной передачи этого типа имеет одну особенность, которая является и его недостатком. Дело в том, что из-за специфики конструкции шарнира невозможно плавно передавать крутящий момент, а получается это сделать только циклически – за один оборот ведомый вал дважды запаздывает и дважды опережает ведущий.

Компенсируется такой нюанс введением ещё одного такого же шарнира. Устройство карданной передачи этого типа простое, как и всё гениальное – соединяются валы двумя вилками, расположенными под углом 90 градусов и скреплёнными крестовиной.

Более совершенными являются варианты с шарнирами равных угловых скоростей, которые, кстати, обычно именуют ШРУС – наверняка, вы слышали такое название.

Карданная передача назначение и устройство которой мы рассматриваем в этом случае, имеет свои нюансы. Хотя её конструкция более сложная, это с лихвой компенсируется рядом преимуществ. Так, к примеру, валы данного типа карданов всегда вращаются равномерно, причём они могут находиться под углом до 35 градусов. К недостаткам механизма можно, пожалуй, отнести достаточно сложную схему узла.

Сам ШРУС должен быть всегда герметичным, так как внутри находится смазка специального состава. Разгерметизация приводит к вытеканию этой смазки, и в таком случае шарнир быстро портится и ломается. Тем не менее, механизмы с шарнирами равных угловых скоростей при должном уходе и контроле более долговечны, чем их собратья. Встретить ШРУС можно на переднеприводных и полноприводных автомобилях.

Устройство и работа карданной передачи с полукарданным упругим шарниром также имеет свои особенности, которые, к слову, не дают возможности использовать её в конструкциях современных автомобилей.

Передача вращения между двумя валами в этом случае происходит за счёт деформации упругого элемента, например, муфты специальной конструкции. Считается, что подобный вариант крайне ненадёжен, поэтому его и не применяют сейчас в автопроме.

В следующей публикации мы поговорим о не менее полезной штуке. Какой именно? Подписывайтесь на рассылку и обязательно узнаете!

Карданная передача с полукарданным упругим шарниром

Полукарданный упругий шарнир обеспечивает передачу крутящего момента между двумя валами, расположенными под небольшим углом, за счет деформации упругого звена.

Характерным примером данного типа шарнирного соединения является упругая муфта Гуибо (Guibo). Муфта представляет собой предварительно сжатый шестигранный упругий элемент, с двух сторон которого крепятся фланцы ведущего и ведомого валов.

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.

Промежуточные соединения и карданные передачи

КОММЕНТАРИИ — 0

Оси валов муфты сцепления и коробки перемены передачи должны совпадать, т. е. быть соосны. Однако на практике эти валы располагаются с некоторой несоосностью, которая возникает из-за неточности изготовления деталей, погрешности сборки, деформации рам и корпусов, а также взаимного расположения сборочных единиц в процессе эксплуатации. Поэтому возникает необходимость соединения валов не жестко, а с определенной степенью свободы, что позволит компенсировать несоосность соединяемых валов, снизить нагрузки на детали, увеличить срок их службы. Для этого применяют промежуточные соединения — специальные шарниры, которые по числу шарниров бывают одинарные и двойные, а по конструкции — жесткие, мягкие (упругие) и комбинированные. Жесткие шарниры состоят только из металлических деталей, а мягкие имеют упругие неметаллические элементы.

Передачу вращающего момента от коробки передач к главной передаче ведущего моста во многих тракторах и автомобилях обеспечивает карданная передача. Она позволяет компенсировать несоосность и изменение расстояния между осями валов. На рисунке показана схема карданной передачи автомобиля.

Коробка передач установлена на раме автомобиля, а задний мост подвешен к раме на упругих рессорах. При колебаниях нагрузки на автомобиль во время его движения положение заднего моста относительно рамы и оси вторичного вала коробки передач постоянно изменяется. Поэтому для передачи вращающего момента от вторичного вала коробки передач к валу заднего моста необходим дополнительный вал, у которого изменяются длина и угол наклона к продольной оси автомобиля.

Карданная передача (в наиболее простом виде) состоит из карданных шарниров и карданного вала. Карданные шарниры обеспечивают угловое перемещение карданного вала, а свободные шлицевые соединения вилок карданного шарнира с карданным валом — изменение расстояния между шарнирами.

Карданные передачи используют на колесных тракторах, оборудованных приводом на все четыре колеса (К-701, Т-150К, МТЗ-82), и гусеничном тракторе Т-150. Их устройство аналогично устройству карданных передач автомобилей.

В карданную передачу некоторых автомобилей (ГАЗ-53А, ЗИЛ-130 и др.) и тракторов (МТЗ-82) введен дополнительный вал, устанавливаемый на промежуточной опоре. Такая конструкция позволяет укоротить основной вал, уменьшить его вибрацию, повысить надежность и долговечность работы карданной передачи.

Карданный шарнир с игольчатыми подшипниками (рисунок а) состоит из вилок, крестовины, игольчатых подшипников, сальников. Стаканы с игольчатыми подшипниками надевают на пальцы крестовины и уплотняют сальниками. Стаканы фиксируют в вилках стопорными кольцами или крышками, привернутыми к ним винтами. Карданные шарниры смазывают через масленку по внутренним сверлениям крестовины. Предохранительный клапан служит для устранения излишнего давления масла в шарнире.

При равномерном вращении ведущей вилки ведомая вилка вращается неравномерно: за один оборот она дважды обгоняет ведущую вилку и дважды отстает от нее. Для устранения неравномерности вращения и снижения инерционных нагрузок применяют два карданных шарнира.

В приводе к передним ведущим колесам устанавливают карданную передачу равных угловых скоростей. Такая передача автомобилей ГАЗ-66 и ЗИЛ-131 состоит из вилок 2, 5 (рисунок б), четырех шариков 7 и центрального шарика 8. Ведущая вилка 2 представляет собой единое целое с внутренней полуосью, ведомая откована вместе с наружной полуосью, на конце которой закреплена ступица колеса. Ведущий момент от вилки 2 к вилке 5 передается через шарики 7, перемещающиеся по круговым желобам вилок.

Шарик 8 служит для центрирования вилок и удерживается в неизменном положении шпильками 3, 4. Частота вращения вилок 2, 5 одинаковая вследствие симметричности механизма относительно вилок.

Изменение длины вала обеспечивают свободные шлицевые соединения вилок карданных шарниров с валом.

Tags: Карданная передача, Шарниры

Вперед Технико-экономические показатели работы двигателей

Все записи

Назад Работа многоцилиндровых двигателей

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.

📌Неисправности карданных валов

Так как данный механизм находится в постоянном движении, и он испытывает большие нагрузки, то и неисправности с ним встречаются довольно часто. Вот самые распространенные из них.

На валу кардана появилось масло

Необходимо обратить внимание на сальники КПП. Их необходимо периодически менять из-за естественного износа

Эластичные уплотнители со временем теряют свои свойства и между валом и сальником появляются небольшие щели. Если течь появилась в районе скользящей вилки, нужно проверить состояние шлицев. Если на них есть шероховатости, то вилку необходимо заменить.

Удары во время нагрузок на кардан обусловлены люфтом на соединениях. Если свободный ход появился в крестовинах или в подшипнике подвесного крепления, то эти детали меняются на новые. Вибрация может появляться из-за ослабления болтового соединения. В случае частого возникновения такой проблемы, следует проверить, установлен ли между гайкой и креплением гровер. Эта шайба не дает гайке отвинчиваться при постоянной вибрации.

Скрипы при нажатии на педаль акселератора. Необходимо проверить шарниры. Из-за постоянного контакта с влагой и грязью, крестовина может выйти из строя. Если игнорировать скрипы, крестовина заклинит и шарнир сломается.

Самая распространенная неисправность карданного вала – вибрации. Но прежде чем приступать к ремонту механизма, сначала следует проверить ходовую часть. Нарушенная балансировка колес тоже приводит к появлению вибрации на высоких скоростях. Если этот эффект исчезает при переключении да другую передачу, то кардан здесь не при чем. Вот по каким причинам может возникнуть вибрация в кардане:
- неисправность балансировочных колец (коррозия или обрыв);
- разрушение крестовин;
- повреждения центрального или промежуточного вала (деформация трубы приводит к разбалансировке механизма);
- неправильно собранные узлы механизма.
Звон в трубе. За шлицевым соединением внутри трубы есть крышка, которая не дает смазке попадать внутрь вала. Чтобы исправить поломку, трубу разрезают, крышку приваривают на место, затем вал заваривают. Если после процедуры появился звон другого характера (как будто в полости вала находится камень), значит, после сварочных работ в ней осталась большая окалина. К звону может приводить обрыв свинцовой опоры. В этом случае проблема устраняется установкой нового кардана.
Скрежет при включенной передаче. Возникает при контакте с кузовом авто или выхлопной системой.
Звон самого кардана может появляться из-за поломки крепления грязевого отражателя (если он имеется). Он устанавливается на промежуточную опору для защиты подшипника от воды и грязи. Если он болтается, достаточно приварить его сваркой.

Устройство карданного вала и принципы его работы

Карданный механизм стандартного типа может быть представлен в структуре авто двумя элементами:

Передним карданным валом, который зачастую отходит по обе стороны от КПП и каждая его часть взаимодействует с полуосями (колёсами) напрямую;
И задним карданным валом, который либо также соединяется с КПП напрямую, либо отходит непосредственно от передней части механизма через специальный распределитель (средний «кардан»). Задний карданный вал имеет существенное отличие от переднего, а именно – особую структуру, которая предполагает использование тонкостенной трубы, передающей вращение на полуоси посредством соединения с отмеченными ранее узлами. В случае с использованием переднего «кардана» подобный подход не требуется, так как приводные механизмы соединяются с колёсами напрямую.

Передний карданный вал

Задний карданный вал

Если с задним карданным валом всё предельно просто – он состоит из тонкостенной трубы, шарниров и соединителем с КПП, то вот с передним «карданом» ситуация обстоит слегка иначе. Данная часть механизма в типовом варианте имеет следующие конструкционные элементы:

подвесной подшипник (реже и другие распределители крутящего момента);
двойной шарнир, необходимый для передачи вращения полуосям;
одной или нескольких скользящих вилок, распределяющих вращение между полуосями или осями после его получения от КПП;
промежуточные уплотнители и защитные составляющие (сальники, прокладки и т.п.);
крепежи деталей.

Рассматривая принцип работы любой части карданного вала максимально просто, стоит выделить три базовых этапа его работы:

Тонкостенная труба или скользящая вилка, соединенные с источником вращения (КПП) с одной стороны, получают от него это самое вращение;
Соединяясь с другой стороны с полуосями, данные элементы передают кручение непосредственно на колёса;
В процессе реализации двух предыдущих этапов возможно грамотное распределение крутящего момента между осями посредством использования некоторых подшипников, шарниров и подобных элементов устройства. Помимо этого, упомянутые шарниры в конструкции карданного вала используются для передачи вращения под углом. Наибольший эффект и КПД от подобного передачи вращения достигается в угловом диапазоне 0-20 градусов. Конечно, большинство «карданов» могут передавать вращение и при большем повороте колёс, но в этом плане они в любом случае будут уступать гранатам переднеприводных авто.

В зависимости от того, насколько грамотней, умней «кардан» распределяет вращение между полуосями, определяется сложность его конструкции. Тут действует крайне простой принцип – чем более сложные функции выполняет данный механизм, тем больших размеров, веса он будет. Отметим, что большинство карданных валов делают из высококачественной стали. Подобный подход позволяет не только добиться максимальной крепости узла, но и относительно небольших габаритов и массы, в отличие случая с использованием сплавов или замены стали на иные металлы.

Что такое карданный вал

Карданный вал (кардан) состоит из трубы и двух шарниров, которые позволяют изменять угол вращения от 0 до 30 градусов. Основа шарнира – крестовина, изготовленный из круглого прута стальной крест, на котором надеты колпачки игольчатых подшипников. Крестовину с подшипниками вставляют в две вилки, расположенные относительно друг друга под углом 90 градусов. Все конструкция образует шарнир неравных угловых скоростей. С помощью одного кардана получается эффективно компенсировать несоосность при угле отклонения шарниров не более 20 градусов. Отклонение на больший угол приводит к увеличению потери мощности.

На большинстве легковых автомобилей карданный вал изготовлен из двух карданов, один из которых зафиксирован опорным подшипником. Это необходимо для снижения потерь мощности и снижения вибраций. Чем длинней труба кардана и выше скорость ее вращения, тем более сильные вибрации она производит. На грузовых автомобилях скорость вращения кардана заметно меньше, да и влияние вибраций из-за массы самого автомобиля ощущается слабей, чем на легковых машинах. Поэтому наибольшее распространение получили следующие схемы карданного вала:

Легковые автомобили: