Устройство карданной передачи автомобиля

Содержание
  1. Преимущества и недостатки
  2. Основные неисправности КВ и их проявление
  3. Повышенный шум и вибрация автомобиля при движении. Причины могут быть следующие:
  4. Вытекание смазки может происходить вследствие:
  5. Изобретение карданного вала и начало его применения на автомобилях
  6. Классификация
  7. Принцип действия КВ
  8. Где еще применяются валы карданного типа
  9. Заключение
  10. Компенсация изменения расстояния от КПП до моста
  11. Обслуживание карданного вала
  12. Снятие и установка карданного вала
  13. Карданная передача
  14. Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей
  15. Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей
  16. Карданная передача с полукарданным упругим шарниром
  17. Карданная передача
  18. Общее устройство трансмиссии
  19. Устройство карданной передачи автомобиля
  20. Карданная передача — механизм, состоящий из одного или нескольких карданных валов и карданных шарниров и предназначенный для передачи крутящего момента между агрегатами, оси которых не совпадают и могут изменять свое положение, называется карданной передачей. Для компенсации изменения расстояния между агрегатами трансмиссии в карданной передаче используют подвижные в осевом направлении шлицевые муфты.
  21. Карданная автомобильная передача с шарнирами из равных угловых скоростей
  22. Нарушение балансировки карданной передачи автомобиля
  23. Возможные неисправности «кардана»

Преимущества и недостатки

Главным преимуществом кардана, является его способность выдерживать предельные нагрузки и передавать крутящий момент. Его конструкция позволяет исключить почти все вибрации автомобиля передвигающегося по неровностям, не говоря уже о хорошей трассе.

Конечно, КВ обладает и рядом минусов. К основным недостаткам можно отнести:

  1. Большая масса –  прибавляет лишние килограммы автомобилю, снижая его скоростные характеристики.
  2. Громоздкость – карданный вал габаритная механическая конструкция, для которой приходится создавать отдельное пространство под днищем транспортного средства, что влияет на клиренс.

Стоит отметить, что первые модификации карданной передачи имели еще один отличительный минус – шум и вибрации. Но сегодня, современные звукоизолирующие материалы, позволяют избавиться от посторонних шумов и небольших вибраций при нормальной работе передачи.

Основные неисправности КВ и их проявление

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:

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

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:

  1. разрушения сальникового уплотнения шлицевой части вала;
  2. повреждения сальникового уплотнения подшипников крестовин КП.
etlib.ru

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

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.

Классификация

Всего существует несколько типов карданных передач. Применяется несколько принципов классификации для определения конкретного устройства.

Если рассматривать виды карданных валов по их назначению, тогда выделяют следующие:

  1. Основные. Они выступают в качестве опоры для привода ведущих автомобильных колёс. То есть отвечают непосредственно за раскрутку колёс в машине.
  2. Вспомогательные. Применяются как элемент подсобного механизма. Их можно встретить в паре с насосами и лебёдками, к примеру. Также могут выступать в роли промежуточной конструкции в различных устройствах.

Также можно разделить карданные передачи на:

  1. Универсальные. Они отличаются способность компенсировать достаточно внушительные осевые перемещения.
  2. Простые. Они лишены каких-либо ухищрений и особенностей. Зато чётко и качественно выполняют возложенные на них обязанности.

Но и это не всё. Есть и другой вариант классификации, который также делить карданные передачи на 2 типа.

  1. Открытый. Это самостоятельный и отдельный механизм в конструкции автотранспортного средства.
  2. Закрытый. Такой кардан спрятан от посторонних взоров, либо же является интегрированным в другой элемент автомобиля.

Отталкиваясь от конструктивных особенностей и назначения, карданные валы можно разделить на односекционные и многосекционные.

Многосекционные преимущественно применяются в обычных легковых и грузовых автотранспортных средствах. В случае с односекционными карданами речь идёт уже о ситуациях, где большую роль играет необходимость быстрого вращения на ведущей оси. Это относится к спортивным автомобилям, которые оснащаются задним или полным приводом.

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.

kardannaya-peredacha-naznachenie-ustroystvo-i-princip-raboty-14.jpg

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.

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.

Поделитесь с друзьями в соц.сетях:

Заключение

Стоит отметить, что чаще всего под карданной передачей понимают, конечно, кардан заднеприводного автомобиля. Что касается карданом со ШРУСами в переднеприводных авто – это, скорее, удачное применение разработки для внедорожников и заднеприводных машин. С этим мнением можно поспорить, но оно широко распространено в массах.

Как уже отмечено выше, такое изобретение, как карданная передача, сложно переоценить. Без него бы удовольствие от управления авто было бы не таким большим. А вероятнее, современные машины без кардной передачи вообще бы не могли передвигаться.

Компенсация изменения расстояния от КПП до моста

Еще одна проблема, которую автопроизводители решают различными способами – изменение расстояния от КПП до моста. Когда автомобиль движется по пересеченной местности, высота моста постоянно меняется, что приводит к изменению расстояния. Если не компенсировать изменение расстояния, то нагрузка на игольчатые подшипники крестовины возрастет, что приведет к сокращению ресурса и росту потерь мощности. На грузовых трехосных автомобилях с этой проблемой справились с помощью особой конструкции заднего моста, снижающей вертикальную подвижность редуктора.

Вместо одновременного движения вверх или вниз обеих сторон моста, он поворачивается таким образом, что одна из сторон поднимается, а другая опускается. С какой стороны движению препятствует кочка или бугор, та и поднимается. С какой стороны яма, та и опускается. На легковых автомобилях для компенсации расстояния используют особую конструкцию вала, состоящего из трубы со шлицевым наконечником и скользящей вилки, которая передвигается по шлицам. Когда расстояние между КПП и мостом увеличивается, вилка сдвигается в сторону моста, компенсируя изменение длины. Когда расстояние уменьшается, вилка сдвигается в сторону КПП.

Шлицевая вилка карданного вала

Обслуживание карданного вала

В большинстве случаев обслуживание сводится к регулярной (каждые 3 – 5 тысяч километров) проверке и замене поврежденных деталей, а также смазке шлицевого соединения. Исключение составляют карданные валы со смазываемыми подшипниками крестовин. Они отличаются от необслуживаемых наличием тавотницы – устройства для закачивания смазки. Такие крестовины смазывают с помощью шприца. Мнения насчет оптимальной смазки расходятся. Несмотря на то, что этот узел на всех автомобилях работает одинаково, не только автомеханики, но даже инструкции по эксплуатации различных автомобилей рекомендуют разную смазку. Наилучшие результаты дают литиевая смазка Castrol Komplexmett и российские ТАД-17 и №158. Эти смазки дают хорошие результаты как на российских, так и на иностранных автомобилях. Шприц для смазки карданного вала продают в большинстве автомагазинов. Если у вас по каким-то причинам не получается смазать кардан на автомобиле, то снимите его и положите на стол. В таком состоянии смазать его гораздо легче.

Смазка крестовин карданного вала

Снятие и установка карданного вала

Откручивание креплений фланцевого соединения

Снятие вала не вызывает трудностей. Необходимо открутить болты и гайки, соединяющие фланцы карданного вала и редуктора моста, отвести фланец кардана от редуктора и опустить вниз. Затем открутить болты крепления эластичной муфты и отвести кардан от КПП. В последнюю очередь открутить болты крепления подвесного подшипника. Установка производится в обратном порядке. 

Карданная передача

Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента между валами, расположенными под углом друг к другу. В автомобиле карданная передача применяется, как правило, в трансмиссии и рулевом управлении.

Посредством карданной передачи могут соединяться следующие элементы трансмиссии:

Основным элементом карданной передачи является карданный шарнир. В зависимости от конструкции шарнира различают следующие типы карданных передач: с шарниром неравных угловых скоростей, с шарниром равных угловых скоростей, с полукарданным упругим шарниром, с полукарданным жестким шарниром.

Карданная передача с полукарданным жестким шарниром на автомобилях не применяется, т.к. не отвечает требованиям надежности и технологичности.

Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей

Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей имеет устоявшееся название – карданная передача, обиходное название – кардан. Данный тип передачи применяется в основном на заднеприводных автомобилях и автомобилях с полным приводом.

Карданная передача включает шарниры неравных угловых скоростей, расположенные на карданных валах. При необходимости используется промежуточная опора. На концах карданной передачи установлены соединительные устройства.

shema_driveline02.jpg

Шарнир неравных угловых скоростей объединяет две вилки, расположенные под углом 90° друг к другу, крестовину и фиксирующие элементы. Крестовина вращается в игольчатых подшипниках, установленных в проушинах вилок. Подшипники необслуживаемые, пластичная смазка закладывается в них при сборке и в процессе эксплуатации не меняется.

Особенностью шарнира неравных угловых скоростей является неравномерная (циклическая) передача крутящего момента, т.е. за один оборот ведомый вал дважды отстает и дважды обгоняет ведущий вал. Для компенсации неравномерности вращения в карданной передаче применяется не менее двух шарниров, по одному с каждой стороны карданного вала. При этом вилки противоположных шарниров располагаются в одной плоскости.

В карданной передаче в зависимости от расстояния, на которое передается крутящий момент, применяется один или два карданных вала. При двухвальной схеме первый вал носит название промежуточного, второй – заднего карданного вала. Место соединения валов фиксируется с помощью промежуточной опоры. Промежуточная опора крепится к кузову (раме) автомобиля. Для компенсации, возникающих в результате работы, изменений длины карданной передачи в одном из валов выполняется шлицевое соединение.

Соединение карданной передачи с другими элементами трансмиссии производится с помощью соединительных элементов: фланцев, муфт и др.

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей нашла широкое применение в переднеприводных автомобилях для соединения дифференциала и ступицы ведущего колеса.

Карданная передача данного типа включает два шарнира равных угловых скоростей, соединенных приводным валом. Ближайший к коробке передач (дифференциалу) шарнир носит название внутреннего, противоположный ему – внешний шарнир.

С целью снижения уровня шума карданная передача с шарниром равных угловых скоростей также применяется в трансмиссиях автомоблей с задним и полным приводом. В данном случае шарнир неравных угловых скоростей уступает более соершенной конструкции ШРУС.

Карданный шарнир равных угловых скоростей обеспечивает передачу крутящего момента от ведущего к ведомому валу с постоянной угловой скорость, независимо от угла наклона валов. Самым распространенным в конструкции трансмиссии переднеприводного автомобиля является шариковый шарнир равных угловых скоростей.

Шарнир равных угловых скоростей (сокращенное название – ШРУС, обиходное название – граната) представляет собой обойму, помещенную в корпус, между которыми движутся шарики.

constant_velocity_joints02.jpg

Корпус имеет внутреннюю сферическую форму. Внутри корпуса располагается обойма. В корпусе и обойме выполнены канавки, по которым движутся шарики. Такая конструкция обеспечивает равномерную передачу крутящего момента от ведомого вала к ведущему под изменяющимся углом. Сепаратор удерживает шарики в определенном положении. Для защиты шарнира от негативных факторов внешней среды (кислорода, воды, грязи) на ШРУС устанавливается грязезащитный чехол – «пыльник».

При изготовлении в шарнир равных угловых скоростей закладывается смазка, приготовленная на основе дисульфида молибдена.

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.

polukardan02.jpg

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.

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).

kardannaya-peredacha.jpg

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.

Общее устройство трансмиссии

Устройство карданной передачи автомобиля

Карданная передача — механизм, состоящий из одного или нескольких карданных валов и карданных шарниров и предназначенный для передачи крутящего момента между агрегатами, оси которых не совпадают и могут изменять свое положение, называется карданной передачей. Для компенсации изменения расстояния между агрегатами трансмиссии в карданной передаче используют подвижные в осевом направлении шлицевые муфты.

Карданная автомобильная передача с шарнирами из равных угловых скоростей

Кардан автомобиля такого типа часто используется в переднеприводных автомобилях. Его используют, чтобы соединить дифференциал вместе с колесным движителем. Он имеет два одинаковых шарнира, которые соединены с валом, который передает вращательный момент. Близлежащий шарнир около вала называют внутренним, ну а шарнир с противоположной стороны определяют как внешний.

Передний кардан должен обеспечивать низкий уровень шума при работе с любым видом шарниров. Такой тип шарнира можно использовать и для автомобилей с задним приводом. Шарнир равных угловых скоростей можно называть просто ШРУС выглядит как обойма, которая находится в корпусе. В середине обоймы при работе движутся постоянно шарики.

Нарушение балансировки карданной передачи автомобиля

Многим автомобилистам приходится познакомься со многими проблемами во время эксплуатации своего автомобиля. Часто они сталкиваются с нарушением работы карданного вала. Данная проблема встречается очень часто и это проблема считается очень опасной, так как из-за нее может произойти авария.

Разбалансировка карданной передачи в автомобиле может привести к быстрому изнашиванию некоторых деталей. Кардан автомобиля нарушает свою работу по многим причинам. Основной причиной считаются вибрации, которые могут проявляться в двигателе во время работы автомобиля. Нарушение равновесия часто кроется в обычном заводском дефекте самого карданного вала. Он может быть испорчен в результате внешнего воздействия.

Возможные неисправности «кардана»

Как стало ясно, «кардан» — устройство относительно простое в своей организации. Несмотря на это, довольно-таки примитивная конструкция сказывается на надёжности узла, которая, честно говоря, могла бы быть и повыше. Так, в отличие от ШРУСов на переднеприводных авто или обгонных муфт, дифференциалов на полноприводных агрегатах, «карданные» машины имеют лишь несколько основных составляющих трансмиссии:

  • Передний карданный вал – вращает передние полуоси;
  • Средний карданный вал – обеспечивает передачу вращения от КПП на все оси и полуоси автомобиля (передний и задние колёса);
  • Задний карданный вал – имеется на полноприводных автомобилях и вращает, соответственно, задние полуоси.

Карданный вал автомобиля

Именно из-за нарушений в синхронности работы основных частей механизма случается большинство поломок «кардана». Помимо этого, сами составные элементы выполняют ряд важнейших и сложных функций, например:

  1. Передают крутящий момент на оси и полуоси;
  2. Поддерживают друг друга в конструкции автомобиля;
  3. Служат опорой для иных частей трансмиссии.

Беря в расчёт еще и немалую массу и габариты механизма, вполне можно констатировать – карданному валу приходится нелегко, поэтому особого удивления его поломки вызывать не должны.

Отметим, что при правильном обслуживании и эксплуатации в надёжности «кардан» ничем не уступает ШРУСам или иным распределителям крутящего момента. Однако зачастую карданные агрегаты эксплуатируются неправильно, поэтому и их поломки случаются нередко. Основные неисправности механизма представлены, так скажем, «золотой тройкой». Если быть точнее, то речь идёт о следующих проблемах:

  • Деформация некоторых частей «кардана», происходящая из-за наезда автомобиля на высокие препятствия или сбоев в его работе;
  • Рассинхронизация переднего, среднего и заднего валов, являющаяся следствием долгой, не обязательно неправильной эксплуатации карданного механизма;
  • Износ составных частей механизма. Чаще всего страдают шарниры, подшипники и сальники «кардана». Дабы не допустить более серьёзных неисправностей из-за износа подобных деталей, крайне важно каждые 60-80 000 километров пробега проверять карданный вал на дефекты и при наличии устранять таковые.

Большинство карданных механизмов имеют довольно-таки внушительный ресурс – 400-500 000 километров пробега. Естественно, добиться полной отдачи от устройства получится лишь в том случае, если соблюдать правила его обслуживания и эксплуатации.

Погнутый карданный вал

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...