Кардан: устройство, принцип работы, классификация

Сегодня без карданного вала не сможет обойтись ни одна конструкция полноприводного или заднеприводного автомобиля. Он выполняет простую, но очень значимую задачу – передает крутящий момент от раздаточной коробки или коробки передач на передние или задние колеса.

Кардан был придуман и сконструирован еще в XVI веке, но применять его начали только после масштабного производства новых автомобилей. Стоит отметить, что пионером в испытании и внедрении, стал французский автомобильный концерт Renault.

 

Карданный вал, он же кардан — является составной частью трансмиссии многих автомобилей. Передаёт крутящий момент от коробки передач или раздаточной коробки к редукторам переднего или заднего моста. Устройство карданного вала чрезвычайно просто, за более, чем сто лет его конструкция практически не изменилась. Без карданной передачи не обходится ни одна система полного привода

 

Что такое карданный вал и для чего он нужен?

Карданный вал (КВ) – это механическое устройство, передающее крутящий момент от раздаточной коробки или коробки передач на ведущие оси автомобиля. По сути, без этого полезного устройства, невозможно было бы создать полноприводный автомобиль.

Расположения карданных валов

Как было указано выше, впервые кардан применили на автомобилях марки Рено. Создателем транспортных средств являлся конструктор по имени Луи Рено. После установки передачи, получилось решить ряд важных задач:

1. Мягкая передача крутящего момента – изначально, механическое устройство позволило без проблем обеспечить передачу крутящего момента от коробки к задним колесам, при перемене углов между валами. На тот момент это было очень важное открытие, так как на неровной дороге, автомобиль подвергался сильнейшим вибрациям.
2. Плавность хода – первые машины не отличались плавностью хода, особенно по ухабам и неровностям. Мягкая передача крутящего момента, позволил максимально эффективно передавать тягу к заднему мосту, обеспечивая тем самым плавное движение.

Хотя с момента первых конструкций прошло много времени, сам механизм сильно изменился, его главные задачи не поменялись. Спустя почти столетие, механизм кардана усовершенствовали, и сегодня он зависит не только от типа авто, но и его предназначения.

Карданный вал (КВ) применяется не только при конструировании ходовой части авто. Конструкция настолько универсальная, что может применяться в различных сферах деятельности человека. Например, при конструировании рулевого привода с регулировкой.

Банальным примером конструкции является головка ручного инструмента, которая может поворачиваться под углом и позволяет крутить гайки и болты в труднодоступных местах. Любая механическая конструкция, где нужно передать крутящий момент под определенными углами, использует кардан, как наиболее удобное средство.

Устройство и принцип работы карданной передачи

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

1. Центральная труба – или на техническом языке «центральный вал». Это конструкция полой трубы из крепкого металлического сплава.
2. 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.
3. 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.
4. 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.

Классификация карданов

В конструкции современных авто используется несколько видов карданных валов. Они могут отличаться не только от производителя, но и типа автомобиля. На некоторых одинаковых моделях могут устанавливать разные типы передач.

Читайте также:  Что такое масляный насос, какие они бывают?

В зависимости от конструкции карданные передачи могут быть:

1. Одновальные – более мощный тип, часто устанавливают на полноприводные или заднеприводные автомобили. Такой механизм позволяет максимально быстро передать крутящий момент на колеса.
2. Многовальные — это более сложный, но хрупкий механизм, который присутствует на большинстве легковых переднеприводных авто. Дополнительно к основному валу, добавляется промежуточный (где и нужен подшипник).

Работа многовальной карданной передачи

По количеству опор валов бывают следующие виды:

1. Двухопорные – не имеют подвесного подшипника, крепится на грузовые автомобили или полноприводные транспортные средства.
2. Трехопорные – имеют один подшипник, который соединяет промежуточный вал и основной. Применяется для большинства автомобилей.
3. Четырехопорные – имеют несколько промежуточных валов, соединенных двумя подшипниками. Редкая разновидность, устанавливается на некоторых джипах марки Lexus и Chrysler.

По особенностям конструкции можно выделить следующие модели:

1. С шарниром НУС (неравных угловых скоростей) – стандартная схема, устанавливаемая на большинстве авто с задним приводом колес.
2. ШРУС – современная карданная передача, которая сохраняет равность угловых скоростей.
3. Упругие полукарданные шарниры.
4. Жесткие полукарданные шарниры.

На большинство современных переднеприводных авто, устанавливается кардан типа ШРУС. Он более удобен и менее подвержен вибрациям, что имеет важное значение для легковых машин. Однако, такая система и более сложная, она не дешевая в обслуживании и при неправильном уходе может легко сломаться.

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:

1. 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.
2. 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.
3. Течь масла – можно обнаружить небольшие масляные капельки в местах расположение подшипников и сальников.
4. 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.
5. 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.

В редких случаях, когда происходит механическое повреждение основного вала, сильная вибрация может исходить из-за его неправильной геометрии. Некоторые умельцы, рекомендуют вручную исправить геометрию трубы, но это неверное решение, которое может привести к быстрому износу всей конструкции. Лучшим решением будет полная замена поврежденных элементов.

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.

 

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.

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

Стандартный кардан имеет ряд технологических недоработок. К ним можно отнести быстрый механический износ деталей. Это происходит из-за изменения скорости вращения валов по ходу движения автомобиля. В целом, развитие карданных валов с каждым годом более заметно. Уже сегодня начали появляться модификации, которые объединяют в себе обычный вал и ШРУСы. Такие системы, начали устанавливать на дорогие внедорожники, а классические модели уходят потихоньку в прошлое!

Карданный вал: секрет передачи вращения в разных плоскостях

Карданный вал. Ни один автомобиль с задним или полным приводом не может обойтись без этой детали, о которой пойдёт речь в этой статье.

Его ключевая роль — передача энергии вращения от двигателя к колёсам, поэтому от его надёжности во многом зависят ходовые параметры авто.

Карданный вал

Если быть точнее, то сегодня мы рассматриваем механизм, который предназначен для передачи вращения от КПП к редуктору передней или задней оси автомобиля. Такая себе промежуточная, но крайне ответственная деталь трансмиссии.

Какой бывает карданный вал? На самом деле, классификация довольно разнообразна. К примеру, выделить какие-то группы можно в зависимости от его назначения, типа, наличия устройства компенсации.

Классификация по назначению

• основной – непосредственно отвечающий за раскручивание колёс в автомобиле;
• вспомогательный – такие карданные валы приводят в движение различные опциональные механизмы, например лебёдки, насосы.

Типы карданов

• открытый кардан – является самостоятельным и отдельным механизмом в машине;
• закрытый кардан – спрятан от посторонних глаз или интегрирован в какой-либо другой элемент авто.

Разновидности

• универсальные карданы – имеющие возможность компенсировать большие осевые перемещения;
• простые карданы – без каких-либо подобных ухищрений.

Из чего состоит карданный вал?

Хотя, на первый взгляд, карданный вал кажется простым элементом, труба да и труба, но в действительности его устройство немного сложнее. Давайте познакомимся с этим вопросом ближе. Состоит герой нашей сегодняшней статьи из таких элементов:

• подвесной подшипник;
• вилка скользящая;
• крепления;
• сам карданный вал;
• крестовина;
• уплотнители.

Привести все существующие типы карданных валов к какому-нибудь одному знаменателю очень трудно. Дело в том, что эти устройства используются в огромном количестве разнообразной техники и, как следствие могут иметь различное исполнение.

К примеру, карданный вал может быть составлен из нескольких секций, а может быть и односекционный (такое обычно встречается у спорткаров). Во втором случае конструкция элементарна – это просто стальная труба, оба конца которой венчают крестовины карданного вала и наконечники.

Если секций больше одной, то и крестовин также становится больше – они нужны для сопряжения вращающихся под разными углами валов.

Ещё одна важная деталь конструкции — подвесной подшипник карданного вала. Он является опорой для всей конструкции и удерживает её на месте, не мешая вращаться. Подшипник закреплён к кузову машины, и в зависимости от количества секций кардана этих деталей может быть несколько.

В целом же кардан является достаточно надёжным узлом автомобиля. Его создавали с учётом высоких нагрузок и он, как правило, отлично справляется со своей задачей. К недостаткам этого узла относят достаточно большой вес и габариты, помимо этого в заднеприводных и полноприводных авто из-за своего расположения под днищем он «съедает» часть полезного пространства салона.

 

Способы устранения конкретных неисправностей

• При ослаблении резьбовых соединений крепления фланцев и соединительной муфты КП необходимо затянуть резьбовые соединении с моментом, указанным в техническом руководстве.
• В том случае, когда КВ в шлицевой части имеет сверхдопустимый зазор, необходимо снять вал, заменить разрушенные элементы, либо вал в сборе.
• При сверхдопустимом зазоре в подшипниках крестовины КП необходимо заменить крестовину КВ.
• При изгибе КВ нужно заменить гнутые элементы или вал в сборе.
• При неправильной установке КВ (тогда, когда при установке не соблюдены монтажные метки) переустановите КВ по меткам, нанесенным до разборки.
• В случае, когда нарушен баланс вала, проверьте на стенде его балансировку и при необходимости отреставрируйте.
• При разрушении или износе центрирующей втулки фланца промежуточной муфты или центрирующего кольца вала вторичной коробки переключения передач необходимо заменить разрушенные элементы. При износе втулки промежуточной муфты нужно заменить втулку в сборе с фланцем.
• Если присутствует сверхдопустимый зазор в подвесном подшипнике, нужно разобрать вал, поменять подшипник, а при необходимости заменить промежуточную опору в сборе.
• В случае разрушения подвесной опоры КВ замените её.
• При ослаблении резьбового соединения поперечной опоры закрепите её к кузову автомобиля.
• Если присутствует сверхдопустимый зазор в игольчатых подшипниках крестовины, снимите вал, замените разрушенную крестовину.
• В том случае, когда ослабла соединительная гайка вилки КП, затяните её.
• Тогда, когда нет смазки в шлицах вала, то нужно добавить смазку Фиол-2У в шлицевое соединение. Очень важно шприцевать все точки при прохождении 10000 км пробега или шести месяцев эксплуатации автомобиля, смотря, что наступит раньше, также необходимо смазать КВ. Также необходимо это выполнить после эксплуатации автомобиля в особо тяжелых условиях.
• Если разрушено сальниковое уплотнение шлицевой части вала, необходимо поменять сальник.
• При повреждении сальникового уплотнения подшипников крестовин КП замените крестовины.

При появлении хруста, скрежета или еще хуже вибрации исходящей от карданного вала – в строчном порядке установить автомобиль на смотровую площадку или отдать машину специалистам для осмотра карданной передачи и устранения дефекта, это сэкономит деньги и предотвратит появление более серьезной поломки.