Как выглядит карданный вал

Карда́нная переда́ча (разговорное — «кардан») — механизм, передающий крутящий момент между валами, пересекающимися в центре карданной передачи и имеющими возможность взаимного углового перемещения. Широко используется в различных областях человеческой деятельности, когда трудно обеспечить способность вращающихся элементов. Подобные функции может выполнять также зубчатая муфта.

Содержание

Общее описание [ править | править код ]

Название передача получила от имени Джероламо Кардано, который описал её в XVI в. (но не изобретал).

Карданная передача имеет существенный недостаток — несинхронность вращения валов (если один вал вращается равномерно, то другой — нет), увеличивающуюся при увеличении угла между валами. Это исключает возможность применения карданной передачи во многих устройствах, например, в трансмиссии переднеприводных автомобилей (где главная проблема — в передаче крутящего момента на поворотные колеса). Отчасти этот недостаток может быть скомпенсирован использованием на одном валу парных шарниров, у которых вилки промежуточного вала находятся в одной плоскости. Однако там, где требуется синхронность, как правило, используется не карданная передача, а шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) — более совершенная, однако и более сложная конструкция того же назначения.

Карданные валы должны быть очень точно отбалансированы и иметь тщательную развесовку, поскольку они вращаются на высоких скоростях и реализуют крутящий момент на колесах. Если в работе приводного вала наблюдаются какие-либо проблемы, то это влияет на управляемость автомобиля. Обычно они вызывают появление таких симптомов, которые однозначно указывают водителю на необходимость устранения неисправности приводного вала. Одним из первых симптомов выхода приводного вала из строя являются вибрации в нижней части автомобиля. При износе карданного шарнира или втулок может наблюдаться сильная вибрация приводного вала. Другим признаком неисправности приводного вала является наличие посторонних шумов. При износе или разрушении втулок, опорного подшипника или карданных шарниров вращение приводного вала может быть затруднено или нарушено. При этом могут наблюдаться посторонние шумы (лязг, грохот или скрежет) в нижней части автомобиля. При появлении подобных шумов необходимо как можно скорее произвести диагностику и ремонт карданного вала. [1]

Карданный переходник [ править | править код ]

Насадка для торцовых гаечных ключей, особенность которой в том, что оси условной крестовины её карданного шарнира перекрещиваются, но не пересекаются. Это техническое решение применено для простоты и надёжности, а присущее ему увеличение несинхронности угловых перемещений соединяемых инструментов здесь не имеет особой негативной роли, ввиду крайне низких скоростей вращения и особенностей моторики движений рук человека. Карданный переходник подобной конструкции не является двойной крестовиной.

Карданный вал [ править | править код ]

Элемент трансмиссии транспортных средств. По крайней мере один конец карданного вала связан через карданную передачу с другим элементом трансмиссии, а сам вал состоит из двух полувалов, соединённых друг с другом через зубчатую муфту, допускающую осевую подвижность одного вала относительно другого. Каноническое предназначение карданных валов — осуществлять передачу мощности от коробки передач до главной передачи задней оси на переднемоторных заднеприводных автомобилях. Фактически они могут применяться везде, где требуется передача мощности между двумя элементами трансмиссии, у которых либо не соосны оси вращающихся соединяемых деталей, либо возможна их некоторая взаимная подвижность в пространстве. Для аналогичных целей могут применяться валы и без карданных шарниров и муфт (например, со ШРУСами). Валы с карданными передачами могут применяться в приводах колёс и в травмобезопасных или регулируемых рулевых колонках, но такие валы в речевом обиходе обычно карданными не называются. Зачастую в карданных шарнирах трансмиссионных карданных валов используется не одиночная, а двойная крестовина.

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

Устройство и принцип работы

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 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:

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.

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.

Подпишись на наш канал в Я ндекс.Дзене

Еще больше полезных советов в удобном формате

Из истории кардана

Если помните, то машина, на которой ездили персонажи фильма, была ВАЗ 2103 – с задним приводом. Карданный вал, о котором говорит герой-любовник, это узел трансмиссии «тройки», который также устанавливался на автомобили с полным приводом. Для переднеприводных машин такой узел трансмиссии не нужен – крутящий момент от двигателя на переднюю ось передается через главную передачу и дифференциал, которые находятся в картере коробки передач.

Задне- и полноприводные автомобиль без карданного вала обойтись не могут: с его помощью крутящий момент от коробки передач или раздатки (для полноприводников) к редукторам переднего и заднего моста. Впервые принцип работы этого механизма описал итальянец Джироламо Кардано, по имени которого и был назван вал. В автомобилестроении кардан начали применять в конце 19-го века. К примеру, одним из пионеров в установке карданного вала на автомобиль стал основатель одноименной французской компании Луи Рено. На его машинах кардан зарекомендовал себя с самой лучшей стороны: благодаря внедрению в трансмиссию этого узла инженерам удалось решить важную проблему – без провалов передавать крутящий момент от КПП к заднему мосту во время движения по неровной дороге, обеспечивая, тем самым, плавность хода. С тех пор карданный вал эволюционировал незначительно – механизм передачи крутящего момента остался прежним, а вот конструкция узла усовершенствовалась в зависимости от того, на какой конкретной модели автомобиля он устанавливался.

Что такое карданный вал в и какую функцию он выполняет?

Трансмиссия автомобиля выполняет важную функцию — передает вращение коленвала на колеса. Основные элементы трансмиссии: сцепление — о нем мы рассказывали на Vodi.su, оно соединяет и разъединяет коробку передач и маховик коленчатого вала; коробка передач — позволяет трансформировать однородное вращение коленвала в определенный режим езды; кардан или карданная передача — применяется на автомобилях с задним или полным приводом, служит для передачи момента движения на ведущую ось; дифференциал — распределяет момент движения между ведущими колесами; редуктор — для повышения или понижения крутящего момента, обеспечивает постоянную угловую скорость. Если мы возьмем обыкновенную механическую коробку передач, то увидим в ее составе три вала: первичный или ведущий — соединяет КПП с маховиком через сцепление; вторичный — жестко связан с карданом, именно он предназначен для передачи момента вращения на кардан, а от него уже на ведущие колеса; промежуточный — передает вращение от первичного вала вторичному.

Предназначение карданной передачи

Любой водитель, который ездил на заднеприводном или полноприводном автомобиле, а уж тем более на ГАЗоне или ЗИЛ-130, видел карданный вал — длинную полую трубу, состоящую из двух сегментов — более длинного и короткого, между собой они соединены промежуточной опорой и крестовиной, образующими шарнир. В передней и задней части кардана можно увидеть фланцы для жесткого соединения с задним мостом и вторичным валом, выходящим из коробки передач. Основная задача кардана состоит не только в передаче вращения от КПП на редуктор заднего моста, но и в том, чтобы эта работа передавалась при переменной соосности сочлененных агрегатов, или, говоря простым членораздельным языком, — обеспечивается жесткая связка ведущих колес со вторичным валом коробки перемены передач, при этом не препятствуя независимому перемещению колес и подвески относительно кузова. Также устройство автомобиля таково, особенно если речь идет о грузовиках, что коробка расположена выше по отношению к поверхности, чем редуктор заднего моста. Соответственно, передать момент движения нужно под определенным углом, а благодаря шарнирному устройству кардана это вполне возможно. Более того, в процессе езды рама автомобиля может незначительно деформироваться — буквально на миллиметры, но устройство кардана позволяет не учитывать эти мелкие изменения.

СНЯТИЕ И УСТАНОВКА КАРДАННОГО ВАЛА

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.

ПРОВЕРКА СОСТОЯНИЯ КАРДАННОГО ВАЛА

Проверку состояния кардана проводят, если появилась вибрация при движении на высокой скорости, гул, шум, стуки, которых раньше не было. Для проверки карданного вала необходим подъемник, эстакада или смотровая яма. Если проверка проводится на яме или эстакаде, необходимо поднять заднюю (если проверяете передний карданный вал, то переднюю) сторону автомобиля так, чтобы колеса свободно вращались. О том, как безопасно поднимать автомобиль, читайте в статье (Замена и восстановление амортизаторов).

Проверка проводится в несколько этапов:

Проверка затяжки соединительных элементов (крепление эластичной муфты, фланцевого соединения и подвесного подшипника). Все соединения должны состоять из болта, гроверной шайбы и гайки. Если где-то нет гроверной шайбы, то велика вероятность, что под действием вибрации гайка открутится и болт выпадет. Момент затяжки должен соответствовать указанному в инструкции по эксплуатации.
Проверка состояния эластичной муфты. Для этого необходимо медленно крутить карданный вал и внимательно осматривать состояние муфты. При обнаружении разрывов, трещин и других повреждений муфту необходимо заменить.
Проверка состояния шлицевого соединения. Чтобы проверить соединение, одной рукой держите вал, другой пытайтесь вращать эластичную муфту в разные стороны. При обнаружении даже незначительного люфта, кардан и соединение необходимо заменить.
Проверка шарниров. Вставьте между вилками шарнира мощную отвертку и покачайте. Если обнаружили люфт, замените крестовины.
Проверка состояния подвесного подшипника. Чтобы проверить подшипник, одной рукой обхватите вал до него, другой после и подергайте в разные стороны. Если обнаружили хотя бы небольшой люфт, замените крестовины.
Если все это не помогло, необходимо проверить балансировку с помощью специального стенда. Для проведения этой операции обратитесь в крупный автосервис, в котором есть соответствующее оборудование.

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.

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей

Данный тип передачи широко используется в автомобилях с передним приводом. При помощи неё соединяется дифференциал и ступица ведущего колеса. Передача имеет два шарнира – внутренний и внешний, соединенных валом. ШРУСы часто применяются и в автомобилях с задним приводом, в полноприводных авто. Дело в том, что шарниры равных угловых скоростей более современны и практичны, к тому же, уровень шума от них значительно ниже, чем от ШНУС.
Самым распространенным из существующих является шарнир равных угловых скоростей шарикового типа. ШРУС передает крутящий момент от ведущего до ведомого вала. Угловая скорость передачи крутящего момента постоянная. Она не зависит от угла наклона валов. ШРУС, или как его называют в народе «граната» представляет из себя сферический корпус, в котором расположена обойма. Между ними вращаются шарики.

Они движутся по специальным канавкам. В результате, крутящий момент равномерно передается от ведущего вала к ведомому при условиях изменения угла. Сепаратор удерживает шарики в нужном положении. «Граната» защищается от воздействия внешней среды «пыльником» — защитным кожухом. Обязательным условием долгого срока службы ШРУСов является наличие в них смазки. А наличие смазки, в свою очередь, обеспечивается герметичностью самого шарнира. Отдельно стоит сказать о безопасности ШРУСов. Если в «гранате» слышится треск или шум, то её незамедлительно нужно менять. Эксплуатация автомобиля с неисправным ШРУСом предельно опасна. Попросту говоря, может отвалиться колесо. Причиной же, по которой карданный вал приходит в негодность, чаще всего является неправильный выбор скорости и плохое дорожное покрытие.

Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей

Данный тип передачи можно обнаружить на автомобилях с задним приводом или полноприводных авто. Устройство такой передачи следующее: на карданных валах расположены шарниры неравных угловых скоростей. На концах передачи имеются соединительные элементы. По необходимости используется соединительная опора. Шарнир объединяет пару вилок, крестовину и фиксирующие устройства. В проушинах вилок установлены игольчатые подшипники, в которых вращается крестовина.

Копипаста: На тщательно обработанных пальцах крестовины 3 установлены стальные стаканы 13 с игольчатыми подшипниками 12. Иглы подшипника с внутреннего конца опираются на опорную шайбу 11. Стакан уплотнен на крестовине резиновым сальником 10, установленным в металлическом корпусе 9, который надет на крестовину. Крестовина со стаканами закреплена в ушках вилок 2 и 4 стопорными кольцами или пластинками 6 с винтами. Подшипники крестовины смазываются через центральную масленку 7, от которой масло к подшипникам подходит по каналам в крестовине. Для устранения излишнего давления масла в крестовину завернут на резьбе корпус с предохранительным клапаном 8. Подшипники нельзя отремонтировать или обслужить. Масло в них заливается при установке. Особенностью шарнира является то, что он передает неравный крутящий момент. Дополнительный вал периодически обгоняет и отстает от основного вала.

Для компенсации этого недостатка в передаче используется несколько шарниров. Вилки противоположных шарниров располагают в одной плоскости. В зависимости от того, на какое расстояние необходимо передать крутящий момент, в карданной передача используют один или два вала. При числе валов, равном двух, один из них называется промежуточным, второй — задним. Для фиксации валов устанавливается промежуточная опора, крепящаяся к кузову авто. С другими элементами автомобиля карданная передача соединяется при помощи фланцев, муфт и других соединительных элементов.
Можно с уверенностью говорить, что шарниры неравных угловых скоростей имеют малую надежность и относительно небольшой срок службы. В современных условиях используют карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей.