С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Устройство карданного вала

Устройство карданного вала


Как устроен карданный вал. Замена своими руками

Ищем двух авторов для нашего сайта, которые ОЧЕНЬ хорошо разбираются в устройстве современных автомобилей.Обращаться на почту [email protected].

Карданный вал – это альтернатива шарнирному ведущему валу, используемая на некоторых заднеприводных и полноприводных автомобилях. Данный элемент трансмиссии представляет собой механизм, который посредством соединения с коробкой переключения передач передаёт вращательный момент на ведущие колёса автомобиля. По сути, этот вид передачи крутящего момента является отчасти устаревшим, однако всё же до сих пор применяется на ряде транспортных средств, например – на внедорожниках известной многим марки «УАЗ». Более подробно о принципах работы, устройстве и основных неполадках карданного вала поговорим в приведённой ниже статье.

Устройство карданного вала и принципы его работы

Выше было отмечено, что карданный вал – это распределитель крутящего момента между осями и полуосями некоторых автомобилей. До появления шарниров равных угловых скоростей (иначе – гранат) «кардан» являлся одним из самых востребованных элементов трансмиссии всех без исключения транспортных средств. Однако в силу конструкционных особенностей переднеприводных автомобилей карданный вал был вытеснен из их структуры, а на замену ему пришли ранее упомянутые гранаты. Несмотря на это, в конструкции многих заднеприводных и полноприводных машин «кардан» используется и сегодня.

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.

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:

  1. Тонкостенная труба или скользящая вилка, соединенные с источником вращения (КПП) с одной стороны, получают от него это самое вращение;
  2. Соединяясь с другой стороны с полуосями, данные элементы передают кручение непосредственно на колёса;
  3. 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.

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.

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.

Пару слов о ремонте карданного механизма

Ремонт карданных валов – процедура отнюдь несложная, однако для её реализации иногда может потребоваться наличие специфичных инструментов. Связано это с тем, что габариты механизма далеко не всегда малы. В любом случае, при должном желании и наличии некоторых навыков отремонтировать «кардан» в условиях гаража возможно.

Процедура ремонта карданного механизма состоит из следующих этапов:

  1. Во-первых, определяем точную причину поломки путём детального осмотра узла в смотровой яме или на подъёмнике;
  2. После этого, уже заведомо зная о том, что необходимо менять, требуется подготовить инструмент и детали для замены. Чаще всего проводятся такие процедуры как:
    • выправление элементов «кардана»;
    • замена износившихся деталей;
    • замена расходников.

    В процессе подбора новых деталей важно учитывать общие размеры вашего механизма, особенно длину крутящих вилок, так как при работе валов она меняется больше всего. Узнать габариты можно по специальной технической литературе. Для примера, давайте обратим внимание на размеры «кардана» некоторых моделей УАЗ:

  3. Подготовив нужный инструментарий, остаётся устранить поломку. К счастью многих автомобилистов, конструкция карданного вала довольно-таки примитивна, вследствие чего провести сборку-разборку данного механизма очень просто.

В целом, особых сложностей в понимании общей сущности карданных валов нет. Несмотря на простоту устройства и приемлемую надёжность, подобные механизмы имеют большие габариты и немалую массу, что и сказывается на их незначительном серийном использовании. В любом случае, «карданы» использовались ранее и используются до сих пор, поэтому знать об их устройстве и принципах работы будет не лишним каждому автомобилисту. Надеемся, представленный выше материал помог вам разобраться с этим. Удачи на дорогах и в обслуживании авто!

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Не забудьте поделиться этой страницей с друзьямиИ подписаться на нашу группу

Карданная передача — назначение, устройство и принцип работы

Карданный вал — приспособление для передачи крутящего момента от коробки передач или раздаточной коробки к задним колесам.

Широко применяется на автомобилях заднеприводной и полноприводной компоновки с начала двадцатого века по настоящее время. Впервые устройство карданной передачи было описано еще в 16-м веке, однако создание устройства на практике произошло значительно позже.

Устройство карданного вала

Схема карданной передачи включает в себя следующие элементы:

  • Одна или несколько секций из тонкостенной полой трубы;
  • Шлицевое раздвижное соединение;
  • Вилки;
  • Крестовина;
  • Подвесной подшипник;
  • Элементы крепления;
  • Задний подвижный фланец.

Сам агрегат может быть одновальным или двухвальным. Во втором случае механизм включает в себя промежуточный карданный вал, к заднему отделу которого приваривается хвостовик с наружными шлицами, к переднему через шарнир фиксируется скользящая втулка. Одновальные системы промежуточного участка не имеют.

В передней части автомобиля агрегат фиксируется в коробке передач с помощью подвижного шлицевого соединения (подвижная муфта передней части карданного вала). Для этого на конце механизма имеется отверстие с внутренними шлицами. Устройство карданного вала подразумевает возможность продольного смещения шлицов при движении автомобиля.

Далее устанавливается подвесной подшипник карданного вала, который через кронштейн крепится к кузову. Это служит дополнительным креплением агрегата, исключающим его излишнее смещение при езде.

Далее следует вилка карданного вала, которая располагается между передней и средней его частью. Здесь установлена крестовина, на которой имеются игольчатые подшипники. Наличие вилок и крестовины позволяет передавать крутящий момент при различных углах изгиба «кардана».

В задней части передача крепится к редуктору заднего моста посредством фланца. При этом хвостовик, оснащенный внешними шлицами, входит во фланец привода главной передачи.

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.

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.

Типы карданной передачи

В современном автомобилестроении могут применяться следующие типы карданных передач:

  • Оснащенные шарниром неравных угловых скоростей (классическая карданная передача автомобиля);
  • Оснащенные ШРУС (шарнирами равных угловых скоростей);
  • Оснащенные полукарданными упругими шарнирами;
  • Оснащенные жесткими полукарданными шарнирами.

Система с шарниром НУС считается классической. Здесь присутствуют вилки, крестовина, игольчатые подшипники. Применяется на большинстве заднеприводных автомобилей.

На современных внедорожниках чаще используется система, оборудованная ШРУСами. Такие устройства обеспечивают более комфортные условия езды, практически полностью устраняя вибрации.

Упругие шарниры представляют собой резиновую муфту, способную передавать момент при изгибах не более 8°. Резина достаточно мягкая, поэтому вал, имеющий подобное строение, обеспечивает плавное начало движения и отсутствие резких динамических нагрузок. Кроме того, гибкие соединения не требуют технического обслуживания. Жесткий полукарданный шарнир имеет сложное техническое устройство и передает момент за счет зазоров в шлицевом соединении. В силу сложности изготовления, технических недостатков и быстрого износа в автомобилестроении не применяется.

Частые неисправности и их устранение

Все неисправности можно разделить по возникающим признакам поломки:

  1. Вибрация при движении — износились подшипники крестовины или скользящая втулка, нарушилась балансировка вала;
  2. Стуки при трогании — износились шлицы скользящего соединения, ослабли болты крепления;
  3. Вытекание масла из подшипников — износ сальников.

Для устранения вышеописанных неполадок «карданы» демонтируют и дефектуют, неисправные детали заменяют. При наличии дисбаланса требуется балансировка вала в динамических условиях.

Обязательно почитайте

Замена крестовины карданного вала

Перспективы развития системы карданной передачи

Классический ШНУС имеет некоторые технологические недостатки. Скорость вращения его валов изменяется в процессе движения. При этом ведомый вал может ускоряться и замедляться при стабильной скорости ведущего вала. Это приводит к ускоренному износу механизма, а также создает лишнюю нагрузку на задний мост. Также работа шарнира сопровождается вибрацией. Назначение карданной передачи может выполнять вал, оборудованный ШРУСами (передним и задним). Подобные системы уже сегодня применяются на некоторых внедорожниках. Также ШРУСом может быть оборудована карданная передача автомобиля ВАЗ-2107 и другой «классики». В продаже имеются ремонтные комплекты.

Использование шарнира равных угловых скоростей позволяет ликвидировать недостатки, свойственные классической крестовине. Скорость вращения вала выравнивается, исчезает вибрация, КВ не требует балансировки после ремонта, до 17° увеличивается угол передачи крутящего момента.

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.

Устройство карданной передачи автомобиля

Содержание

  • Виды
  • Карданная передача
  • Конструкция
  • Особенности функционирования

Особенность конструкции автомобиля заключается в том, что основные составные узлы, которые приводят его в движение – имеют раздельное расположение, и передача крутящего момента от силовой установки до ведущих колес осуществляется посредством приводных валов.

Количество, длина и устройство этих валов напрямую зависят от конструктивных особенностей и компоновки авто. Валы не только обеспечивают передачу вращения. Конструктивно разместить соосно связываемые приводом узлы невозможно, поэтому валы привода компенсируют угловые несоответствия положений составляющих частей. И осуществляется это благодаря наличию карданного шарнира в устройстве вала. Он позволяет передавать вращение между несколькими частями вала, располагаемыми под углом между собой.

Виды

На автотранспорте применяется несколько видов этих шарниров:

  1. Равных угловых скоростей
  2. Неравных
  3. Упругий полукарданный

Первый вариант – ШРУСы, используются только на машинах с передачей вращения на передние колеса.

Что касается заднеприводных и полноприводных моделей, то в их конструкции могут устанавливаться одновременно все перечисленные виды. К примеру, на обычных автомобилях с приводом на заднюю ось устанавливается один шарнир неравных угловых скоростей, и один – полукарданный. А вот на кроссоверах со всеми приводными колесами и с поперечным положением мотора есть все виды шарниров – на передке используются ШРУСы, а сзади – два других вида.

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).

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.

Конструкция

Карданный шарнир является самой важной частью вала. В целом, устройство карданной передачи включает в себя:

  • вал и ось узла;
  • две вилки, размещенные на концах вала и оси;
  • крестовина;
  • подшипники (игольчатые);
  • сальники;
  • фиксирующие элементы.

Устройство карданного вала

Вилки располагаются под углом 90 град между собой. Одна из них располагается на валу, а вторая – на оси, которая передает или принимает крутящий момент. С этими осями вилки соединяются при помощи фланцев.

В вилках проделаны проушины, в которые устанавливается крестовина с подшипниками. Фиксирующие элементы предотвращают самовольное разъединение составных частей. В общем, конструкция достаточно проста, что обеспечивает надежность шарнира.

Приводные валы обеспечивают передачу при несоосном положении узлов, но при этом во время движения расстояние между составными элементами, соединенными приводом, может меняться. И этот фактор также предусматривается конструкцией привода. Для этого сам карданный вал изготовлен в виде пустотелой трубы, соединенной с валом вилки при помощи шлицевого соединения.

Устройство игольчатого подшипника крестовины

Обычно карданная передача является необслуживаемой. Для снижения трения в подшипники на стадии изготовления закладывается смазка, вытеканию которой препятствуют имеющиеся сальники. Но также есть и обслуживаемые шарниры. Их особенность заключается в том, что в крестовине проделаны специальные каналы и установлена пресс-масленка. При обслуживании привода смазка пополняется при помощи технического шприца.

Особенности функционирования

Главная особенность, которая является и недостатком этого шарнира, — неравномерная циклическая передача вращения. То есть, из-за имеющегося угла между валами ведомая часть привода переменно то обгоняет, то отстает от ведущей. Из-за этой особенности шарнир и называется «неравных угловых скоростей». Поэтому в переднем приводе валы с таким устройством не используются.

Особенность принципа работы карданной передачи учитывается конструкцией. Чтобы частично компенсировать неравномерную передачу, в устройстве привода используется одновременно два и больше шарнира. Также на легковых авто нередко можно встретить и полукарданный упругий элемент.

Чтобы имеющиеся карданы компенсировали цикличную неравномерную передачу, их еще необходимо правильно разместить относительно друг друга. Для этого шарниры располагают синхронно, а не со смещением между собой. То есть, внутренние вилки, установленные на трубчатом валу, и внешние, соединяемые фланцами с осями узлов, установлены в одной плоскости.

Полукарданный упругий элемент конструктивно очень схож с шарниром неравных угловых скоростей. У него также имеются две вилки, но соединены в единую конструкцию они при помощи эластичной (резиновой) вставки. Бывают конструкции и с фланцевым соединением.

Несмотря на свой недостаток, карданы достаточно широко используются. И способствует этому высокая надежность шарнира и неприхотливость к условиям работы. Это позволяет карданную передачу оставлять открытой, без каких-либо защитных элементов.

В целом, карданная передача может отработать очень длительный срок без какого-либо обслуживания. Выход из строя шарнира может вызвать только попадание внутрь подшипников загрязняющих веществ из-за поврежденных сальников. И то, к поломке это сразу не приведет. Кардан станет негодным для использования только при значительном износе игольчатых тел качения подшипников. Сам шарнир является неремонтируемым и при износе он просто заменяется.

Как устроен карданный вал?

Полно приводная система всегда имеет в наличии этот элемент. Это ведь не промежуточная деталь!

Карданный вал – деталь, которая входит в состав трансмиссии автомобиля, имеющие устройство заднего или полного привода. Этот механизм передаёт вращение к редуктору переднего или заднего моста от коробки передач тем самым карданный вал заслуживает права называть “промежуточное звено-деталь”. Также его можно назвать не иначе, как опора машины!

Карданный вал

Классификация

Ниже будет приведено классификация карданных передач, которые формируют механизм, роль которого – промежуточная.

Классифицировать центральное устройство можно по нескольким признакам:

  • Назначение;
  • Тип;
  • В наличие компенсирующее устройство.

По назначению механизма передачу (она же – опора главного механизма и промежуточное звено) можно классифицировать:

  • Основные – основные работают как опора для механизмов приводов ведущих колёс;
  • Вспомогательные – применяются для механизмов подсобных механизмов, к примеру, лебёдок или насосов, механизмов передач, могут быть промежуточным механизмом, в каком-то устройстве.

Тип кардана зависит от того, какое у него построение и расположения:

  • Закрытая передача – когда он заключен в одном из элементов транспортного средства;
  • Открытая – когда он находится независимо от других частей машины.

Классификация по наличию компенсации, которое имеет устройство:

  • Наличие компенсации. Если в нем предусмотрены варианты компенсирования больших осевых перемещений, то вал называют универсальным;
  • Иначе промежуточный механизм называют простым.

Принципы работы

Карданный вал в своём составе содержит:

  1. Подвесной подшипник карданного вала;
  2. Двойной одноименный шарнир;
  3. Скользящую вилку;
  4. Всевозможные промежуточные уплотнения;
  5. Элементы креплений.

Детали карданного вала

Сам карданный вал может быть из нескольких секций. Так же он является опорой для многих частей машины. Вес его зависит от транспортного средства и его особенностей. Конструкция этой части авто зависит от габаритов. Обычно он составной и основа делается из стальной трубы, для экономии метала и веса, а к ней присоединяются крестовые наконечники. Только маленький кардан может быть сделан цельным и сплошным. Так его промежуточная роль усиливается.

Сплошная деталь – опора для спортивных автомобилей, так как часть веса держится на ней, поэтому ее делают сплошной.

Эта часть машины (его опора) является одна из самых подходящих для ремонта. Сам процесс прост, так же как и снятие механизма с авто. Особенность заключается в том, что-бы заменить двойной карданный шарнир и подвесной подшипник. Это класс детали “промежуточная”.

Выполнение промежуточная передача – функция, которую обеспечивают шарнирные механизмы, на основе крестовин. Позволяют двум валам быть опорой друг другу не прерывая вращения, при том находится под переменным углом. При чем наибольший КПД достигается когда валы опираются на друг друга от 0 до 20 градусов. В этом случае они работают как опора. Если этот показатель превысить, то промежуточная деталь начинает испытывать очень высокие нагрузки. Что ведёт к тому, что опора деталей теряется, разбалансируются вал и вибрирует корпус.

Подвесной подшипник ни что иное, как опора составному валу, удерживая его на месте даже во время вращения. Также это промежуточная часть общего элемента.

Работа карданного вала

Плюсы и минусы использования карданных передач

Описание преимуществ использования такой детали, как двойной карданный шарнир:

  • Устройство способно выдержать огромные нагрузки:

Этот параметр очень важен в транспортном средстве, так как нет иного способа передать вращение в автомобиле большой массы. Как пример, лимузины всегда оснащены задним приводом по этой причине (им нужна опора). Так как это является самым надёжным способом передать вращение. Еще один пример, это вес, вес карданного вала Белаза – 105 кг. А спортивный кардан весит 1.8 кг.

Это свойство помогает не менять узел, а ремонтировать только деталь, что облегчает жизнь всем автовладельцам. Так как замена дорогостоящего узла может быть критичной. Таким образом поддерживая в хорошем состоянии карданный вал и меняя только расходные детали, вы сможете продлить время работы автомобиля.

Недостатки:

Наличие кардана в автомобиле повышает вес, а так же уменьшает габариты салона.

  • Вибрация: наличие дополнительного узла, которое может иметь устройство, увеличивает шум и вибрацию, что ведёт к разрушению деталей.

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости