карданный шарнир что это такое

Типы и принцип работы карданных передач

Карданная передача – составной элемент автомобиля, который передает крутящий момент между валами, располагающимися под определенным углом относительно друг друга. Без карданной передачи того или иного типа сложно представить современный автомобиль. Карданная передача используется, обычно, в трансмиссии и в рулевом управлении. Название получено от имени Д. Кардано, который описал устройство в 16 веке. Впрочем, ученый только описал устройство кардана, но причислять его к изобретателям карданной передачи нельзя. Воплотили в жизнь описанное гораздо позже, через несколько веков. А имя Кардано теперь увековечено в веках.

При помощи карданной передачи соединяются следующие элементы:

Главным элементом карданной передачи нужно назвать карданный шарнир. Он бывает различных модификаций:

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.

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.

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 полукарданным упругим шарниром

Упругий полукарданный шарнир способствует передаче крутящего момента между валами, расположенными под небольшим углом. Происходит это, благодаря деформации упругого звена.

1 — гайка; 2 — ведомый вал коробки передач; 3 — шайба стопорная; 4 — болт (3 шт.); 5, 6 — фланцы муфты; 7 — обойма; 8 — карданный вал; 9 — сальник; 10 — стопорное кольцо; 11 — центрирующее кольцо; 12 — уплотнитель

В качестве примера можно привести упругую муфту Гуибо. Это шестигранный сжатый упругий элемент. К нему крепятся фланцы ведущего и ведомого валов и передается крутящий момент.

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.

Источник

Карданный вал, шарнир или передача — как правильно?

Почему карданный вал нельзя называть муфтой кардана

Количество ошибок в названии этого технического решения настолько велико, что трудно понять, как на самом деле правильно называть это соединение. В обиходе все называют его «кардан», не менее редко можно услышать «карданный вал», но технически более верно карданную передачу, или шарнир Гука, все же называть карданным шарниром… Или не так? Давайте разберемся в нашем небольшом рассуждении о природе и применении терминологии.

Из чего состоит карданный вал

Следует отметить, что разговорный термин «карданный вал» можно считать правильным, хотя название не тождественно «муфте карданного вала», поскольку последняя является лишь частью общей конструкции, представляя собой резиновую деталь для предотвращения рывков и ударных нагрузок при вращении вала.

Карданный же вал – это многосоставная деталь, состоящая как минимум из нескольких (чаще всего двух) карданных муфт, соединяющих трансмиссию – двигатель с задним мостом, передний мост с раздаточной коробкой или, к примеру, мотоциклетную коробку передач с задним колесом мотоцикла. Вообще, передача при помощи полой металлической трубы, крестовины и еще порядка 15 деталей, включая манжеты, подшипники и так далее, используется на многих средствах передвижения, и не только на них. Техническое решение незаменимое, распространенное, очень полезное и часто встречающееся.

Схематично карданная передача выглядит следующим образом:

Но тогда остается неясным, почему нет единого определения привычной вещи. Как так получается? И как все же грамотно называть кардан?

С точки зрения техники

Несмотря на то что ранее мы пояснили, что карданный вал – это не карданная муфта (в обиходе так говорить абсолютно безграмотно, и это только запутает собеседника), с технической же точки зрения это именно так. Если брать во внимание правильное определение кардана по основному принципу его действия и главному элементу, без которого вал без муфты точно не назывался бы карданом, но просто приводом.

Карданный шарнир, крестовина – все это синонимы муфты кардана

Этот шарнир является главным соединительным элементом, объединяющим валы кардана, то есть заднюю и переднюю карданные передачи (промежуточный и главный вал). На длиннобазных автомобилях или при необходимости отклонения части кардана от заданной плоскости это очень важно, поскольку лишь крестовина кардана (муфта), являясь основным элементом подвижного карданного соединения, позволяет передавать вращение между двумя несоосными валами.

Название «карданный вал» происходит от фамилии итальянского математика, инженера, астролога и философа Джироламо Кардано

Поэтому название «карданный вал» имеет столько же общего с «муфтой карданного вала», как кроссовки с маркой Adidas. Да, Adidas производит кроссовки, но не каждая пара спортивной обуви является кроссовками немецкого вещевого бренда.

Карданный вал на велосипеде и планетарная задняя втулка

Так и карданный вал, в который лишь входит муфта карданного вала как одна из деталей.

Более того, нельзя сказать, что карданный вал действительно является валом, – если вы придерживаетесь более точного определения, следует сказать, что это карданная передача. Ну а для графоманов подойдет название карданный шарнир. Оно и технически, и исторически наиболее органично.

Интересный факт: карданный вал в мотоциклах

Интересный факт, но карданы также применяются в мототехнике. Несмотря на то что самым популярным элементом, который используется для передачи мощности от коробки передач на ведущее заднее колесо мотоцикла, является цепь, для более тяжелых мотоциклов, круизеров или туристических байков это вполне распространенный тип привода. Он требует минимального обслуживания по сравнению с цепью и ременной передачей и максимально долговечен, как минимум из-за того, что не контактирует с пылью, водой и грязью, летящей с дороги.

Источник

Важный узел транспортного средства — карданный вал. Что это за деталь? Для чего нужна? Где находился? Читайте в нашей публикации.

Что такое карданный вал

Назначение карданного вала – передача крутящего момента. В автомобилях он устанавливается между коробкой передач и редуктором моста. Для заднеприводных моделей монтируется один вал, в полноприводных – два. Такую же конструкцию используют в системе рулевого управления, для подключения внешних блоков к спецтехнике – тракторам, экскаваторам.

Для спецтехники разрабатывают модели для экстремальных условий – большая механическая нагрузка, минимизация влияния загрязнения.

Функция карданной передачи

В машине кардан нужен для передачи крутящего момента от КПП или раздаточной коробки к редукторам моста. Сложность заключается в том, что оси вращения коробки и моста находятся в разных плоскостях. Поэтому кардан установлен не четко в горизонтальной плоскости, а под небольшим углом.

Виды карданных валов

Тип карданной передачи зависит от назначения. Компоновка разрабатывается на стадии проектирования. Выбор, зачем нужен карданный вал конкретной конструкции определяется техническими характеристиками автомобиля. В некоторых случаях необходим монтаж многовального механизма с несколькими шарнирами.

Асинхронные

Асинхронная схема применяется во многих автомобилях с задним или полным приводом. Особенность – в процессе движения формируются неравные угловые скорости. Это происходит из-за соединения двух вилок с помощью крестовины под прямым углом. Второстепенный вал 2 раза отстает и 2 раза обгоняет главный.

Для компенсации устанавливают дополнительные карданные шарниры неравных скоростей. Они монтируются на концах вала. При такой схеме допускается изменение угла между трубами до 20°. Недостаток – из-за усложнения нужно частое обслуживание, ремонт.

Синхронные

Решением проблемы асинхронных моделей стали ШРУСы – шарниры равных угловых скоростей. Они имеют различную конструкцию. На автомобилях Pegout и Renault монтируют «Трипод». В нем передача крутящего момента происходит через 3 сферических ролика. Они скользят в пазах вилки ведомого вала.

Особенность синхронных карданов – возможность работать при углах отклонения до 70°. Происходит снижение вибрации, увеличивается безремонтный срок эксплуатации. Недостатки – есть вероятность повреждения пыльников на бездорожье.

Гибкая и жесткая полукарданная передача

Это одна из разновидностей карданного вала, предназначенная для компенсации угловых поворотов, небольшого изменения расстояния между КПП и задним мостом во время движения. Упругое звено изготавливается из резинотканевого материала или резины. Компенсация изменения угла происходит за счет сжатия или растяжения этого элемента.

Жесткий карданный шарнир устанавливается в автомобилях редко. Причина – низкая степень надежности, повышенный шум во время работы. Конструкция применяется для компенсации дефектов монтажа.

Как проверить состояние карданного вала

Первые признаки появления неисправностей в кардане – шум и повышенная вибрация. Вторичные «симптомы» – протечка масла в месте состыковки вала с КПП, во время переключения передачи возникает стук. Для проверки необходима эстакада или смотровая яма. Нужен свободный доступ ко всем элементам, хорошее освещение.

Важно: можно попытаться сделать балансировку кардана в домашних условиях. Но это не гарантирует полное устранение дефектов.

Демонтаж и установка карданного вала

Определить точное время, когда нужно менять кардан, могут только специалисты. Явные признаки неисправности – значительные механические повреждения, дефекты соединений, деформации. Для демонтажа кардана необходимо поставить машину на эстакаду или над смотровой ямой.

Важно своевременно проводить обслуживание и диагностику карданной передачи. Это поможет минимизировать появление поломок, неисправностей.

Источник

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Шарниры

По своей базовой конструкции продольные и по­перечные приводные валы похожи, но специаль­но адаптированы под разные задачи.

Продольные валы должны быть рассчитаны на высокую частоту вращения, угол в их шарнирах обычно мал, и при небольшой массе они долж­ны иметь небольшие размеры, обеспечивающие компактность туннеля для карданного вала.

К поперечным валам требования другие. Они рассчитаны на меньшую частоту вращения, чем продольные валы, но должны работать с боль­шими углами в шарнирах и обеспечивать осевое перемещение.

Для удовлетворения этим требованиям суще­ствуют шарниры самого разного типа.

Карданные шарниры

Карданный шарнир относится к самым старым конструктивным элементам в автомобилестрое­нии.

Карданный шарнир состоит из двух вилок, ко­ваной крестовины, четырех чашек с игольчатыми подшипниками и стопорных колец.

Одна вилка приварена к трубе карданного вала, а другая выполнена заодно с фланцем шар­нира или со шлицевым валом. Карданные шарни­ры с игольчатыми подшипниками — разборные, чашки с этими подшипниками можно заменять. Чтобы при высокой частоте вращения вала эти чашки не вышли из вилки, они фиксируются в проушинах стопорным кольцом или стопорной шайбой.

Чаще всего применяются карданные шарниры с разборными проушинами вилок (рис. 1 «Разборный карданный шарнир с игольчатыми подшипниками«). Ре­монтопригодность таких шарниров выше благо­даря возможности быстро заменить крестовину, разобрав проушины.

Другой вариант конструкции — карданные шар­ниры с подшипниками скольжения (рис. 2 «Неразборный карданный шарнир с подшипниками скольжения«), они имеют запрессованные чашки с вкладышами и не разбираются.

Герметичность игольчатых подшипников в карданных шарнирах обеспечивается рабочими кромками уплотнения в чашке, поэтому смазоч­ным шприцом нужно действовать аккуратно, не нагнетая смазку слишком резко.

Шарниры равных угловых скоростей

На переднеприводных автомобилях при повороте управляемых колес шарнирам приводных валов приходится работать под такими большими угла­ми, что применение простых карданных шарниров невозможно из-за неравномерности вращения.

В настоящее время почти на всех легковых автомобилях применяются только шарниры равных угловых скоростей.

Между тем, шарниры бывают самого разного типа. ШРУСы принципиально различаются по ха­рактеру применения и устройству шарнира (рис. 3 «Типы шарниров«).

Эти два основных отличительных признака обусловлены конструкцией.

Жесткие шарниры

Как видно из названия, эти шарниры жестко сое­динены с приводным валом и не допускают осе­вого смещения. Это обеспечивается стопорным кольцом, кулачком или специальной штамповкой.

Задача этих шарниров — обеспечивать поворот управляемых колес и одновременно передавать крутящий момент на эти колеса.

Жесткий шариковый шарнир

В таких шарнирах (рис. 4 «Жесткий шариковый шарнир«) усилие передается несколькими шариками, которые перекатывают­ся в специальных канавках.

Основными элементами жесткого шарикового шарнира являются внутренняя обойма, шесть шариков (чаще всего) и корпус (наружная обойма). Такие шариковые шарниры могут работать под углом до 50°.

Для точного перемещения шариков по канав­кам между корпусом и внутренней обоймой име­ется сепаратор.

Шарики постоянно занимают положение, соот­ветствующее половине угла между осями валов. Центр окружностей канавок не совпадает с централь­ной точкой шарнира — это называется смещением.

При пересекающихся канавках внутренней обоймы и корпуса шарики всегда стремятся в биссекторную плоскость.

Внутреннее устройство жестких шариковых шарниров может различаться, например, по фор­ме канавок для шариков. В сечении эти канавки могут представлять собой дугу окружности или эллипса.

Различают шарниры типов АС, RF и UF:

Выбор того или иного типа шарниров зависит от конкретной конструкции автомобиля.

Жесткий трехшиповый шарнир («трипод»)

Этот тип шарниров (рис. 5 «Жесткий трехшиповый шарнир«) очень популя­рен у французских автопроизводителей. Его отличает простота конструкции и изготовле­ния.

Известный под названием «наружный трипод Glaenzer» (GE — Glaenzer Exterieur), этот шарнир имеет максимальный угол 45°. В его основе — трехшиповая ступица, которая воспринимает крутящий момент через ролики на игольчатых подшипниках.

Универсальные шарниры

Эти шарниры должны допускать определенный угол отклонения и осевую подвижность. Их зада­ча — не только обеспечивать передачу крутяще­го момента при движении колес вверх-вниз, но и компенсировать изменение длины приводных валов при повороте управляемых колес.

Универсальный шариковый шарнир

Этот шариковый шарнир (рис. 6 «Универсальный шарнир«) тоже состоит из внутренней обоймы, шариков и наружной обоймы.

Максимальный угол в универсальном шарнире составляет около 22°. Осевое перемещение в таких шарнирах варьи­руется в диапазоне от 22 до 55 мм.

Изготовители подразделяют их на шарниры типа DO и VL:

Универсальный трехшиповый шарнир («трипод»)

Универсальный трехшиповый шарнир (рис. 7), как и жесткий «трипод», отличается простой кон­струкцией. Этот шарнир может работать под углом до 25° и обеспечивает осевое перемещение до 55 мм.

Ролики на шипах трипода сидят на игольчатых подшипниках, что минимизирует силы трения и снижает осевую нагрузку. За счет этого увеличи­вается срок службы шарнира.

В отдельных случаях, когда осевые усилия должны быть минимальными даже при боль­ших углах отклонения, оптимальным решением является разработанный компанией GKN шар­нир AAR (Angular Adjusted Roller Joint) (рис. 8 «Шарнир типа AAR и вид обоих шарниров (с трением скольжения и качения) в разрезе«).

Благодаря выпуклой форме шипов ступи­цы ролики перемещаются всегда параллельно своим пазам. Тем самым достигается чистое трение качения (в отличие от шарнира с «обыч­ной» трехшиповой ступицей, где есть трение качения и скольжения), поэтому шарниры дан­ного типа отличаются минимальными потерями на трение.

Универсальные высокооборотные шарниры

На легковых автомобилях продольные приво­дные валы передают меньший крутящий момент, поэтому здесь тоже можно использовать ШРУСы, которые выполнены в виде универсальных высо­кооборотных шарниров и работают под углом до 10° (рис. 9 «Высокооборотный трехшиповый шарнир«).

Их преимущество — в способности работать на высоких оборотах (до 9000 об/мин) при абсолют­но синхронном вращении.

Эластичные шарниры

Если карданный вал отклоняется лишь на небольшой угол, можно использовать эластичные шарниры. В этом случае речь идет в основном о резинотканевых муфтах или эластичных резиновых муфтах с предварительным натягом, обладающих особыми свойствами.

Резинотканевая дисковая муфта

Благодаря малому дисбалансу, высокой нагру­зочной способности, компактности, простоте из­готовления и вибродемпфирующим свойствам резинотканевые дисковые муфты (рис. 10 «Цельная резинотканевая дисковая муфта«) оптимально подходят для применения в транс­миссии легковых автомобилей.

Вулканизированные в резиновую основу крепежные втулки связаны друг с другом пакета­ми петель из нейлонового или вискозного корда. Изменяя количество и материал петель в пакетах, можно изготавливать муфты для передачи раз­личных по величине крутящих моментов.

Комбинирование работающих на растяжение пакетов петель с эксцентрическими резиновыми подушками позволяет реализовать различные углы кручения в режимах тяги и принудительного холостого хода.

Резиновая муфта

Резиновые муфты (рис. 11 «Стянутая лентой резиновая муфта«) отличаются тем, что не требуют никакого обслуживания. Они отцентрированы для передачи высокой частоты вращения карданных валов и могут работать под углом около ±8°.

Такая муфта состоит из работающих на сжа­тие резиновых сегментов с предварительным на­тягом, вулканизированных на радиально рас­положенные шайбы.

Монтаж резиновой муфты выполняется под предварительным натягом, который создается стальной лентой, стягивающей муфту по периме­тру. После установки эту ленту необходимо снять.

Хотя резиновые муфты применимы только при малых углах отклонения валов, они обладают весьма положительными свойствами:

Упругий полукарданный шарнир

В этом шарнире (рис. 12 «Упругий полукарданный шарнир с резиновыми элементами и центрирующим кольцом«) направляющий стер­жень сидит в центрирующем кольце муфты, в результате чего за счет упругого крепления ре­зиновых элементов возможны небольшие углы отклонения вала.

Упругий полукарданный шарнир не требует об­служивания и работает бесшумно.

Источник