Что такое карданный вал. Ключевые функции

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.

Что такое карданный вал

Кардан это механизм, передающий вращение от коробки передач на редуктор заднего моста. Задача усложняется тем, что эти два механизма расположены в разных плоскостях по отношению друг к другу. Карданами оснащаются все модели автомобилей, задние колеса которых являются ведущими.
Кардан трансмиссии устанавливается вдоль выхлопной системы автомобиля и выглядит в виде длинной балки, идущей от коробки передач до заднего моста. Он оснащен минимум двумя крестовыми шарнирами (по одной с каждой стороны), а в узлах с небольшим смещением осей – одним.

Подобная передача используется также в системе рулевого управления авто. Шарнир соединяет рулевую колонку с расположенным в другой плоскости рулевым механизмом.

В сельскохозяйственной технике такое устройство используется для подсоединения дополнительного оборудования к валу отбора мощностей трактора.

Описание принципа работы передачи карданного типа составил итальянский инженер и философ Дж.Кардано. В автомобилестроении данную схему успешно применил промышленник Луи Рено на модификации автомобиля «De Dion-Bouton» (1898 г.).

Устройство и принцип работы карданной передачи

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

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

Устройство

Передача состоит из нескольких структурных единиц:

карданных шарниров, простых крестовин и более сложных, функционально совершенных или дешёвых эластичных;
жёстких трубчатых валов, соединяющих шарниры;
дополнительных креплений в виде подвесных подшипников и муфт;
шлицевых соединений, компенсирующих изменение длины.

У простых валов имеются врождённые недостатки в виде вибронагруженности и неравномерности вращения.

Какую функцию выполняет карданный вал?

КВ способен выполнить две важные функции.

Базовая. Передача крутящего момента от КП или же раздаточной коробки автомобиля к задним колесам. Кардан позволяет мягко передать момент с трансмиссии на колеса, погасить вибрацию на бездорожье, обеспечить ходу плавность.
Дополнительная. Играет роль звена между рулевой колонкой и рейкой. То есть это уже часть рулевого механизма. КВ помогает улучшить чувствительность руля.

Благодаря КВ транспортному средству даже на неровной дороге обеспечен хороший разгон. КВ – это фактически оптимизатор эффективной разгрузки передних колёс и инструмент для снижения рисков пробуксовки.

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.

Вот так, коллеги-автолюбители, мы кратко прошлись по основным вопросам, связанным с карданным валом автомобиля.

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.

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.

Принцип работы

Конструкция шлицевого соединения кардана имеет не меньшее значение. Принцип работы заключается в следующем. Коробка передач плотно фиксируется на внутренней кузовной части и присоединяется к краю одного вала. На другой стороне находится редуктор моста, имеющий соединение с подвеской. Промежуток между двумя узлами расширяется при преодолении неровных участков. Как заднему, так и переднему кардану необходимо растянуться, это действие обеспечивает шлицевое соединение, дополненное уплотняющим сальником.

Преимущества и недостатки данной передачи

Теперь, когда понятно, что такое кардан у машины, стоит рассмотреть плюсы и минусы шарниров такого типа. Конструкция кардана имеет существенное преимущество: данный механизм способен выдерживать огромнейшие нагрузки, которые терпит трансмиссия при езде по дорогам с покрытием и в условиях пересеченной местности.

Единственный минус – это большой вес кардана, который отображается на снаряженной массе. Это влияет на динамику автомобиля и на расход топлива. Кроме того, процесс монтажа кардана требует наличия туннеля на дне автомобиля (а это добавляет неудобства пассажирам). Наконец, данный шарнир во время вращения создает шум и вибрации.

ДОСТОИНСТВА

К достоинствам карданной передачи относятся:

Работа со значительными крутящими моментами.
Возможность соединения узлов трансмиссии, установленных на больших расстояниях между собой.
Реализация полного привода на авто.
Простота конструкции.
Устойчивость к нагрузкам.

Но вместе с тем, кардан повышает металлоемкость трансмиссии и требует значительного пространства для установки, что сказывается на полезном объеме салона.

Карданы с шарнирами неравных угловых скоростей не требуют технического обслуживания и при этом обладают значительным ресурсом Несмотря на использование в конструкции подшипников, в процессе эксплуатации проводить их смазку не нужно, поскольку сам шарнир – необслуживаемый, а заложенного производителем смазочного материала хватает на весь срок службы.

Кардан является неремонтируемым узлом. При изгибе кардан требует полной замены. Обусловлено это тем, что при изготовлении узел балансируется. Изгибы же приводят к разбалансировке, что повышает вибрации и нагрузки в КПП и главной передаче и ускоряет износ шарниров.

Шарниры также не ремонтируются, поэтому при появлении повышенной вибрации со стороны кардана, сторонних звуков (хрустов, щелчков) выполняется замена составных элементов шарнира. Обычно замене подлежат крестовина и ее подшипники, но при сильной выработке проушин меняется узел в сборе.

[custom_ads_shortcode3]

Проверка состояния карданного вала

Даже, если авто эксплуатируется в неэкстремальных условиях (езда по городским дорогам), проверка состояния карданного вала нужна каждые 5 тысяч километров. При езде по грунтовым дорогам проверка рекомендуема еще чаще: каждые 3 тысячи км. К спецтехнике предъявляются свои требования. Всё зависит от того, на каких объектах она используется. Наибольшее внимание при проверке уделяется крестовине, которая может начать перекатываться, заедать, а также подвесному подшипнику. Появление люфтов после определенного пробега – вполне закономерное явление. Очень уязвимо и шлицевое соединение. Прежде всего, потому что это движущийся механизм, который постоянно встречается с динамическими нагрузками. Проверку деталей рекомендуется проводить в следующем порядке:

Соединительные элементы (гайки, шайбы) подшипников, муфт, фланцевых вилок. Важно, чтобы не только все соединения были на месте, но и моменты затяжки соответствовали требованиям условий эксплуатации.
Муфты в момент кручения вала. Недопустимо присутствие на муфтах трещин, а тем более разрывов. Если такая проблема есть, менять деталь нужно в срочном порядке.
Шлицевое соединение в момент вращения вала. Здесь важно понять, нет ли люфтов. Чтобы оценка состояния шлицевого состояния была максимально достоверной, вращение производить целесообразно в обе стороны.
Шарниры. Здесь недостаточно просто визуального осмотра. Нужно разместить между вилками отвертку и основательно прокачать. Неприятный момент – это опять-таки нахождение люфта. В этом случае придётся ставить новую крестовину.
Подшипники. Принципиальное значение имеет, как происходит проверка. Важны навыки. Для того, чтобы не упустить люфт, одной рукой нужно держать КВ, другой дёргают его в разные стороны.

А вот в случае, если есть подозрение на дисбаланс КВ, не обойтись без диагностики узла на балансировочном стенде. Особенно без такой проверки не обойтись, если во время езды чувствуются постоянные вибрации, а при переключении передач регулярно возникает неприятный скрежет.

Неполадки, поломки кардана

Не часто, но встречается, что карданный вал стучит. Такие стуки могут возникать во время резкого старта, при переключении скоростей.

Причины появления шума:

Ослабли болты крепления фланцев и соединительной муфты коробки передач.
Увеличенный зазор в раздвижном шлицевом соединении.
Большой зазор в подшипниках крестовины.

Причины вибрации карданного вала при движении:

вал деформировался;
кардан установлен не по меткам;
валы разбалансированы;
изношена втулка фланца промежуточной муфты или кольца центрирующего вторичного вала коробки передач;
подвесной подшипник имеет увеличенный зазор;
ослабли болтовые соединения поперечной опоры;
большой зазор в игольчатых подшипниках крестовинах;
ослабли крепления соединения вилки;
отсутствие смазки в шлицах вала.

Почему вытекает смазка

Соединения, имеющие смазку, уплотнения, часто разгерметизируются и происходит вытекание смазывающего вещества (Литол-24 и т.д.).

Причин всего две:

Изношен сальник шлицевого соединения.
Изношен сальник подшипников крестовин.

Если слышен хруст в области карданного вала, то рекомендуется доехать до ближайшего сервиса и провести диагностику, или проделать это своими руками.

Как устранить причины неполадок кардана:

Постучать по резьбовым соединениям, проверить, если ослабли, сделать протяжку.
Если большой люфт в шлицевом соединении, то вал надо разобрать, посмотреть, скорее всего его придется менять.
При большой зазоре крестовины, ее заменить.
Деформированные детали карданного вала заменить или заменить в сборе.
Если карданный вал был установлен не по меткам, разобрать, установить по меткам.
Если есть биение вала, надо проверить его на изогнутость. Снять, покрутить. Конечно, для этого нужен специальный стенд, который покажет, согнулся вал или нет, но и на глаз видно бывает, вал ровный или нет.
Заменить сальники, если течет смазка.

Частые неисправности и их устранение

Все неисправности можно разделить по возникающим признакам поломки:

Вибрация при движении — износились подшипники крестовины или скользящая втулка, нарушилась балансировка вала;
Стуки при трогании — износились шлицы скользящего соединения, ослабли болты крепления;
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 почитайтеЗамена крестовины карданного вала

[custom_ads_shortcode1]

Как поменять крестовину на кардане

Чтобы провести ремонт крестовины, необходимо снять кардан. Перед тем как разобрать, нужно знать некоторые нюансы:

Залить гайки вэдэшкой, чтобы крепления легче откручивались.
Поставить зубилом метки на флянцах кардана и флянцах заднего моста. Если этого не сделать, возможно появление вибрации на кардане.
Чтобы не испортить резьбу гаек, желательно использовать изогнутый накидной ключ.
Если карданные болты прокручиваются, нужно зафиксировать их с помощью отвёртки.

Сначала откручиваются четыре болта на карданном вале, потом снимаем крепление подвесного подшипника. После этих процедур снимаем кардан, его нужно достать из шлицевого соединения КПП. Перед снятием крестовины шлицевую часть желательно замотать материалом, чтобы туда не попал песок. Перед тем, как снять крестовину, нужно подготовить инструмент: молоток, круглогубцы, толстую отвёртку и подходящую по диаметру круглую трубку. Зажатие вала в тисках намного облегчит вам работу. Существуют специальные съёмники для снятия крестовин, но их часто не используют даже на СТО. Впрочем, многие гаражные умельцы способны за 10-15 минут смастерить себе такое приспособление. Далее достаются стопорные кольца. Часто, чтобы их извлечь, требуется обстучать их молотком с помощью проставки. После этой операции стопоры легко достанутся плоскогубцами. Далее выбиваются чашки из проушин. Это делается молотком и той же проставкой, которую использовали при снятии стопорных колец. Иногда при этом чашки выпадают самостоятельно, чаще всего извлекать их придётся подручными предметами.

Балансировка карданного вала

Качественная балансировка в домашних условиях невозможна. Для этого требуется сложное диагностическое и балансировочное оборудование, которое можно найти только на заводах и в специализированных мастерских.

При необходимости дома можно произвести грубую балансировку, которая позволит некоторое время эксплуатировать автомобиль.

Чтобы отбалансировать кардан, автомобиль полностью вывешивают, запускают двигатель и включают 4-ю передачу. При этом вал начинает медленно вращаться. Для определения мест, в которых необходима балансировка, в 1 мм от вала фиксируют кусочек мела. Неотбалансированный вал будет слегка смещаться. При этом в местах биения останутся метки. Уравновесить слишком легкие участки с тяжелыми можно путем наваривания на них небольшого количества металла. При этом после добавления каждого грамма веса следует проводить ходовые испытания, отмечая степень достигнутого эффекта. Процедуру прекращают тогда, когда вибрация автомобиля на ходу полностью или почти полностью исчезает. Техническое обслуживание

Техническое обслуживание карданной передачи заключается в периодическом, раз в несколько месяцев, шприцевании крестовины.

Процедура представляет собой заведение в деталь смазки и выполняется на УАЗ-патриот и автомобилях иностранного производства. Отечественная «классика» в шприцевании кардана не нуждается. Для смазки применяют высокотемпературные пластичные составы класса вязкости NLGI-2, способные длительно сохранять свои качества в тяжелых условиях.

Своевременное обслуживание и диагностика карданного вала и крестовины позволяют сохранить в исправном состоянии мосты и коробку передач. В автомобилях заднеприводной конструкции поломка этих агрегатов часто становится следствием вибрации, возникающей при неисправностях кардана.

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:

Вилка скользящая карданного вала;
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.

[custom_ads_shortcode2]

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.

Источники

https://AvtoTachki.com/chto-takoe-kardannyj-val-klyuchevye-funkczii/
https://VazNeTaz.ru/kardan
https://pro-sensys.com/info/articles/obzornye-stati/kardannyy-val/
https://auto-ru.ru/kardannyj-val.html
https://ZnanieAvto.ru/uzly/kardannaya-peredacha-avtomobilya.html
https://www.syl.ru/article/353677/chto-takoe-kardan-v-avtomobile
https://neva-kardan.ru/stati/krestovina-kardannoj-peredachi.html
https://autostuk.ru/kardan-v-avtomobile.html
https://SwapMotor.ru/transmissiya/krestovina-kardana.html
https://ZnanieAvto.ru/uzly/krestovina-kardannogo-vala.html

Дополнительные элементы

Помимо этого, в конструкцию входит карданный подшипник подвесного типа. Он играет роль вспомогательного опорного элемента для вала. Подшипник предотвращает вращение детали и обеспечивает ее нахождение в требуемом положении при помощи кронштейна, покрытого смазкой и дополненного уплотняющими элементами, который крепится на кузовной части. Количество конструкционных элементов вала определяет число подшипников.

Карданный шарнир головок необходим, в первую очередь, для обеспечения качественного соединения ведущего моста и коленвала. Гибкость и прочность связи становятся наиболее актуальными при смещении моста в процессе движения авто.

Карданный вал: устройство, принцип работы, виды и инструкция по замене