Что такое карданный вал: ключевые функции, устройство

Карданы Нивы Шевроле

Модернизация автомобиля коснулась не только внешнего стиля, но и трансмиссии. Конструкторы пытались решить проблему вибрации валов на скорости. Действительно, при увеличении скорости до 80 км/ч и выше начинала ощущаться характерная для данного автомобиля «дрожь». Если одни владельцы предпочитали мириться с этим недостатком, используя автомобиль исключительно для бездорожья, то другие периодически меняли карданы, меняли крестовины, балансировали валы. Надо отметить, что стопроцентного успеха подобные процедуры не давали.

От валов с крестовинами производители решили отказаться. Карданы нового поколения были снабжены шрусами. В теоретическом плане шрус должен был обеспечить более плавное вращение частей вала. Помимо этого, он рассчитывался для работы в таких условиях, при которых оси вращения сориентированы друг к другу под углом до 35 градусов. Несмотря на теоретические расчеты, отзывы реальных владельцев оказались весьма противоречивыми.

Конструкция и принцип работы кардана

Кардан может быть односекционным, двух, трех и более. Габаритные размеры карданного вала, естественно, тоже разные, для одних марок и моделей авто они очень маленькие, для других огромные.

Карданный вал состоит из:

• вал;
• две крестовины;
• скользящая вилка;
• резиновые уплотнения;
• фланец;
• подвесной подшипник;
• могут быть добавлены некоторые элементы, в зависимости от вида кардана.

Если кардан односекционный, то он состоит из одной центральной части и сопряженных с ней деталей.

Функционирует кардан за счет шарнирных механизмов, соединения крестовины с ведомой и ведущей вилкой.

Крестовина

Крестовина обеспечивает вращение сопряженных деталей с изменяющимся углом относительно друг друга. При угле вращения от 0 до 20 градусов достигается наивысший КПД. Если этот угол больше, то карданный вал начинает вибрировать, а крестовина изнашиваться.

Раздвижное шлицевое соединение

Это соединение обеспечивает работоспособность и устойчивость во время движения по неровным дорогам. Так как коробка передач (КПП) или раздаточная коробка жестко сидят в кузове автомобиля, а редуктор моста сидит на подвеске машины, то расстояния между ними изменяются. Поэтому карданный вал, который соединяет коробку и редуктор, должен изменяться в длине. Это обеспечивается за счет шлицев и пазов.

Подвесной подшипник

Подвесной подшипника карданного вала — это опора составного вала, который держит его, но дает вращаться. Крепления подшипника крепятся к кузову автомобиля. Сколько секций содержится в карданном вале, столько и подвесных подшипников должно быть.

Шарнир: главный секрет кардана

Вполне очевидно, что карданная передача назначение и устройство которой мы сегодня рассматриваем, является крайне важным узлом.

Поэтому не будем терять время на лишние разговоры и перейдём к сути вопроса. Карданная передача автомобиля, в какой бы модели она не находилась, имеет ряд стандартных элементов, а именно:

• шарниры;
• валы ведущие, ведомые и промежуточные;
• опоры;
• соединительные элементы и муфты.

Различия этих механизмов, как правило, определяются типом карданного шарнира. Существуют такие варианты исполнения:

• с шарниром неравных угловых скоростей;
• с шарниром равных угловых скоростей;
• с полукарданным упругим шарниром.

Когда автомобилисты говорят слово «кардан», то они обычно имеют в виду именно первый вариант. Механизм с шарниром неравных угловых скоростей встречается чаще всего у машин с задним или полным приводом.

Работа карданной передачи этого типа имеет одну особенность, которая является и его недостатком. Дело в том, что из-за специфики конструкции шарнира невозможно плавно передавать крутящий момент, а получается это сделать только циклически – за один оборот ведомый вал дважды запаздывает и дважды опережает ведущий.

Компенсируется такой нюанс введением ещё одного такого же шарнира. Устройство карданной передачи этого типа простое, как и всё гениальное – соединяются валы двумя вилками, расположенными под углом 90 градусов и скреплёнными крестовиной.

Более совершенными являются варианты с шарнирами равных угловых скоростей, которые, кстати, обычно именуют ШРУС – наверняка, вы слышали такое название.

Карданная передача назначение и устройство которой мы рассматриваем в этом случае, имеет свои нюансы. Хотя её конструкция более сложная, это с лихвой компенсируется рядом преимуществ. Так, к примеру, валы данного типа карданов всегда вращаются равномерно, причём они могут находиться под углом до 35 градусов. К недостаткам механизма можно, пожалуй, отнести достаточно сложную схему узла.

Сам ШРУС должен быть всегда герметичным, так как внутри находится смазка специального состава. Разгерметизация приводит к вытеканию этой смазки, и в таком случае шарнир быстро портится и ломается. Тем не менее, механизмы с шарнирами равных угловых скоростей при должном уходе и контроле более долговечны, чем их собратья. Встретить ШРУС можно на переднеприводных и полноприводных автомобилях.

Устройство и работа карданной передачи с полукарданным упругим шарниром также имеет свои особенности, которые, к слову, не дают возможности использовать её в конструкциях современных автомобилей.

Передача вращения между двумя валами в этом случае происходит за счёт деформации упругого элемента, например, муфты специальной конструкции. Считается, что подобный вариант крайне ненадёжен, поэтому его и не применяют сейчас в автопроме.

В следующей публикации мы поговорим о не менее полезной штуке. Какой именно? Подписывайтесь на рассылку и обязательно узнаете!

Карданная передача с полукарданным упругим шарниром

Полукарданный упругий шарнир обеспечивает передачу крутящего момента между двумя валами, расположенными под небольшим углом, за счет деформации упругого звена.

Характерным примером данного типа шарнирного соединения является упругая муфта Гуибо (Guibo). Муфта представляет собой предварительно сжатый шестигранный упругий элемент, с двух сторон которого крепятся фланцы ведущего и ведомого валов.

Эксплуатация и возможные неисправности карданной передачи

Бережная эксплуатация автомобиля позволяет шарнирам карданного вала и шаровым шарнирам передних валов сохранить свою работоспособность надолго, как минимум до 100 тысяч побега. Что касается труб, то при отсутствии механических повреждений их можно использовать долгие годы без замены, в противном же случае изогнутый механизм стоит просто заменить новым

Следует уделять внимание состоянию чехлов шарниров и заменять их при любом повреждении, уберегая тем самым шарниры

Сокращение работоспособности шарниров могут спровоцировать резкие разгоны, пробуксовка в грязи, неправильный выбор скоростей, долгие поездки по снежным и грунтовым дорогам с глубокими колеями.

О неисправности карданной передачи можно узнать по появившимся посторонним звукам или рывкам автомобиля при движении. Существует несколько причин потери работоспособности карданной передачей, и среди них такие:

• износ карданных шарниров;
• деформация карданных валов;
• повреждение или износ сальников;
• повреждение защитного чехла шарнира;
• износ подшипников;
• ослабление соединительных механизмов.

Данные неисправности очень легко устранить, заменив поврежденные детали или подтянув крепежные детали.

Замена переднего кардана с шрусами на Chevrolet Niva

На таких карданах ездить с большими скоростями некомфортно. При этом стоимость этих автомобилей доступная, что обеспечивает им высокую популярность. Но условия эксплуатации данных машин суровые, что приводит к повышенному износу отдельных узлов и деталей. Карданная передача постоянно подвергается высоким нагрузкам и от ее состояния зависит общая функциональность транспортного средства.

Данный узел отвечает за передачу крутящего момента от раздаточной коробки к мостам, и его выход из строя может привести к потере способности авто к передвижению. Произошел естественный износ деталей, связанный с продолжительным использованием автомобиля.

Несоблюдение правил эксплуатации и технического обслуживания транспортного средства приводит к появлению дисбаланса в карданной передаче и другим неисправностям. Вывинчивается гайка кронштейна кардана, при этом поддерживая болт, чтобы он не вращался.

Карданы Нивы Шевроле. Какие лучше, на крестовинах или шрусовые?

Вывинчиваются аналогичным образом все гайки крепления. Их количество составляет четыре штуки на одной стороне.

Гайки имеют тефлоновое покрытие, предназначенное для защиты от самопроворачивания. После снятия, даже если не производится замена вала, гайки рекомендуется заменить на новые. Вынимаются три болта крепления с одной стороны, а четвертый оставляем для фиксации изделия в первоначальном положении. Операции по вывинчиванию гаек производим с другой стороны крепления. Очередность вывинчивания не имеет значения.

Извлекается последний болт с одной стороны и вынимается кардан, при этом сводятся его части к шлицу. Изделие извлечено, теперь проводится его ремонт, а при невозможности, осуществляется замена на новый.

Порядок установки — обратный снятию.

Шевроле Нива

Передний и задний карданы Шевроле Нива – какой выбор будет лучшим – шрусовые либо на крестовинах?

От своего предка ВАЗ-2121 передний и задний карданы Шевроле Нива, можно сказать, получила в наследство. Каждая новая модель Нивы определяется в качестве внедорожника. То есть, трансмиссия транспортного средства разрешает передачу момента сил и на задние, и на передние колеса.

Карданный вал. Как он устроен и для чего предназначен?

Карданный вал применяется для того, чтобы передать момент от одного узла к следующему, который расположен на некотором расстоянии.

Кардан обладает многозадачностью, поскольку выполняет роль вала, передающего усилие от фланца раздаточной коробки к главной шестерне редуктора, а также может совершить переориентацию оси вращения.

В случае, если бы фланцы мостов и фланцы раздатки на автомашине Нива Шевроле находились соосно, а во время движение между ними не изменялось бы расстояние, то вал возможно было бы соединить жестко. Но по факту осуществить соосность почти не представляется возможным, а при езде по неровной дороге узлы трансмиссии начинают двигаться. Ось вращения немного поворачивается благодаря шарнирному соединению мостов и шарнира. Колебания узлов трансмиссии гасится из-за того, что устройство вала является подвижным.

Карданной передачей называется комплекс узлов, которые передают усилия посредством кардана. Карданная передача устроена почти идентично во всех автомашинах.

Составляющие карданной передачи:

1. шарниры валов;
2. передний карданный вал;
3. задний карданный вал;
4. шарниры валов;
5. опора;
6. резиновая муфта (на автомашинах Шевроле Нива ее установка производится на промежуточном валу, который соединяет раздатку и КПП).

Существует 2 типа карданных передач. На самые первые автомобили Нива устанавливали карданные передачи с применением шарниров неравных угловых скоростей. Подобные карданные валы являются довольно силовыми, их можно устанавливать как на легковые, так и на грузовые автомашины. В состав шарнира входит две вилки на конце, которые соединяются при помощи крестовины. В последней рабочая составляющая – это игольчатый подшипник.

Позднее на Нивы начали устанавливать карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей. При помощи такого шарнира, если изменяется ось вращения, все части вала поворачиваются под одним углом.

Составляющие данного карданного вала:

• -шарики;
• -сепаратор;
• -обойма, которая играет роль корпуса;
• -защитный чехол.

Помимо того, что модернизировался внешний вид автомашины, модернизировалась и трансмиссия. Вопрос вибрации валов на скорости пробовали решить производители. В самом деле, если скорость развивалась до 80 км/ч, то возникала «дрожь», которая характерна для автомашины этого вида. Кто-то из автовладельцев не обращал внимания на эту черту, они ездили на транспортном средстве только лишь по бездорожью. Вторая же часть собственников авто время от времени балансировали валы, меняли карданы и крестовики. Однако, на сто процентов проблема при помощи таких методов не решалась.

В результате производители перестали выпускать валы с крестовинами. Новые передний и задний карданы Шевроле Нива оснащались шрусами.

Теоретически они должны были способствовать вращаться составляющим вала более плавно. Кроме того, планировалось, что такие передний и задний карданы Шевроле Нива будут работать при условиях ориентирования осей вращения под углом 35 градусов по отношению друг к другу. Однако, на практике ожидания не совсем оправдались.

is905 › Блог › Трансмиссия

Трансмиссия

служит для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя на ведущие колеса, а также для изменения величины крутящего момента и его направления. При движении автомобиля коленчатый вал двигателя развивает до5000-6000 об/мин , а ведущие колеса при этом вращаются со скоростью не более1300 об/мин . Следовательно, даже при благоприятных дорожных условиях колеса автомобиля вращаются в четыре с лишним раза медленнее коленчатого вала. А при неблагоприятных дорожных условиях, когда возрастает сопротивление движению машины и приходится двигаться с невысокой скоростью, это отношение возрастает. При эксплуатации автомобиля возникает необходимость изменять не только скорость движения и величину подводимого к колесам момента, но также маневрировать, останавливаться, двигаться задним ходом. Выполнение всех этих действий становится возможным благодаря тому, что развиваемый двигателем крутящий момент подводится к ведущим колесам через механизмы, составляющие трансмиссию автомобиля. Существуют три основные компоновки трансмиссии: заднеприводная (или классическая), переднеприводная и полноприводная.

Трансмиссия заднеприводного автомобиля включает в себя:

— сцепление, — коробку передач, — карданную передачу, — главную передачу, — дифференциал, — полуоси.

В автомобиле с приводом на передние колеса все агрегаты трансмиссии расположены под капотом машины и объединены в один большой узел агрегатов. Коробка передач содержит в себе еще и главную передачу с дифференциалом. Поэтому валы привода передних колес выходят непосредственно из картера коробки передач.

Трансмиссия переднеприводного автомобиля включает в себя:

— сцепление, — коробку передач, — главную передачу, — дифференциал, — валы привода передних колес.

Сцепление

позволяет на непродолжительное время отсоединить трансмиссию от двигателя и обеспечивает плавное включение трансмиссии при трогании автомобиля с места или при переключении передач.Коробка передач служит для получения различных тяговых усилий на ведущих колесах путем изменения крутящего момента, передаваемого от двигателя к карданному валу, а также для изменения направления вращения ведущих колес при движении задним ходом и для отключения трансмиссии от двигателя на длительное время.Карданная передача позволяет передавать крутящий момент от выходного вала коробки передач к заднему мосту при изменяющемся (при движении автомобиля) угле между осями вала коробки передач и ведущего вала главной передачи.Главная передача служит для того, чтобы передать крутящий момент под углом 90 градусов от карданного вала к полуосям, а также для уменьшения числа оборотов ведущих колес по отношению к числу оборотов карданного вала. Уменьшение частоты вращения механизмов трансмиссии после главной передачи приводит к увеличению крутящего момента и, соответственно, увеличивает силу тяги на колесах.Дифференциал обеспечивает возможность вращения правого и левого ведущих колес с разными скоростями на поворотах и неровной дороге. Две полуоси, связанные с дифференциалом через полуосевые шестерни, передают крутящий момент от дифференциала к правому и левому ведущим колесам. Дифференциалы, устанавливаемые между приводами колес ведущей оси, называют межколесными, между разными осями — межосевыми (в полноприводных трансмиссиях).

Полноприводные автомобили имеют большое разнообразие схем трансмиссий. Их можно условно разделить на три группы.

Полный привод, подключаемый автоматически. В большинстве таких трансмиссий постоянно ведущими являются передние колеса, а между осями вместо дифференциала установлена фрикционная муфта с электронным управлением или вискомуфта. Вискомуфта (вязкостная муфта) — передает крутящий момент при разных скоростях вращения частей ее корпуса за счет трения кремнийорганической жидкости между дисками. Вискомуфта может устанавливаться между осями или встраиваться в корпус дифференциала для его автоматической блокировки. Фрикционные муфты передают крутящий момент за счет трения при сжатии пакета дисков. Постоянный полный привод. Автомобили с такой трансмиссией обязательно имеют межосевой дифференциал. Передачу мощности к четырем колесам используют не только для повышения проходимости (у вседорожников), но и для лучшей реализации разгонных свойств автомобиля. Оба эффекта достигаются за счет перераспределения силы тяги — на каждом колесе она получается меньше, соответственно ниже вероятность их пробуксовки.

Если карданный вал уже разобран

Бывают случаи, когда карданный вал по неосторожности разошелся в шлицах при демонтаже. Или автолюбитель по неопытности заранее не поставил метки, при замене крестовины или подвесного подшипника

Внимательно присмотритесь, на некоторых карданных валах европейского производства метки ставятся на заводе в виде выпуклых треугольников, накерненых стрелок и точек, иногда метками выступают балансировочные пластины выгнутой формы и даже пресс-маслёнки.

Примечание: на всех карданных валах со смещенными крестовинами друг относительно друга есть метки.

Если вы не обнаружили меток, у вас есть два варианта — обратиться к специалистам для балансировки карданного вала или попытаться самостоятельно найти правильное положение.

Устройство

Конструкция МКПП мало изменилась с тех пор, как были сделаны и запатентованы основные ее элементы. Механическая коробка переключения передач состоит из следующих деталей и узлов:

• картер;
• входной, выходной и промежуточный валы;
• синхронизаторы;
• ведущих и ведомых шестерней;
• механизма переключения передач.

Собранные в едином корпусе детали взаимодействуют между собой, обеспечивая передачу крутящего момента. Устройство механической коробки передач зависит от особенностей конструкции и количества валов — по данному признаку они делятся на двух- и трех вальные. Последняя компоновка называется соосной и в технической литературе ее принято называть классической.

Валы и блоки шестерней

В такой конструкции ведущий и ведомый валы размещены картере коробки один за другим. В хвостовике первичного вала установлен подшипник, на который опирается конец вторичного. Отсутствие жесткой связи позволяет им вращаться независимо друг от друга с разной частотой и в разном направлении. Ниже под ними располагается промежуточный вал, передача усилия происходит через блоки шестерней установленных на указанные детали.

С целью снижения шумности редуктора, шестерни в нем делаются косозубые

При изготовлении данных деталей используется жесткая система допусков, и большое внимание уделяется качеству обработки сопрягаемых поверхностей

На ведущем валу классической механической коробки жестко закреплено несколько шестерней разного диаметра и соответственно с разным количеством зубьев. В отдельных случаях узел делается цельным, что обеспечивает ему максимальную прочность.

Шестерни на вторичном валу могут устанавливаться двумя способами:

• подвижно на шлицах;
• фиксировано на ступицах.

Соединение с ведущим валом в первом варианте происходит за счет продольного перемещения ведомой шестерни по шлицам до вхождения в зацепление в ведущей. Такая схема отличается простотой и надежностью и получила достаточно широкое распространение.

В другой конструкции продольное перемещение деталей исключается и соединение происходит при помощи скользящей муфты.

Видео — как происходит передача крутящего момента в МКПП:

https://youtube.com/watch?v=Bb7leiitIo4

Угловые скорости ведущего вала и ведомого уравниваются при помощи специального устройства, который называется синхронизатором. В коробках передач спортивных автомобилей или машин специального назначения вместо данных узлов могут использоваться кулачковые муфты.

Механизмы управления

За всю историю развития автотранспорта было разработано множество оригинальных конструкций. Наибольшее распространение получила компоновка, используемая в современных агрегатах.

Управление механической коробкой передач осуществляется специальной конструкцией, состоящей из следующих элементов:

• рычага;
• приводов;
• ползунов;
• вилки;
• замка;
• муфты переключения передач.

Изменения режимов работы агрегата производится водителем путем перемещения рычага из одного положения в другое. Через приводы задействуются ползуны. Защитой от одновременного включения является специальный блокирующий механизм – замок. В трехходовых коробках он делает невозможным перемещение двух ползунов при движении третьего.

Этот узел приводит в действие вилку переключения передач, которая вызывает смещение муфты. Данная деталь представляет собой толстостенное кольцо со шлицами на внутренней поверхности. Они находятся в постоянном зацеплении с зубчатым венцом ведомого вала, по которому муфта перемещается вдоль него. Аналогичные шлицы имеются и на боковой поверхности ведомой шестерни.

При переключении передач рычаг вначале переводится в нейтраль, из которой производится выбор нужного режима. За это время синхронизатор выравнивает угловые скорости, и шестерня блокируется муфтой. Крутящий момент с первичного вала передается на вторичный и далее через главный редуктор на ведущие колеса.

Синхронизатор обеспечивает безударное переключение, при этом время его срабатывания не превышает нескольких сотых долей секунды.

Видео — устройство сцепления и МКПП, наглядный рассказ от компании Тойота:

Мягкость работы механической коробки передачво многом зависит от общего состояния деталей и, в особенности, данного узла.

Синхронизатор представляет собой бронзовое кольцо с зубчатым венцом на внутренней стороне. При движении муфты она сначала прижимает деталь к конусной поверхности на боковине ведомой шестерни, возникшей при этом силы трения достаточно для выравнивания частоты вращения валов. После синхронизации происходит блокировка зубчатого колеса муфтой переключения.