Карданная передача

Требования, предъявляемые к устройству карданных передач:

• возможность передачи  крутящего момента под большим углом (до 45°);

• передача крутящего момента не должна сопровождаться большими дополнительными динамическими нагрузками в трансмиссии;

• при любых условиях эксплуатации должен обеспечиваться высокий КПД передачи.

Карданные шарниры можно разделить:

• по кинематике на синхронные (равные угловые скорости) и асинхронные (неравные угловые скорости);• по конструкции на полные, полу карданные — жесткие (угол до 2°) и упругие (угол до 12°).


Конструкция карданной передачи ЗИЛ включает в себя:

• промежуточный полый карданный вал, на одном конце которого приварена вилка, на другом — шлицевая втулка;

• скользящую шлицевую вилку;

• карданный вал, на концах которого приварены вилки карданных шарниров;

• три карданных шарнира неравных угловых скоростей, состоящих из двух вилок и крестовины с четырьмя шипами под игольчатые подшипники крепления с вилками;

• промежуточную опору, состоящую из кронштейна опоры, полушки опоры, скобы крепления подушки, шарикоподшипника с гайкой крепления.

Расположение карданных передач на автомобилях:

а — легковом; б — грузовом; — фуэовых повышенной проходимости;1 — коробка передач; 2, 4 и 9 и 11— карданные 3 и 10 — задние ведущие мосты; 5 — промежуточная опора; 6 — раздаточная коробка; 8 — передний ведущий мост.

Трансмиссия автомобиля с полным приводом состоит их нескольких карданных передач с карданными шарнирами неравных угловых скоростей, также существуют карданные передачи с карданными шарнирами равных угловых скоростей, которые установлены в приводе управляемых ведущих колес.

Общее устройство карданной передачи:

Давайте с вами рассмотрим устройство основных частей карданной передачи.

Карданный шарнир неравных угловых скоростей состоит из двух вилок 1, соединенных крестовиной 3. Одна вилка имеет фланец, а другая приварена к трубе карданного вала или выполнена с шлицевым наконечником 6 для соединения с карданным валом. Шипы крестовины устанавливаются в проушины обеих вилок на игольчатых подшипниках 7. Подшипники размещаются в корпусе 2 и удерживаются в проушине вилки с помощью крышки, которая крепится к вилке двумя болтами, со стопорами. В отдельных случаях подшипники закрепляются в вилках. Чтобы в подшипник не попадала грязь и пыль, в нем имеется сальник. С помощью масленки полость крестовины наполняется смазкой, которая в итоге смазывает подшипники. Шлицевое соединение 6 смазывается с помощью масленки 5.

Максимальный угол между осями валов не должен превышать 20°. Это связано с тем, что работа при больших углах значительно снижает КПД использования карданных передач.

Карданные валы выполняются трубчатыми, из стальных цельнотянутых или сварных труб. К трубам привариваются вилки карданных шарниров, шлицевые втулки или наконечники. После сборки карданного вала с карданными шарнирами проводят динамическую балансировку для уменьшения поперечных нагрузок, которые действую на карданный вал. Чтобы устранить дисбаланс к карданному валу приваривают балансировочные пластины.

Карданный шарнир равных угловых скоростей состоит из двух вилок, пяти шариков, штифта, стопорной шпильки. Ведущая вилка изготавливается цельно с полуосью 6, а ведомая вилка цельно с приводным валом 23 колеса. В каждой вилке 3 и 4 имеются четыре канавки, в которых устанавливаются четыре ведущих шарика 7, через которые передается вращение от одной вилки к другой. При любом угле между валами боковые шарики в канавках вилок находятся в плоскости, делящей этот угол пополам, благодаря чему вращение от ведущего вала к ведомому передается равномерно. Центральный (пятый) шарик 2 помещается между торцами вилок и обеспечивает их центрирование. Для возможности установки ведущих шариков в канавки вилок центральный шарик имеет лыску с отверстием, которым он при сборке карданного шарнира устанавливается против вставляемого бокового шарика. После сборки карданного шарнира центральный шарик фиксируется в определенном положении штифтом 6, закрепляемым стопорной шпилькой 5 в отверстии ведомой вилки.

Устройство карданных шарниров равных угловых скоростей: а — шариковый; б — кулачковый; 1 — ведущие (боковые) шарики; 2 — центральный шарик; 3, 4, 7, 11 — вилки; 5 — шпилька; 6 — штифт; 8, 10 — кулачки; 9 — диск.

Карданные валы и вилки изготавливаются из углеродистой, а крестовины — из хромистой и хромоникелевой сталей. Для смазывания карданных передач применяется трансмиссионное масло — нигрол.

Общее описание

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

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

Способы устранения конкретных неисправностей

При ослаблении резьбовых соединений крепления фланцев и соединительной муфты КП необходимо затянуть резьбовые соединении с моментом, указанным в техническом руководстве. В том случае, когда КВ в шлицевой части имеет сверхдопустимый зазор, необходимо снять вал, заменить разрушенные элементы, либо вал в сборе. При сверхдопустимом зазоре в подшипниках крестовины КП необходимо заменить крестовину КВ. При изгибе КВ нужно заменить гнутые элементы или вал в сборе. При неправильной установке КВ (тогда, когда при установке не соблюдены монтажные метки) переустановите КВ по меткам, нанесенным до разборки. В случае, когда нарушен баланс вала, проверьте на стенде его балансировку и при необходимости отреставрируйте. При разрушении или износе центрирующей втулки фланца промежуточной муфты или центрирующего кольца вала вторичной коробки переключения передач необходимо заменить разрушенные элементы. При износе втулки промежуточной муфты нужно заменить втулку в сборе с фланцем. Если присутствует сверхдопустимый зазор в подвесном подшипнике, нужно разобрать вал, поменять подшипник, а при необходимости заменить промежуточную опору в сборе. В случае разрушения подвесной опоры КВ замените её. При ослаблении резьбового соединения поперечной опоры закрепите её к кузову автомобиля. Если присутствует сверхдопустимый зазор в игольчатых подшипниках крестовины, снимите вал, замените разрушенную крестовину. В том случае, когда ослабла соединительная гайка вилки КП, затяните её. Тогда, когда нет смазки в шлицах вала, то нужно добавить смазку Фиол-2У в шлицевое соединение

Очень важно шприцевать все точки при прохождении 10000 км пробега или шести месяцев эксплуатации автомобиля, смотря, что наступит раньше, также необходимо смазать КВ. Также необходимо это выполнить после эксплуатации автомобиля в особо тяжелых условиях

Если разрушено сальниковое уплотнение шлицевой части вала, необходимо поменять сальник. При повреждении сальникового уплотнения подшипников крестовин КП замените крестовины.

При появлении хруста, скрежета или еще хуже вибрации исходящей от карданного вала – в строчном порядке установить автомобиль на смотровую площадку или отдать машину специалистам для осмотра карданной передачи и устранения дефекта, это сэкономит деньги и предотвратит появление более серьезной поломки.

Связанные термины

  • Задний мост
  • МКПП (механическая коробка передач)
  • АКПП (автоматическая коробка передач)

Карданный вал

Карданные валы в тележке рельсового ТС

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

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

Пару слов о ремонте карданного механизма

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:
  3. 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:

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!

Устройство и принцип работы

Карданный вал состоит из нескольких элементов: вала, двух крестовин, скользящей вилки, уплотнений, деталей крепления и ряда других элементов, в зависимости от конструкции. Карданный вал может состоять из одной, двух, трех и более секций. Длина, толщина и вес вала зависят от габаритов автомобиля.

Крестовина кардана.

Односекционный карданный вал состоит из центральной части и присоединенных к ней наконечников с крестовинами. Центральную часть делают из стальной трубы. Использование трубы обусловлено необходимостью снижения веса вала и экономии металла. Сплошными делают только очень короткие валы.


Односекционными валами комплектуют, в основном, спортивные автомобили. К примеру, односекционный кардан применен в конструкции Nissan GT-R. 

Карданный вал — одна из наиболее ремонтопригодных деталей. Его легко снять с автомобиля, а ремонт заключается в замене крестовин и подвесного подшипника

Карданный шарнир.

Работу карданной передачи обеспечивают шарнирные механизмы на основе крестовин. Крестовины позволяют двум сопряженным валам вращаться под переменным углом друг к другу. Наибольший коэффициент полезного действия достигается, когда угол вращения находится в пределах от 0° до 20°. Когда превышается этот показатель, крестовина  подвергается большой нагрузке. Кроме того, вал утрачивает сбалансированность и начинает вибрировать.

Еще один важный элемент — раздвижное шлицевое соединение кардана. Его применение обусловлено тем, что подвеска автомобиля, особенно, при преодолении препятствий, существенно растягивается по высоте. Коробка передач или раздаточная коробка, к которой присоединен один конец вала, жестко зафиксирована внутри кузова, а редуктор моста (вторая точка крепления кардана) сопряжен с подвеской. В результате, при переезде препятствия расстояние между коробкой и редуктором моста увеличивается. Карданный вал в этом случае должен «растянуться», и раздвижное шлицевое соединение помогает ему это сделать.

Еще одна важная деталь карданной передачи — подвесной подшипник. Он создает дополнительную опору для составного вала, удерживая его на месте и не мешая вращаться. Кронштейн подшипника крепится к кузову. Количество подшипников зависит от количества секций, из которых составлен вал.

Устройство и принцип работы карданной передачи

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

  1. Центральная труба – или на техническом языке «центральный вал». Это конструкция полой трубы из крепкого металлического сплава.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.

Это основные элементы устройства передачи. Конечно, кроме них существует много дополнительных механизмов – различные крепления, подвижные фланцы, уплотнители, защитные муфты и прочее.

Устройство карданной передачи

Конструкция передачи не сложная

В большинстве случаев, механизм крепится при помощи шлицевого соединения к коробке передач (при этом неважно какой, автоматической или механической). Каждая коробка передач имеет на своем подвижном конце отверстия с внутренними креплениями

Механизм работы шлицов сконструировано таким образом, чтобы они могли смещаться при движении машины.

Дальше устанавливается подшипник КВ, который крепится к кузову автомобиля при помощи специального кронштейна. Он служит дополнительным креплением и исключает смещение механизма при нагрузках и езде. К вилке КВ крепится крестовина с игольчатыми или другими подшипниками. Эта конструкция позволяет правильно передавать крутящий момент при различных изгибах кардана.


Когда водитель включает передачу и нажимает на газ, крутящий момент переходит на скользящую вилку и дальше поступает через крестообразный шарнир к главной передачи и колесам. Наиболее продуктивными являются углы шарнира от 0 до 20 градусов. Если по причине неисправности, происходит отклонение, может начаться сильный износ всего механизма или поломка. Наглядно принцип работы показан на видео, ниже.

Полезные рекомендации

Запомните, что игнорировать любые признаки неисправностей кардана ни в коем случае нельзя. Если не прислушиваться к этому совету, вы можете столкнуться со следующими последствиями:

  1. При обрыве кардана повреждается сам кузов автотранспортного средства. Дополнительно кардан может повредить трубопровод, который проходит по днищу автомобиля.
  2. Если будут наблюдаться постоянные вибрации, это негативно отразится на жёсткости креплений подвески и кузова. Также начнут ослабляться все резьбовые соединения, крепления салонных панелей. Машина буквально начнёт разваливаться на ходу.
  3. Все детали, непосредственно связанные с карданным валом, будут быстрее и интенсивнее изнашиваться. Это существенно сократит их эксплуатационный срок, потребует ранней замены и дорогостоящего ремонта.

Вряд ли кто-то из автовладельцев осознанно захочет столкнуться с подобными неприятностями.

Но во многом их можно избежать, если придерживаться нескольких простых правил. Все эти рекомендации направлены на увеличение срока службы карданного вала.

Если вы заинтересованы в сохранении ресурса КВ, тогда необходимо:

  • постараться минимизировать эксплуатацию автомобиля в условиях пересечённой местности;
  • не разгоняться резко;
  • плавно трогаться с места;
  • длительно не буксовать на машине;
  • не экономить на качественных запчастях;
  • проводить диагностические мероприятия;
  • при возникновении сложных неисправностей обращаться к квалифицированным мастерам.

Карданный вал является во многом важным элементом автотранспортного средства, который хоть и считается промежуточным звеном, но выполняет ключевую роль в работе заднеприводных и полноприводных автомобилей.

Узел не обладает крайне сложным устройством, а его принцип работы понятен многим. Это позволяет самостоятельно решать возникающие проблемы, своевременно обнаруживать неисправности и поддерживать КВ в рабочем состоянии в течение длительного периода времени, просто соблюдая несколько простых правил.

Процесс снятия и замены изделия

Ниже описана последовательность действий при замене привода переднего моста на автомашинах УАЗ Патриот.

  1. Установите автомобиль на эстакаду или подъемник, предварительно поставив под колеса противооткатные упоры.
  2. Отметьте мелом или зубилом положение карданного вала и фланцев раздаточного редуктора и переднего моста. Метки позволят продолжить эксплуатацию автомашины со старым приводом.
  3. Очистите болты крепления привода к фланцам. Для облегчения снятия изделия нанесите на соединения жидкость WD40.
  4. Открутите точки крепления. Если отвернуть болты не удается, обрежьте металлические элементы дисковой пилой. Для крепления кардана спереди и сзади используется по 4 болта с гайками, элементы отворачиваются с помощью 2 гаечных ключей на 14 и 17 мм.
  5. Выньте изношенный привод и установите на штатное место новую деталь. При монтаже рекомендуется использовать новые болты, на резьбу которых нанесен специальный герметик, не допускающий отворачивания элементов в процессе эксплуатации.
  6. Новый привод требует балансировки, которая выполняется в условиях сервисной станции. Эксплуатировать автомобиль с деталями, не прошедшими балансировку, запрещено, т.к. усиливается вибрация и есть риск разрушения элементов трансмиссии.

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

фото: cumminsforum.com

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

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.

Устройство и принцип работы

В состав КВ входят несколько элементов:

  • вал,
  • две крестовины,
  • скользящая вилка, уплотнения,
  • детали крепления в частности подвесной подшипник,
  • ряд других элементов, что зависит от разновидности конструкции.

В состав КВ могут входить несколько секций — одна, две, три и больше. Размеры и масса вала зависят от габаритов автомобиля. В устройство односекционного карданного вала входят центральная часть и присоединенные к ней наконечники с крестовинами.

Устройство карданного вала

Работоспособность системы карданной передачи (КП) обеспечивается шарнирными механизмами на основе крестовин. Крестовина дают возможность для двух сопряженных валов вращаться с изменяющимся углом друг относительно друга. Наивысший КПД достигается при угле вращения 0°…20°. В том случае, когда данный показатель превышен, крестовина подвержена значительным перегрузкам. К тому же вал теряет сбалансированность и появляется вибрация.

Еще один важный элемент — раздвижное шлицевое соединение КП. Его применение обусловлено тем, что подвеска автомобиля, особенно, при преодолении препятствий, существенно растягивается по высоте. Коробка передач или раздаточная коробка, к которой присоединен один конец вала, жестко зафиксирована внутри кузова, а редуктор моста (вторая точка крепления КП) сопряжен с подвеской. В результате, при переезде препятствия расстояние между коробкой и редуктором моста увеличивается. КВ в этом случае должен «растянуться», и раздвижное шлицевое соединение помогает ему это сделать.

Еще одна важная деталь КП — подвесной подшипник. Он создает дополнительную опору для составного вала, удерживая его на месте и не мешая вращаться. Кронштейн подшипника крепится к кузову. Количество подшипников зависит от количества секций, из которых составлен вал.

Классификация

Всего существует несколько типов карданных передач. Применяется несколько принципов классификации для определения конкретного устройства.

Если рассматривать виды карданных валов по их назначению, тогда выделяют следующие:

  1. Основные. Они выступают в качестве опоры для привода ведущих автомобильных колёс. То есть отвечают непосредственно за раскрутку колёс в машине.
  2. Вспомогательные. Применяются как элемент подсобного механизма. Их можно встретить в паре с насосами и лебёдками, к примеру. Также могут выступать в роли промежуточной конструкции в различных устройствах.

Также можно разделить карданные передачи на:

  1. Универсальные. Они отличаются способность компенсировать достаточно внушительные осевые перемещения.
  2. Простые. Они лишены каких-либо ухищрений и особенностей. Зато чётко и качественно выполняют возложенные на них обязанности.

Но и это не всё. Есть и другой вариант классификации, который также делить карданные передачи на 2 типа.

  1. Открытый. Это самостоятельный и отдельный механизм в конструкции автотранспортного средства.
  2. Закрытый. Такой кардан спрятан от посторонних взоров, либо же является интегрированным в другой элемент автомобиля.

Отталкиваясь от конструктивных особенностей и назначения, карданные валы можно разделить на односекционные и многосекционные.

Многосекционные преимущественно применяются в обычных легковых и грузовых автотранспортных средствах. В случае с односекционными карданами речь идёт уже о ситуациях, где большую роль играет необходимость быстрого вращения на ведущей оси. Это относится к спортивным автомобилям, которые оснащаются задним или полным приводом.


С этим читают