опишите назначение и основные части карданной передачи

Карданная передача

Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента между валами, расположенными под углом друг к другу. В автомобиле карданная передача применяется, как правило, в трансмиссии и рулевом управлении.

Посредством карданной передачи могут соединяться следующие элементы трансмиссии:

1. Двигатель и коробка передач;
2. Коробка передач и раздаточная коробка;
3. Коробка передач и главная передача;
4. Раздаточная коробка и главная передача;
5. Дифференциал и ведущие колеса.

Основным элементом карданной передачи является карданный шарнир. В зависимости от конструкции шарнира различают следующие типы карданных передач: с шарниром неравных угловых скоростей, с шарниром равных угловых скоростей, с полукарданным упругим шарниром, с полукарданным жестким шарниром.

Карданная передача с полукарданным жестким шарниром на автомобилях не применяется, т.к. не отвечает требованиям надежности и технологичности.

Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей

Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей имеет устоявшееся название – карданная передача, обиходное название – кардан. Данный тип передачи применяется в основном на заднеприводных автомобилях и автомобилях с полным приводом.

Карданная передача включает шарниры неравных угловых скоростей, расположенные на карданных валах. При необходимости используется промежуточная опора. На концах карданной передачи установлены соединительные устройства.
Шарнир неравных угловых скоростей объединяет две вилки, расположенные под углом 90° друг к другу, крестовину и фиксирующие элементы. Крестовина вращается в игольчатых подшипниках, установленных в проушинах вилок. Подшипники необслуживаемые, пластичная смазка закладывается в них при сборке и в процессе эксплуатации не меняется.

Особенностью шарнира неравных угловых скоростей является неравномерная (циклическая) передача крутящего момента, т.е. за один оборот ведомый вал дважды отстает и дважды обгоняет ведущий вал. Для компенсации неравномерности вращения в карданной передаче применяется не менее двух шарниров, по одному с каждой стороны карданного вала. При этом вилки противоположных шарниров располагаются в одной плоскости.

В карданной передаче в зависимости от расстояния, на которое передается крутящий момент, применяется один или два карданных вала. При двухвальной схеме первый вал носит название промежуточного, второй – заднего карданного вала. Место соединения валов фиксируется с помощью промежуточной опоры. Промежуточная опора крепится к кузову (раме) автомобиля. Для компенсации, возникающих в результате работы, изменений длины карданной передачи в одном из валов выполняется шлицевое соединение.

Соединение карданной передачи с другими элементами трансмиссии производится с помощью соединительных элементов: фланцев, муфт и др.

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей нашла широкое применение в переднеприводных автомобилях для соединения дифференциала и ступицы ведущего колеса.

Карданная передача данного типа включает два шарнира равных угловых скоростей, соединенных приводным валом. Ближайший к коробке передач (дифференциалу) шарнир носит название внутреннего, противоположный ему – внешний шарнир.

С целью снижения уровня шума карданная передача с шарниром равных угловых скоростей также применяется в трансмиссиях автомобилей с задним и полным приводом. В данном случае шарнир неравных угловых скоростей уступает более совершенной конструкции ШРУС.

Карданный шарнир равных угловых скоростей обеспечивает передачу крутящего момента от ведущего к ведомому валу с постоянной угловой скорость, независимо от угла наклона валов. Самым распространенным в конструкции трансмиссии переднеприводного автомобиля является шариковый шарнир равных угловых скоростей.

Шарнир равных угловых скоростей (сокращенное название – ШРУС, обиходное название – граната) представляет собой обойму, помещенную в корпус, между которыми движутся шарики.

Корпус имеет внутреннюю сферическую форму. Внутри корпуса располагается обойма. В корпусе и обойме выполнены канавки, по которым движутся шарики. Такая конструкция обеспечивает равномерную передачу крутящего момента от ведомого вала к ведущему под изменяющимся углом. Сепаратор удерживает шарики в определенном положении. Для защиты шарнира от негативных факторов внешней среды (кислорода, воды, грязи) на ШРУС устанавливается грязезащитный чехол – «пыльник».

При изготовлении в шарнир равных угловых скоростей закладывается смазка, приготовленная на основе дисульфида молибдена.

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.

Карданная передача. Назначение и общее устройство

Видео: Что такое карданная передача? Принцип работы, строение и основные неисправности. Разборка, сборка. Карданная передача, полуоси, ШРУС

Карданная передача служит для передачи крутящего момента от коробки передач или от раздаточной коробки к ведущему мосту автомобиля при изменяющихся углах между валами этих агрегатов. Такая передача нужна потому, что угол наклона карданного вала, соединяющего ведущий мост с коробкой передач или с раздаточной коробкой, во время движения автомобиля изменяется, так как ведущий мост прикреплен к раме автомобиля на рессорах и может относительно нее перемещаться.

Состоит карданная передача из карданов (карданных шарниров) и валов. Кардан является основным механизмом, который передает крутящий момент от одного вала к другому.

Основные части кардана: крестовина 16 и две вилки 7 и 15 с проушинами. Шипы 17 крестовины входят в проушины вилок и закрепляются в них шарнирно при помощи стальных стаканов 9 с игольчатыми подшипниками 10, защищаемых от проникновения грязи и утечки смазки сальниками 13. Смазываются подшипники через масленку 8, от которой масло к подшипникам подается по каналу 19, просверленному в крестовине. Для устранения чрезмерного давления смазки в крестовине установлен предохранительный клапан 18.

Рис. Устройство кардана: 1 — карданный вал; 2 — крышка сальника; 3 — сальник; 4 — шлицевый наконечник вала; 5 — шайбы сальника; 6 — масленка скользящей вилки кардана; 7 и 15 — вилки; 8 — масленка крестовины; 9 — стакан игольчатого подшипника; 10 — игольчатый подшипник; 11 — опорное кольцо подшипника; 12 — корпус подшипника; 13 — сальник; 14 — корпус сальника; 16 — крестовина; 17 — шип; 18 — предохранительный клапан; 19 — канал для масла; 20 — пластина крепления стакана подшипника; 21 — стопорная пластина; 22 — стяжной хомутик; 23 — резиновый гофрированный чехол

Крестовина кардана может свободно поворачиваться на некоторый угол относительно вилки одного вала, а вилка другого вала также может поворачиваться относительно крестовины.

Шлицевое соединение одной из вилок кардана с валом образует скользящее соединение, вследствие чего длина карданной передачи может изменяться при взаимных перемещениях коробки передач (раздатючной коробки) и ведущего моста.

Для уменьшения трения шлицевое соединение смазывается, через масленку 6.

Шлицевое соединение предохраняется от грязи и утечки смазки сальником 3 с крышкой 2. Для этой же цели используется резиновый гофрированный чехол 23, закрепляемый на карданном валу и подвижной вилке кардана стяжными хомутиками 22.

В карданной передаче, включающей только один кардан, скорость вращения ведомого вала при равномерном вращении ведущего непостоянна. Эта неравномерность резко возрастает с увеличением угла между ведомым и ведущим валами. Во избежание неравномерности вращения в автомобилях применяют двойную карданную передачу, т.е. вал с двумя карданами. В такой передаче при условии установки вилок обоих карданов на валу в одной плоскости неравномерность вращения, создаваемая первым карданом, выравнивается вторым карданом.

Для обеспечения равномерности вращения валов скользящие вилки карданов при сборке должны устанавливаться так, чтобы стрелки, имеющиеся на валах и вилках, находились в одной плоскости. Собранные карданные валы при помощи болтов крепятся фланцами вилок к фланцам валов коробки передач, раздаточной коробки и ведущих мостов.

Карданные валы изготавливаются трубчатыми с наваренными на концах наконечниками, на одном из которых имеются шлицы, а на другом — вилка кардана.

Лекция № Назначение, устройство и обслуживание карданных передач автомобиля Предназначение карданной передачи

Лекция №

Назначение, устройство и обслуживание карданных передач автомобиля

Предназначение карданной передачи

С началом своего движения автомобиль заставляет двигаться все свои узлы и агрегаты, в том числе и свою трансмиссию. Так как она находится в постоянном движении, соответственно взаимное месторасположение отдельных ее деталей может изменяться.

Неровное дорожное покрытие провоцирует колебание ведущих мостов, связанных подвеской. Рама и кузов автомобиля также совершают некоторые движения, как результат воздействия внешних факторов. Соответственно, могут смещаться относительно друг друга и оси валов агрегатов, которые передают крутящий момент от двигателя автомобиля к ведущим колесам.

Эта система агрегатов называется карданной передачей и предназначена она для того, чтобы уравновесить колебательные движения механизмов автомобиля для спокойной передачи крутящего момента.

В зависимости от автомобиля карданная передача может соединять такие механизмы:

Строение карданных передач в разных автомобилях одинаково, отличия лишь в размерах агрегатов или в форме отдельных элементов.

Конструкция карданной передачи

Карданную передачу составляют такие элементы:

Схема карданной передачи, автомобиль ГАЗ-3302 Газель:
1 — хвостовик скользящей вилки; 2 — грязеотражатель скользящей вилки; 3 — скользящая вилка; 4 — вилка промежуточного карданного вала; 5 — промежуточный карданный вал; 6 — грязеотражатель; 7 — промежуточная опора; 8 — защитное кольцо; 9 — подшипник промежуточной опоры; 10 — защитное кольцо; 11 — шлицевая вилка; 12 — П-образная пластина; 13 — стопорная шайба; 14 — крестовина; 15 — вилка заднего карданного вала; 16 — задний карданный вал; 17 — фланец ведущей шестерни главной передачи; 18 — задний карданный шарнир; 19 — игольчатый подшипник; 20 — стопорное кольцо; 21 — болт; 22 — уплотнительное кольцо.

Эластичная муфта в этой конструкции поглощает резкие рывки и вибрационные движения.

Схема эластичной муфты:
1 — муфта эластичная; 2 — фланец промежуточного вала коробки передач; 3 — грязевой отражатель; 4 — промежуточный вал коробки передач; 5 — гайка; 6 — уплотнитель центрирующего кольца; 7 — кольцо центрирующее; 8 — вкладыши муфты эластичной; 9 — болт; 10 — пробка; 11 — фланец переднего карданного вала; 12 — манжета; 13 — шлицевой конец переднего карданного вала.

С помощью двух фланцев муфта соединяет коробку переключения передач и передний карданный вал. Эти два механизма совмещаются с помощью центрирующего кольца на валу коробки передач и центрирующей втулки, которая находится во фланце карданного вала.

Карданные валы созданы из стальной трубы. Передний вал оборудован шлицевыми наконечниками, а задний — вилками карданных шарниров.

Промежуточная опора представляет собой шариковый подшипник, который установлен в кронштейне внутри резиновой изоляционной подушки.

Карданный шарнир состоит из двух вилок, соединенных между собой крестовиной. Сами вилки закреплены на карданных валах. На полых шипах крестовины находятся игольчатые подшипники с уплотнительными кольцами.

Типы карданных передач

Главную роль в карданной передаче выполняет карданный шарнир, в зависимости от конструкции которого выделяют такие типы карданных передач:

По количеству валов карданные передачи могут быть: одновальные, двухвальные и многовальные, а по количеству шарниров — одношарнирные, двухшарнирные и многошарнирные.

Работа карданных передач

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей, как правило, используется в автомобилях с передним приводом для соединения коробки передач с ведущими колесами. Этот механизм состоит из двух шарниров (внешнего и внутреннего), которые соединяются приводным валом.

Схема шарнира равных угловых скоростей (ШРУС):
1 — хомут;2 — полуось; 3 — грязезащитный чехол («пыльник»); 4 — хомут; 5 — сепаратор; 6 — обойма; 7 — малая полуось; 8 — корпус шарнира; 9 — стопорное кольцо; 10 — шарик; 11 — конусное кольцо; 12 — пружинная шайба.

Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) имеет сферический корпус, внутри которого находится обойма. В обойме и корпусе расположены канавки, по которым передвигаются металлические шарики. Представленная конструкция позволяет равномерно передавать крутящий момент, даже несмотря на изменяющийся угол наклона механизмов.

Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей в зависимости от расстояния, на которое надо передать крутящий момент имеет один или два карданных вала. Если используется два вала, то первый вал называется промежуточным, а второй — задним карданным валом. Валы соединяются с помощью промежуточной опоры, которая прикреплена к кузову автомобиля.

Шарнир неравных угловых скоростей представляет собой две вилки, расположенные друг к другу под углом 90 градусов, крестовину и соединительные элементы (болты, муфты, фланцы). Подшипники, в которых вращается крестовина, вставлены в специальные отверстия вилок.

Представленная карданная передача отличается тем, что в процессе работы крутящий момент движется неравномерно, то есть за один цикл ведомый вал два раза отстает и два раза опережает ведущий вал, поэтому здесь применяется как минимум два шарнира — по одному на каждом конце вала.

Карданная передача с полу карданным упругим шарниром обеспечивает перемещение крутящего момента между двумя валами, находящимися под небольшим углом относительно друг друга.

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:

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

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:

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:

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:

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.
» alt=»»>
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:

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

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.
» alt=»»>
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.

Карданные передачи в автомобиле. Виды, конструкции и устройство карданных передач

1. Назначение, классификация и основные требования

Карданные передачи предназначены для передачи крутящего момента от одного агрегата (механизма) автомобиля к другому, если оси их валов не лежат на одной прямой или во время работы изменяют относительное положение в пространстве.

На автомобилях с помощью карданных передач осуществляется передача крутящего момента от коробки передач, раздаточной коробки или коробки отбора мощности к ведущим мостам или ведущим колесам, к дополнительным агрегатам и механизмам автомобиля. В общем случае карданная передача (рис. 1) состоит из следующих конструктивных (функциональных) элементов: карданных шарниров 1, 2, 3, карданных валов 4, 5, промежуточной опоры 6 с подшипником и компенсирующего соединения 7.

Рис. 1. Схема карданной передачи

Валы карданной передачи обеспечивают передачу крутящего момента на необходимое расстояние, карданные шарниры передачу крутящего момента между момента между валами, оси которых расположены под углом. Компенсирующее соединение обеспечивает изменение длины и относительного положения валов карданной передачи, например, при вертикальном перемещении ведущего моста на упругом элементе подвес­ки, в результате чего меняется длина вала 5 и величина углов γ.

Промежуточная опора поддерживает валы в передачах, имеющих два вала и более. Карданная передача должна обеспечить:

Карданные передачи подразделяются (классифицируются) по назначению и конструктивным признакам.

По конструктивным признакам:

2. Типы и кинематика карданных шарниров

Карданные шарниры по кинематическим свойствам разделяются на шарниры: неравных угловых скоростей — упругие и жесткие, равных угловых скоростей.

Упругие карданные шарниры (мягкий) неравных угловых скоростей имеют два конструктивных исполнения: с упругой муфтой или с резина-металлическими втулками (упругая втулочно-пальцевая муфта).

Шарнир с упругой муфтой (рис. 2) может передавать крутящий момент при углах между вала­ми до (3… 5)° и допускает небольшое осевое смещение валов.

Рис. 2. Упругий карданный шарнир: а — схема; 6 — конструктивный вариант

Шарниры с упругой муфтой применяются для соединения установленных на раме или несущей системе агрегатов трансмиссии (коробка передач, раздаточная коробка) и обеспе­чивают компенсацию угловых и линейных отклонений установочных размеров. Обладая демпфирующими свойствами, шарниры несколько снижают динамические нагрузки на детали трансмиссии при резком изменении крутящего момента и способствуют гашению вибраций и крутильных колебаний в трансмиссии.

На ведущей 1 и ведомой 2 частях шарнира жестко закреплены пальцы 4, входящие в армированные тонкостенными металлическими втулками отверстия упругой (резиновой) муфты 5. Наружная поверхность муфты охватывается металлической обоймой 3. Передача крутящего момента сопровождается упругой деформацией муфты и неравномерностью вращения ведомого вала, но при небольших углах между валами нагрузка на детали карданной передачи увеличивается незначительно.

Шарнир с резино-металлическими втулками (рис. 3) допускает установочные углы между валами до 12° и большее осевое смещение валов соединяемых агрегатов.

Рис. 3. Шарнир с резинометаллическими втулками

Резина-металлическая втулка 1 легко может быть заменена в случае поломки. Основное применение шарниры такого типа получили в трансмиссиях тракторов и стационарных механизмов.

Жесткий карданный шарнир неравных угловых скоростей (асинхронный простой жесткий карданный шарнир) передает крутящий момент через подвижные соединения жестких деталей. Вилки шарнира 3 и 5 (рис. 4) жестко закреплены на ведущем 1 и ведомом 2 валах карданной передачи.

Рис. 4. Кинематика асинхронного жесткого карданного шарнира

В цилиндрические отверстия проушин вилок установлены концы (шипы) А, Б, В, Г крестовины 4. Шипы крестовины неподвижны в осевом направлении, но могут вращаться в отверстиях вилок. При вращении ведущего вала, шипы А и В крестовины 4 вращаются в плоскости, перпендикулярной оси вала 1. Шипы Б и Г крестовины 4, вращаясь в плоскости, расположенной под углом у к плоскости вращения шипов А и В, одновременно поворачиваются относительно этой оси.

Угол между осью шипов Б и Г и осью ведущего вала, при его поворо­те, изменяется в пределах от 0 до γ через каждые 90°. Эта особенность кинематики шарнира приводит к неравномерному вращению ведомого вала при равномерном вращении ведущего. При повороте ведущего вала на угол а, мгновенное значение угла поворота р ведомого вала (рис. 4) будет изменяться в зависимости от величин углов а и р, что отображается зависимостью tgα = tgβcosγ. Неравномерность вращения ведомого вала является причиной появления в трансмиссии дополнительных пульсирующих нагрузок, возрастающих с увеличением угла γ, рис. 5.

Рис. 5. Неравномерность вращения частей асинхронного жесткого карданного шарнира

При γ = 10° разность (φ₁ — φ₂) 0 между углами поворота ведущего φ₁ и ведомого φ₂ валов передачи составляет примерно 0,5°, а при γ= 30° становится более 4°. Но уже при γ = 15… 20° нагрузка на трансмиссию, за счет неравномерности вращения карданной передачи превышает нагрузку от крутящего момента двигателя. Чтобы избежать неравномерного вращения ведомого вала карданной передачи, должны быть выполнены определенные требования в отношении её конструкции.

Рис. 6. Карданная передача с асинхронными шарнирами

В силу особенностей компоновки автомобиля бывает достаточно трудно обеспечить равенство углов а ₁ и а _2, и расположить оси всех валов в одной плоскости. Кинематические погрешности уста­новки валов компенсируют уменьшением установочных углов валов карданной передачи. Для этого ось вращения коленчатого вала двигателя и ведущего вала главной передачи устанавливают с наклоном относительно рамы автомобиля.

Жесткий карданный шарнир равных угловых скоростей (синхронный) обеспечивает равенство мгновенных значений угловых скоростей ведущего и ведомого валов при любых их относительных положениях. Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) может быть получен из двух шарниров неравных угловых скоростей.

В этом случае длина неравномерно вращающегося вала уменьшается до размера, обеспечивающего размещение крестовин. Конструкция таких шарниров в случае использования вместо игольчатых подшипников скольжения может быть значительно упрощена.

Конструктивными вариантами шарниров с подшипниками скольжения являются кулачковый и кулачково-дисковый шарниры. Кроме указанных типов шарниров равных угловых скоростей, широко используются шариковые шарниры. Принцип действия шарикового карданного шарнира равных угловых скоростей объясняется из следующих соображений. Равенство угловых скоростей валов 1 и 2, (рис. 7), возможно, если выполняется условие равенства линейных скоростей точки Б, принадлежащей обоим валам.

Рис. 6.7. Кинематика синхронного жесткого карданного шарнира

Скорость точки Б, принадлежащей валу 1, равна v1 = ω₁b, принадлежащей валу 2, равна, v2 = ω₂a. Отсюда следует: для равенства угловых скоростей точки Б, принадлежащей одновременно валам 1 и 2 (ω₁ = ω₂) необходимо, чтобы радиусы вращения точки относительно каждого вала были равны, а = b. Условие может быть выполнено, если равны углы Ψ и Θ, т. е., если точка Б лежит в биссекторной плоскости угла (180° — γ) и перемещается в этой плоскости при вращении валов. Конструктивно это условие обеспечивается различными способами.

3. Конструкции шарниров карданных передач

Асинхронный жесткий карданный шарнир (рис. 8, а) состоит из двух неподвижно закрепленных на ведущем и ведомом валах стальных вилок 6 и 1О и шарнирно соединяющей их крестовины 8. Крестовина 8 соединяется с вилкой подвижно с помощью игольчатого подшипника. Корпус подшипника 3 (рис. 8, б) устанавливается в отверстие проушины 12 вилки с натягом и фиксируется от осевого перемещения и поворота с помощью крышки 4. Иголки 15 подшипника опираются на цилиндрические шлифованные поверхности 13 шипов вилки. Между торцевыми поверхностями корпуса 3 и шипов вилок 13 устанавливаются грязеотражатели 16 и сальники 5, предохраняющие поверхности подшипника от попадания грязи и препятствующие вытеканию смазки. Сальник устанавливается в тонкую штампованную обойму 17 и запрессовывается в корпус подшипника. В современных конструкциях подшипников крестовин смазка может закладываться при сборке или подаваться в процессе обслуживания карданной передачи.

Рис. 8. Конструкция асинхронного жесткого карданного шарнира

Фиксация корпуса в осевом направлении осущестJВляется с помощью крышки 4 (рис. 8, б) или стопорного кольца 14 (рис. 8, в). Игольчатые подшипники позволяют уменьшить размеры карданного шарнира и увеличить число тел качения, передающих крутящий момент. При небольших углах между валами перекатывание иголок по поверхности шипа затруднено, в результате иголки подшипника могут вдавливаются в поверхность шипов (явление «бринелирования)» и шарнир выходит из строя. Поэтому в карданных передачах обеспечивается небольшая (1… 2)° разность между углами установки валов, обеспечивающая перемещение иголок.

Синхронные жесткие карданные шарниры являются достаточно сложными конструктивно, технологически и более дорогими. Поэтому их в основном применяют в приводах управляемых колес или для снижения вибрации карданной передачи. Карданные шарниры равных угловых скоростей по конструкции делятся: на шариковые с делительными канавками, шариковые с делительным рычажком, кулачковые, дисковые и сдвоенные простые жесткие.

Простой сдвоенный карданный шарнир (рис. 9) состоит двух простых карданных шарниров, установленных на ведущем 1 и ведомом 2 валах и короткого вала 3 (сдвоенной вилки) между ними. Центры сферических поверхностей вала 1 и сферического делителя 5, подвижно установленного на конце 4 вала 2, расположены на оси валов, на середине расстояния между осями крестовин 7 и 8. При угловом смещении одного из валов, центр сферического отверстия 6, жестко соединенного с валом 1, смещается по дуге окружности, равной половине расстояния между осями вертикально расположенных шипов.

Сферический делитель 5 поворачивается в плоскости осей валов, а подвижный конец 4 вала 2 смещается относительно делителя и центр шарнира делителя оказывается смещенным в сторону ведущего вала. Защитный чехол 9 герметично закрывает полость делителя 5. Для шарниров неравных уг­ловых скоростей, объединенных сдвоенной крестовиной равенство угловых скоростей валов должно обеспечиваться делительным рычажком. Однако такое равенство возможно только при равенстве углов α₁=α_2, рис. 9.

Рис. 9. Схема сдвоенного карданного шарнира

В данной конструкции это требование не соблюдается, так как при наклоне вала плечо, связанное с левым валом, остается постоянным, а плечо, связанное с другим валом, увеличивается. Поэтому в сдвоенном шарнире с делительным рычажком синхронное вращение соединяемых валов может быть обеспечено только с некоторым приближением. Несмотря на имеющееся кинематическое несоответствие, делитель обеспечивает поворот валов примерно на одинаковые углы, и угловые скорости валов отличаются незначительно.

Кулачковый шарнир (рис. 10) состоит из двух вилок 1 и 6, соединенных с ведущим и ведомыми валами, и двух фасонных кулачков 3 и 4.

Рис. 10. Конструкция кулачкового шарнира: а — схема; 6 — детали

Угловое перемещение деталей осуществляется при скольжении сопряженных цилиндрических и центрирующих плоских поверхностей вилок и кулачков. Цилиндрические поверхности 7 вилок 1 и 6 охватывают цилиндрические поверхности кулачков 8, которые центрируются по плоскости вилок прямоугольными вырезами 9. Фасонный выступ 2 кулачка 3 (сегмент диска) входит в фасонную прорезь 5 (такой же формы) кулачка 4, центрируется по боковым поверхностям прорези и может поворачиваться в прорези. Конструкция кулачкового шарнира подобна простому сдвоенному шарниру, при этом фасонные кулачки выполняют функции сдвоенной вилки.

Шарниры используются в приводах управляемых колес ведущих мостов грузовых автомобилей с большой полной массой. Размещенные в картере моста они защищены от воздействия внешних факторов и хорошо смазываются, а сравнительно большая поверхность контакта деталей снижает нагрузку и обеспечивает приемлемую долговечность. Карданный шарнир такого типа обеспечивает передачу крутящего момента при углах до 40°.

Кулачково-дисковый шарнир (рис. 11) состоит из ведущей 1 и ведомой 4 вилок, жестко закрепленных на валах карданной передачи, кулачков 2 и 3 и диска 5.

Рис. 11. Конструкция кулачково-дискового шарнира

Рис. 12. Шариковый шарнир с центрирующим шариком

Средние линии профилированных канавок являются окружностями с одинаковыми радиусами R, (рис. 12, 6) центры которых удалены на одинаковое расстояние «а» от центра шарнира. При вращении вилок, средние линии канавок образуют две сферические поверхности с радиусом R, линия пересечения которых является окружностью, расположенной в биссекторной плоскости А-А угла между валами. При этом центры шариков, расположенные на средней линии канавок, благодаря симметричному расположению канавок в обеих вилках, также всегда находятся в биссекторной плоскости.

Шарик 7 обеспечивает центрирование валов и обеспечивает беззазорное соединение вилок. Передача крутящего момента с помощью шариков приводит к значительным контактным напряжениям на поверхности сопряженных деталей, тем более, что конструкция шарнира предусматривает передачу крутящего момента в каждом направлении с помощью двух, а не всех четырех шариков. В случае несоосности валов, шарики не только катятся по канавкам, но и скользят по их поверхностям. В сочетании с большими контактными напряжениями это снижает долговечность шарниров.

Шариковые шарниры такого типа в основном применяются в ведущих управляемых мостах грузовых и легковых автомобилей с отключаемым приводом. Корпус шарнира, соединяющий поворотный кулак с кожухом ведущего моста, испытывает большие осевые нагрузки, что ограничивает возможность их использования. Шарниры обеспечивают передачу крутящего момента при углах между валами до 30°.

Шариковый июрнир с делительным рычагом (рис. 13, 14) состоит из ведущей звездочки 3 и сферического корпуса 1, закрепленного на ведомом валу, сепаратора 4, делительного рычага 7 с пружиной 6, закрепленного внутри корпуса 1, направляющей чашки 5 и шести шариков 2.

Рис. 13. Детали шарикового шарнира с делительным рычагом

На внутренней поверхности корпуса 1 и наружной поверхности звездочки 3 имеются по шесть канавок 9 и 10 с тороидальными поверхностями, симметричными относительно плоскости, проходящей через оси валов. В канавках находятся шарики 2, их относительное положение задается сепаратором 4 и направляющей чашкой 5. Делительный рычаг 7 с помощью шарнира 9 (рис. 14) закреплен в направляющей чашке. Сферическая поверхность 10 делительного рычага устанавливается в отверстие корпуса 1 шарнира, а сферическая поверхность 8 — в сферическую втулку 11, запрессованную в отверстие звездочки З. Рычаг поджимается пружиной 6, обеспечивающей беззазорное соединение делительного рычага со звездочкой.

Рис. 14. Шариковый шарнир с делительным рычагом: а — схема; 6 — конструкция

При изменении угла между валами делительный рычаг 7 перемещает направляющую чашку 5 и вместе с ней сепаратор 3, таким образом, что центры шариков располагаются в плоскости, делящей этот угол между валами пополам. Крутящий момент в шарнире передается через все шарики, поэтому карданные шарниры такого типа отличаются высокой долговечностью, работают при углах между валами до 35… 38°.

Шариковый шарнир с эксцентричным расположением канавок (рис. 15) состоит из ведомой части — корпуса 1, ведущей звездочки 4, жестко закрепленной на валу 5, и шариков 2, установленных в сепараторе 3. Шарнир закрыт резиновым гофрированным чехлом 6. Тороидальные поверхности канавок корпуса 1, звездочки 4 и центры шариков 2 образуют эксцентричные сферические поверхности. Центр сферы корпуса 1 — 0₁ и центр сферы звездочки 3 — 0₃ с радиусом R₃ смещены относительно центра сферы центров шариков — О на расстояние «а» (рис. 15, б). Если появляется угол между валами, расстояние между поверхностями сфер корпуса и звездочки меняется. Например, при повороте вала 5 по часовой стрелке, верхний шарик, под действием составляющей нормальных сил в точках контакта, выталкивается из уменьшающегося по высоте зазора между корпусом и звездочкой, а нижний (и другие шарики) за счет сепаратора смещается в сторону увеличения этого зазора.

Рис. 15. Шариковый шарнир с эксцентричным расположением канавок: а — конструкция; б — схема

Работа шарнира отличается менее точной кинематикой, чем работа шарикового шарнира с делительным рычагом, но простота конструкции, надежность и небольшие габариты обеспечили массовое применение шарнира в приводах управляемых ведущих колес.

4. Конструктивные элементы карданных передач

Компенсирующие соединения карданной передачи (рис. 16) применяются в тех случаях, когда агрегаты трансмиссии закреплены на упругих опорах и при движении автомобиля, за счет деформации опор и вследствие кинематического несоответствия траекторий соединяемых карданной передачей валов агрегатов, происходит их относительное перемещение, угловое или линейное. В качестве компенсирующих соединений на автомобилях применяют в основном подвижные шлицевые соединения (шлицевые муфты).

В таких конструкциях предусматривается периодическое смазывание шлицевых поверхностей. В некоторых конструкциях шлицевое соединение может быть выполнено в картере коробки передач. Последний вариант обеспечивает смазку шлицевой муфты жидким трансмиссионным маслом. Шлицевое компенсирующее соединение карданной передачи состоит (рис. 16) из шлицевого наконечника 1 вала 2, жестко соединенного с вилкой 3.

Рис. 16. Конструкция шлицевого компенсатора промежуточной опоры

Шлицевой наконечник 1 подвижно сопрягается с шлицевой втулкой 4, приваренной к валу 5. Промежуточный вал 5 соединяется с коробкой передач, а второй его конец устанавливается в подшипнике 6 промежуточной опоры 7 и фиксируется от осевого смещения гайкой 8. Внутренняя полость 12 шлицевой втулки закрывается заглушкой 11. С наружной стороны втулки на резьбе устанавливается сальник 9, уплотняющий зазор между втулкой и цилиндрической частью наконечника вилки. Соединение дополнительно может защищаться гофрированным чехлом 10. Для снижения трения в шлицах, во внутреннюю полость втулки закладывается смазка в количестве, обеспечивающем свободное перемещение шлицевых деталей муфты.

Передача трансмиссией большого крутящего момента приводит к значительной нагрузке на шлицевое соединение. Одновременно реактивный момент, действующий на ведущий мост, закручивает его и вызывает смещение шлицевого наконечника вилки. В случае, если шлицевые части муфты плохо смазываются, сила трения в муфте становится больше осевой силы, действующей на вилку. Подвижное шлицевое соединение блокируется, и осевое усилие, действующее на карданную передачу, уравновешивается только реакциями опор силового агрегата. В определенных условиях это может привести к разрушению опор или корпусных деталей силового агрегата.

Наиболее эффективным способом устранения указанного недостатка является применение компенсаторов с трением качения. Известны конструктивные варианты компенсаторов с трением качения и рабочими элементами в виде шариков или роликов.

Промежуточная опора обеспечивает крепление промежуточного и основного валов карданной передачи в положении, обеспечивающем оптимальные установочные углы между валами трансмиссии. Корпус опоры 7 (рис. 16) крепится к полу кузова или поперечине рамы. Для устранения нагрузки в карданной передаче, обусловленной неточностью монтажа опоры, снижения вибраций и шума, передаваемых от карданной передачи на несущую систему автомобиля, подшипник 6 промежуточный опоры устанавливается в упругом резиновом блоке 13. Для снижения жесткости, блок имеет слоистую или ячеистую структуру. Подшипник 6 защищен двумя сальниками 14, установленными в обойме 15.

Карданные валы при разгоне автомобиля могут вращаться с частотой до 100, а при движении на прямой передаче с частотой 50 — 75 оборотов в секунду. Основные требования к конструкции валов карданной передачи устанавливаются исходя из особенностей их работы. Поэтому дисбаланс вала (смещения центра масс вала от оси вращения) приводит к появлению дополнительных нагрузок вследствие действия центробежных сил, пропорциональных частоте вращения. Центробежная сила действует перпендикулярно оси вращения и изгибает вал, увеличивая его дисбаланс. До определенной величины центробежная сила уравновешивается упругой силой, возникающей при деформации вала.

Упругая сила деформации вала зависит от изгибной жесткости (геометрических размеров и свойств материала) и не зависит от скорости его вращения. При определенной частоте вращения передачи (критическая частота) центробежная сила может стать больше силы упругой деформации. В этом случае, динамические нагрузки в трансмиссии и уровень вибрации, передаваемый на несущую систему автомобиля, существенно увеличиваются, а вал может потерять устойчивость (необратимо деформироваться). Работа карданной передачи в режиме критической частоты недопустима. Размеры валов подбирают так, чтобы критическая частота находилась вне диапазона возможного изменения частоты вращения карданной передачи. На критическую частоту влияют длина вала, размеры его поперечного сечения, конструктивные особенности вала и его опор.

Для уменьшения центробежной силы, карданные валы при изготовлении динамически балансируют. Для устранения дисбаланса к валу вблизи вилок, со стороны, противоположной смещению центра масс, привариваются точечной сваркой стальные пластины. Массу пластин, обеспечивающую приемлемую величину дисбаланса, определяют в процессе динамической (при вращении вала) балансировки. Максимальная величина биения карданного вала в сборе не должна превышать (0,5… 0,8) мм.

Центрирование элементов карданных передач в серийном и массовом производстве обеспечивается конструктивно, за счет назначения соответствующих допусков размеров, определяющих взаимное расположение деталей. Центрирование деталей простого жесткого карданного шарнира предполагает максимальное (по техникоэкономическим соображениям) приближение точек пересечения осей вращения вилок и осей шипов крестовины. Центрирование вала карданной передачи обеспечивает максимально возможное по тем же соображениям приближение геометрической оси вала к оси его вращения.

Назначение устройство принцип работы карданной передачи

Карданный шарнир равных угловых скоростей обеспечивает передачу крутящего момента от ведущего к ведомому валу с постоянной угловой скорость, независимо от угла наклона валов. Самым распространенным в конструкции трансмиссии переднеприводного автомобиля является шариковый шарнир равных угловых скоростей.

Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента между валами, расположенными под углом друг к другу. В автомобиле карданная передача применяется, как правило, в трансмиссии и рулевом управлении.

Посредством карданной передачи могут соединяться следующие элементы трансмиссии:

Основным элементом карданной передачи является карданный шарнир. В зависимости от конструкции шарнира различают следующие типы карданных передач: с шарниром неравных угловых скоростей, с шарниром равных угловых скоростей, с полукарданным упругим шарниром, с полукарданным жестким шарниром.

Карданная передача с полукарданным жестким шарниром на автомобилях не применяется, т.к. не отвечает требованиям надежности и технологичности.

Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей

Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей имеет устоявшееся название – карданная передача, обиходное название – кардан. Данный тип передачи применяется в основном на заднеприводных автомобилях и автомобилях с полным приводом.

Карданная передача включает шарниры неравных угловых скоростей, расположенные на карданных валах. При необходимости используется промежуточная опора. На концах карданной передачи установлены соединительные устройства.

Шарнир неравных угловых скоростей объединяет две вилки, расположенные под углом 90° друг к другу, крестовину и фиксирующие элементы. Крестовина вращается в игольчатых подшипниках, установленных в проушинах вилок. Подшипники необслуживаемые, пластичная смазка закладывается в них при сборке и в процессе эксплуатации не меняется.

Особенностью шарнира неравных угловых скоростей является неравномерная (циклическая) передача крутящего момента, т.е. за один оборот ведомый вал дважды отстает и дважды обгоняет ведущий вал. Для компенсации неравномерности вращения в карданной передаче применяется не менее двух шарниров, по одному с каждой стороны карданного вала. При этом вилки противоположных шарниров располагаются в одной плоскости.

В карданной передаче в зависимости от расстояния, на которое передается крутящий момент, применяется один или два карданных вала. При двухвальной схеме первый вал носит название промежуточного, второй – заднего карданного вала. Место соединения валов фиксируется с помощью промежуточной опоры. Промежуточная опора крепится к кузову (раме) автомобиля. Для компенсации, возникающих в результате работы, изменений длины карданной передачи в одном из валов выполняется шлицевое соединение.

Соединение карданной передачи с другими элементами трансмиссии производится с помощью соединительных элементов: фланцев, муфт и др.

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей нашла широкое применение в переднеприводных автомобилях для соединения дифференциала и ступицы ведущего колеса.

Карданная передача данного типа включает два шарнира равных угловых скоростей, соединенных приводным валом. Ближайший к коробке передач (дифференциалу) шарнир носит название внутреннего, противоположный ему – внешний шарнир.

С целью снижения уровня шума карданная передача с шарниром равных угловых скоростей также применяется в трансмиссиях автомоблей с задним и полным приводом. В данном случае шарнир неравных угловых скоростей уступает более соершенной конструкции ШРУС.

Карданный шарнир равных угловых скоростей обеспечивает передачу крутящего момента от ведущего к ведомому валу с постоянной угловой скорость, независимо от угла наклона валов. Самым распространенным в конструкции трансмиссии переднеприводного автомобиля является шариковый шарнир равных угловых скоростей.

Шарнир равных угловых скоростей (сокращенное название – ШРУС, обиходное название – граната) представляет собой обойму, помещенную в корпус, между которыми движутся шарики.

Корпус имеет внутреннюю сферическую форму. Внутри корпуса располагается обойма. В корпусе и обойме выполнены канавки, по которым движутся шарики. Такая конструкция обеспечивает равномерную передачу крутящего момента от ведомого вала к ведущему под изменяющимся углом. Сепаратор удерживает шарики в определенном положении. Для защиты шарнира от негативных факторов внешней среды (кислорода, воды, грязи) на ШРУС устанавливается грязезащитный чехол – «пыльник».

При изготовлении в шарнир равных угловых скоростей закладывается смазка, приготовленная на основе дисульфида молибдена.

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.

Карданная передача у большинства легковых автомобилей состоит из одной тонкостенной стальной трубы и двух шарниров- карданов.

Опрос

Карданная передача у большинства легковых автомобилей состоит из одной тонкостенной стальной трубы и двух шарниров- карданов.

Одни из карданов соединен с трубой при помощи шлицев, что позволяет карданному валу несколько изменять при движении автомобиля свою длину.

Устройство кардана и принцип работы карданной передачи показаны на рис. 36. На крестовину кардана ставят проушинами две вилки: одна является частью трубы карданного вала, другая частью фланца. После этого в проушинах размещают игольчатые подшипники в обоймах. Они охватывают шейки крестовины и закрепляются в проушинах стальными стопорными кольцами. При наличии таких карданов передача способна передавать вращение под различными, изменяющимися при движении автомобиля углами.

Такая передача из-за большой длины карданного вала часто вибрирует. Кроме того, пол кузова некоторых легковых автомобилей имеет арку для карданного вала, а это создает неудобства для пассажиров. Поэтому на легковые автомобили стали ставить карданную передачу с укороченным карданным валом. Коробка же передач осталась на своем месте. Получился разрыв между ведомым валом коробки передач и передним фланцем карданной передачи. Для компенсации этого разрыва нужен был дополнительный вал.

Так появился у карданной передачи промежуточный вал, передний конец которого при помощи кардана связан с ведомым валом коробки передач, а задний конец — с передним концом карданного вала при помощи шлицевого соединения и кардана. При этом задний конец проходит через шариковый подшипник опоры — кронштейна, жестко закрепленного снаружи на днище кузова. Пол кузова стал более ровным, возможности появления вибраций карданной передачи уменьшились.

Неисправности в карданной передаче заключаются в ослаблении затяжки болтов крепления фланцев карданов, в износе деталей карданов и, в частности, подшипников, из шлицевого соединения карданного вала. Эти неисправности вызывают «шум» и даже стук при работе карданной передачи, и их надо устранять, так как это опасно для движения автомобиля.

Игольчатые подшипники смазывают автотракторным трансмиссионным маслом при помощи шприца, используя отдельные масленки, установленные на крестовинах карданов. Шлицевое соединение карданных валов смазывают солидолом через пресс-масленку. Сроки смазки указываются в инструкции по эксплуатации автомобиля.

Карданная передача служит для передачи вращающего момента между агрегатами, оси валов которых не лежат на одной прямой и могут изменять свое взаимное положение.

Карданная передача служит для передачи вращающего момента между агрегатами, оси валов которых не лежат на одной прямой и могут изменять свое взаимное положение.

Рис. Схема карданной передачи:
1, 4, 6 — карданные валы; 2, 5 — карданные шарниры; 3 — компенсирующее соединение; у1, у2 — углы между валами

В общем случае карданная передача состоит из карданных шарниров 2 и 5, карданных валов 1,4 и 6 и компенсирующего соединения 3. Иногда карданный вал устанавливают на промежуточной опоре, прикрепленной к поперечине рамы ТС.

Упругие карданные шарниры передают вращающий момент между валами с пересекающимися под углом 2…3° осями в результате упругой деформации соединительных элементов.

Рис. Схема жесткого карданного шарнира неравных угловых скоростей

Рис. Схема карданного шарнира равных угловых скоростей

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.

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.

Основные части кардана: крестовина 16 и две вилки 7 и 15 с проушинами. Шипы 17 крестовины входят в проушины вилок и закрепляются в них шарнирно при помощи стальных стаканов 9 с игольчатыми подшипниками 10, защищаемых от проникновения грязи и утечки смазки сальниками 13. Смазываются подшипники через масленку 8, от которой масло к подшипникам подается по каналу 19, просверленному в крестовине. Для устранения чрезмерного давления смазки в крестовине установлен предохранительный клапан 18.

Видео: Что такое карданная передача? Принцип работы, строение и основные неисправности. Разборка, сборка. Карданная передача, полуоси, ШРУС

Карданная передача служит для передачи крутящего момента от коробки передач или от раздаточной коробки к ведущему мосту автомобиля при изменяющихся углах между валами этих агрегатов. Такая передача нужна потому, что угол наклона карданного вала, соединяющего ведущий мост с коробкой передач или с раздаточной коробкой, во время движения автомобиля изменяется, так как ведущий мост прикреплен к раме автомобиля на рессорах и может относительно нее перемещаться.

Состоит карданная передача из карданов (карданных шарниров) и валов. Кардан является основным механизмом, который передает крутящий момент от одного вала к другому.

Основные части кардана: крестовина 16 и две вилки 7 и 15 с проушинами. Шипы 17 крестовины входят в проушины вилок и закрепляются в них шарнирно при помощи стальных стаканов 9 с игольчатыми подшипниками 10, защищаемых от проникновения грязи и утечки смазки сальниками 13. Смазываются подшипники через масленку 8, от которой масло к подшипникам подается по каналу 19, просверленному в крестовине. Для устранения чрезмерного давления смазки в крестовине установлен предохранительный клапан 18.

Крестовина кардана может свободно поворачиваться на некоторый угол относительно вилки одного вала, а вилка другого вала также может поворачиваться относительно крестовины.

Шлицевое соединение одной из вилок кардана с валом образует скользящее соединение, вследствие чего длина карданной передачи может изменяться при взаимных перемещениях коробки передач (раздатючной коробки) и ведущего моста.

Для уменьшения трения шлицевое соединение смазывается, через масленку 6.

Шлицевое соединение предохраняется от грязи и утечки смазки сальником 3 с крышкой 2. Для этой же цели используется резиновый гофрированный чехол 23, закрепляемый на карданном валу и подвижной вилке кардана стяжными хомутиками 22.

В карданной передаче, включающей только один кардан, скорость вращения ведомого вала при равномерном вращении ведущего непостоянна. Эта неравномерность резко возрастает с увеличением угла между ведомым и ведущим валами. Во избежание неравномерности вращения в автомобилях применяют двойную карданную передачу, т.е. вал с двумя карданами. В такой передаче при условии установки вилок обоих карданов на валу в одной плоскости неравномерность вращения, создаваемая первым карданом, выравнивается вторым карданом.

Для обеспечения равномерности вращения валов скользящие вилки карданов при сборке должны устанавливаться так, чтобы стрелки, имеющиеся на валах и вилках, находились в одной плоскости. Собранные карданные валы при помощи болтов крепятся фланцами вилок к фланцам валов коробки передач, раздаточной коробки и ведущих мостов.

Карданные валы изготавливаются трубчатыми с наваренными на концах наконечниками, на одном из которых имеются шлицы, а на другом — вилка кардана.

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.

• 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.

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.

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.

Главную роль в карданной передаче выполняет карданный шарнир, в зависимости от конструкции которого выделяют такие типы карданных передач:

Предназначение карданной передачи

С началом своего движения автомобиль заставляет двигаться все свои узлы и агрегаты, в том числе и свою трансмиссию. Так как она находится в постоянном движении, соответственно взаимное месторасположение отдельных ее деталей может изменяться.

Неровное дорожное покрытие провоцирует колебание ведущих мостов, связанных подвеской. Рама и кузов автомобиля также совершают некоторые движения, как результат воздействия внешних факторов. Соответственно, могут смещаться относительно друг друга и оси валов агрегатов, которые передают крутящий момент от двигателя автомобиля к ведущим колесам.

Эта система агрегатов называется карданной передачей и предназначена она для того, чтобы уравновесить колебательные движения механизмов автомобиля для спокойной передачи крутящего момента.

В зависимости от автомобиля карданная передача может соединять такие механизмы:

Строение карданных передач в разных автомобилях одинаково, отличия лишь в размерах агрегатов или в форме отдельных элементов.

Конструкция карданной передачи

Карданную передачу составляют такие элементы:

Итак, разберем устройство карданной передачи

Эластичная муфта в этой конструкции поглощает резкие рывки и вибрационные движения.

Схема эластичной муфты:
1 — муфта эластичная; 2 — фланец промежуточного вала коробки передач; 3 — грязевой отражатель; 4 — промежуточный вал коробки передач; 5 — гайка; 6 — уплотнитель центрирующего кольца; 7 — кольцо центрирующее; 8 — вкладыши муфты эластичной; 9 — болт; 10 — пробка; 11 — фланец переднего карданного вала; 12 — манжета; 13 — шлицевой конец переднего карданного вала.

С помощью двух фланцев муфта соединяет коробку переключения передач и передний карданный вал. Эти два механизма совмещаются с помощью центрирующего кольца на валу коробки передач и центрирующей втулки, которая находится во фланце карданного вала.

Карданные валы созданы из стальной трубы. Передний вал оборудован шлицевыми наконечниками, а задний — вилками карданных шарниров.

Промежуточная опора представляет собой шариковый подшипник, который установлен в кронштейне внутри резиновой изоляционной подушки.

Карданный шарнир состоит из двух вилок, соединенных между собой крестовиной. Сами вилки закреплены на карданных валах. На полых шипах крестовины находятся игольчатые подшипники с уплотнительными кольцами.

Типы карданных передач

Главную роль в карданной передаче выполняет карданный шарнир, в зависимости от конструкции которого выделяют такие типы карданных передач:

По количеству валов карданные передачи могут быть: одновальные, двухвальные и многовальные, а по количеству шарниров — одношарнирные, двухшарнирные и многошарнирные.

Работа карданных передач

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей, как правило, используется в автомобилях с передним приводом для соединения коробки передач с ведущими колесами. Этот механизм состоит из двух шарниров (внешнего и внутреннего), которые соединяются приводным валом.

Схема шарнира равных угловых скоростей (ШРУС):
1 — хомут;2 — полуось; 3 — грязезащитный чехол («пыльник»); 4 — хомут; 5 — сепаратор; 6 — обойма; 7 — малая полуось; 8 — корпус шарнира; 9 — стопорное кольцо; 10 — шарик; 11 — конусное кольцо; 12 — пружинная шайба.

Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) имеет сферический корпус, внутри которого находится обойма. В обойме и корпусе расположены канавки, по которым передвигаются металлические шарики. Представленная конструкция позволяет равномерно передавать крутящий момент, даже несмотря на изменяющийся угол наклона механизмов.

Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей в зависимости от расстояния, на которое надо передать крутящий момент имеет один или два карданных вала. Если используется два вала, то первый вал называется промежуточным, а второй — задним карданным валом. Валы соединяются с помощью промежуточной опоры, которая прикреплена к кузову автомобиля.

Шарнир неравных угловых скоростей представляет собой две вилки, расположенные друг к другу под углом 90 градусов, крестовину и соединительные элементы (болты, муфты, фланцы). Подшипники, в которых вращается крестовина, вставлены в специальные отверстия вилок.

Представленная карданная передача отличается тем, что в процессе работы крутящий момент движется неравномерно, то есть за один цикл ведомый вал два раза отстает и два раза опережает ведущий вал, поэтому здесь применяется как минимум два шарнира — по одному на каждом конце вала.

Карданная передача с полу карданным упругим шарниром обеспечивает перемещение крутящего момента между двумя валами, находящимися под небольшим углом относительно друг друга.

Видео: карданная и главная передачи

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:

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

Шлипевое соединение обеспечивает необходимое изменение рабочей длины вала при движении автомобиля.

Карданная передача является частью трансмиссии автомобиля. Она передает крутящий момент между агрегатами, оси валов которых не совпадают.

Карданная передача открытая, двойная, с шарнирами неравных угловых скоростей; состоит из четырех карданных валов.

Карданный вал (рис. 85) состоит из вала, скользящей вилки, двух крестовин (шарниров), двух фланцев-вилок, уплотнений, деталей крепления.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Вал изготовлен из трубы, сварной. Наружные диаметры труб валов различны. К валу с одной стороны приваривается неподвижная вилка шарнира, а с другой — шлицевая втулка, соединенная со скользящей вилкой шарнира.

Рис. 85. Карданный вал:
1 — фланец-вилка; 2 — игольчатый подшипник; 3 — торцевое уплотнение; 4 — крестовина; 5 — скользящая вилка; 6 — гайка; 7, 9 и 11 — разрезные шайбы

Все шарниры состоят из неподвижной или скользящей вилки, фланцев вилки, крестовины, игольчатых подшипников, сальников подшипников, деталей крепления.

Шлипевое соединение обеспечивает необходимое изменение рабочей длины вала при движении автомобиля.

Карданные валы необходимо собирать таким образом, чтобы их неподвижные и скользящие вилки располагались в одной плоскости. Для этой цели на шлицевых втулках карданных валов и на скользящих вилках выбиты стрелки (риски). Необходимо совмещать эти стрелки на одной линии.

Карданные валы переднего, промежуточного и заднего мостов балансируются приваркой балансировочных пластин, а основной карданный вал балансируется накладыванием балансировочных пластин под стопорную пластину болтов крепления опорной пластины в вилках.

Карданная передача автомобиля Урал-4320 (рис. 4.20) состоит из передачи к раздаточной коробке, передачи к среднему, заднему и переднему ведущим мостам. После модернизации главных передач среднего и заднего ведущих мостов Урал-4320 карданные валы привода к ним укорочены по сравнению с машинами предшествующего выпуска. Кроме того, от раздаточной коробки крутящий момент передается к лебедке карданной передачей, состоящей из трех валов с карданными шарнирами и двух промежуточных опор.

На автомобиле КамАЗ-5320 карданная передача обеспечивает привод к среднему ведущему мосту и привод к заднему мосту II, которые связаны через проходной средний ведущий мост, выполняющий функции промежуточной опоры.

Каждая из передач состоит из карданного вала, переднего карданного шарнира, соединенного с карданным валом шлицевым соединением, и заднего карданного шарнира, имеющего фланцевое соединение с ведущим валом межосевого дифференциала (картером дифференциала), а для заднего моста — с ведущим валом главной передачи. На автомобиле применена карданная передача открытого типа.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Рис. 4.18. Карданная передача автомобиля КамАЗ-5320:
I — карданная передача к среднему ведущему мосту; II — карданная передача к заднему мосту; 1, 4 — карданные шарниры; 2 — шлицевое соединение; 3 — карданный вал; 5 — средний ведущий мост; 6 — задний ведущий мост

Устройство карданной передачи показано на рис. 4.19. На одном конце трубчатого карданного вала приварена вилка, на другом — шлицевая втулка. Карданные валы тщательно динамически балансируются. Дисбаланс устраняют балансировочными пластинами, которые приваривают к концам трубы вала и шлицевой втулки. Правильное взаимное положение вилки с шлицевым валом относительно карданного вала в сбалансированном комплексе отмечается выбитыми на них стрелками, которые надо совмещать при сборке карданной передачи.

Рис. 4.19. Устройство карданной передачи

Рис. 4.20. Карданная передача автомобиля Урал-4320:
1 — передача к раздаточной коробке; 2,4,6 — валы передачи к лебедке; 3,5 — промежуточные опоры карданной передачи к лебедке; 7 — передача к заднему мосту; 8 — передача к среднему мосту; 9 — передача к переднему мосту

Карданная передача автомобиля Урал-4320 (рис. 4.20) состоит из передачи к раздаточной коробке, передачи к среднему, заднему и переднему ведущим мостам. После модернизации главных передач среднего и заднего ведущих мостов Урал-4320 карданные валы привода к ним укорочены по сравнению с машинами предшествующего выпуска. Кроме того, от раздаточной коробки крутящий момент передается к лебедке карданной передачей, состоящей из трех валов с карданными шарнирами и двух промежуточных опор.

Карданная передача автомобиля КамАЗ-4310 по общей схеме аналогична карданной передаче автомобиля Урал-4320 и состоит из четырех карданных валов: вала между коробкой передач и раздаточной коробкой, валов привода переднего, среднего и заднего ведущих мостов. Карданная передача открытого типа по устройству также аналогична описанной Еыше для автомобиля КамАЗ-5320, но отличается размерами валов, присоединительными фланцами и усиленной защитой шлицевых соединений от попадания влаги и грязи.

Карданные передачи необходимо собирать таким образом, чтобы неподвижные и скользящие вилки карданов валов располагались в одной плоскости. Для этой цели на шлицевых втулках карданных валов и скользящих вилках выбиты стрелки. Необходимо эти стрелки совмещать.

Балансировка карданных валов привода к ведущим мостам осуществляется приваркой балансировочных пластин. Карданная передача между коробкой передач и раздаточной коробкой балансируется установкой балансировочных пластин иод стопорную пластину болтов крепления опорной пластины на вилках.

Чтобы устранить неравномерность вращения ведомого вала в карданной передаче, применяют обычно два шарнира неравных угловых скоростей, располагаемых на концах карданного вала. Тогда неравномерность вращения, возникающая в первом ведущем шарнире, компенсируется неравномерностью вращения второго шарнира и ведомый вал передачи вращается равномерно с угловой скоростью ведущего вала. Такая карданная передача называется двойной. Одинарные передачи с одним жестким карданным шарниром практически не применяются.

Карданный шарнир неравных угловых скоростей состоит из жестких деталей (рис. а): ведущей 1 и ведомой 4 вилок, крестовины 2, на шипы которой надеты игольчатые подшипники 3. Крутящий момент передается от вилки 1 к вилке 4 через крестовину 2. При такой конструкции и равномерном вращении вилки ведущего вала угловая скорость ведомой вилки будет изменяться два раза за каждый оборот, увеличиваясь и уменьшаясь. Поэтому такой шарнир называют шарниром неравных угловых скоростей.

Жесткие карданные шарниры.

Чтобы устранить неравномерность вращения ведомого вала в карданной передаче, применяют обычно два шарнира неравных угловых скоростей, располагаемых на концах карданного вала. Тогда неравномерность вращения, возникающая в первом ведущем шарнире, компенсируется неравномерностью вращения второго шарнира и ведомый вал передачи вращается равномерно с угловой скоростью ведущего вала. Такая карданная передача называется двойной. Одинарные передачи с одним жестким карданным шарниром практически не применяются.

В приводе передних управляемых и ведущих колес автомобилей повышенной проходимости применяют шарниры равных угловых скоростей двух типов: шариковые и кулачковые.

Шариковый карданный шарнир (рис. б) состоит из двух фасонных кулаков 5 с овальными канавками, куда закладывают ведущие шарики 7. Для центрирования вилок используют сферические впадины на их внутренних торцах, в которых устанавливается центрирующий шарик 6.

При передаче крутящего момента ведущие шарики располагаются независимо от угловых перемещений вилок в их овальных канавках в плоскости, делящей угол между осями пополам. В результате обе вилки вращаются с одинаковой угловой скоростью.

Устройство карданной передачи.

Карданные шарниры состоят из двух вилок 9, в проушины которых установлена крестовина 8 с шипами и игольчатыми подшипниками 5. Каждый подшипник состоит из стального стакана с иголками, закрепленного в проушине вилки крышкой, стопорной пластиной и двумя болтами. Смазка игольчатых подшипников производится по каналам в крестовине от пресс-масленки 7. Вытекание смазки из подшипников предотвращается торцовыми уплотнителями и резиновыми самоподжимными сальниками в вилках.

Карданные валы изготовляют из тонкостенных стальных труб, на концах которых запрессованы и приварены хвостовики вилок. После сборки карданные валы балансируют для уменьшения вибраций, возникающих при работе карданной передачи.

• передачу крутящего момента и равномерное вращение валов соединяемых механизмов независимо от угла между валами;

• передачу крутящего момента без создания в трансмиссии ав­томобиля дополнительных нагрузок;

• бесшумность при работе.

Для соединения механизмов автомобиля применяются кардан­ные передачи различного типа.

с шарн неравных угл скоростей

с шарн равн угловых скоростей

Одновальные карданные передачи применяются на легковых автомобилях с короткой базой (база — расстояние между передними и задними колесами) и колесной формулой 4×2 для соединения коробки передач с задним ведущим мос­том. Такая карданная передача состоит из карданного вала3 и двух карданных шарниров.

Одновальные и двухвальные карданные передачи, используе­мые для соединения коробки передач, раздаточной коробки и ведущих мостов автомобилей, имеют карданные шарниры нерав­ных угловых скоростей.- Карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей на автомобилях применяются для привода пе­редних управляемых и одновременно ведущих колес.

Карданные шарниры. Карданным шарниром или карданом на­зывается подвижное соединение, обеспечивающее передачу вра­щения между валами, оси которых пересекаются под углом. В автомобилях применяются карданные шарниры неравных и равных угловых скоростей. Первые называются асинхронными шарнирами, а вторые — синхронными.

Назначение карданной передачи, ее работа и классификация

Карданная передача служит для передачи крутящего момента между валами механизмов, взаимное положение которых может быть постоянным или меняться при движении автомобиля.

В зави­симости от типа, компоновки и конструкции автомобиля кардан­ная передача может передавать крутящий момент от коробки пе­редач к раздаточной коробке или к главной передаче ведущего моста, от раздаточной коробки к главным передачам ведущих мостов, между главными передачами среднего и заднего ведущих мостов, от полуосей к передним ведущим и управляемым коле­сам, от главной передачи к ведущим колесам с независимой под­веской.

Карданная передача может также применяться в приводе от коробки отбора мощности к вспомогательным механизмам (лебедка и др.) и для связи рулевого колеса с рулевым механизмом.

Условия работы карданных передач определяются в первую очередь углами наклона их валов; чем больше углы, тем условия эксплуатации карданной передачи тяжелее.

Угол между валами зависит в основном от того, каким механизмам передает крутящий момент карданная передача.

В общем случае карданные передачи делятся на передачи закрытого и открытого типа.

Закрытая карданная передача (рис. 1.1.) применяется для легковых и грузовых автомобилей, в которых реактивный момент в заднем мосту воспринимается трубой, карданная передача размещается внутри трубы. Иногда эта труба служит для передачи толкающих усилий.

Поскольку длина карданного вала в такой конструкции не изменяется при относительных перемещениях кузова и заднего моста, компенсирующее соединение в карданной передаче такого типа отсутствует и используется только один карданный шарнир.

Рис. 1.1. Закрытая карданная передача

Открытые карданные передачи (рис. 1.2.) применяются для автомобилей, в которых реактивный момент воспринимается рессорами или реактивными тягами.

Карданная передача должна иметь не менее двух шарниров и компенсирующее соединение, так как расстояние между шарнирами в процессе движения изменяется.

На длиннобазных автомобилях часто карданная передача состоит из двух валов: промежуточного и главного.

Это необходимо в тех случаях, когда применение длинного вала может привести к опасным поперечным колебаниям, в результате совпадения его критической угловой скорости с эксплуатационной. Короткий вал обладает более высокой критической скоростью.

Рис. 1.2. Открытая карданная передача

Карданные шарниры в общем случае делятся на две большие группы:

1) карданные шарниры равных угловых скоростей;

2) карданные шарниры неравных угловых скоростей.

Карданные шарниры неравных угловых скоростей (асинхронные), имеющие две фиксированные оси качания, используют в карданной передаче при наклоне ведомого вала обычно на угол не более 20°. Универсальные карданные шарниры отличаются по конструкции от простых тем, что в них осевая компенсация осуществляется в самом механизме шарнира, а не в шлицевом соединении.

Карданные шарниры равных угловых скоростей (синхронные) применяют в приводе ведущих и одновременно управляемых колес, угол наклона ведомого вала в зависимости от конструкции шарнира может достигать 45°.

Ниже приведена классификация карданных шарниров (рис 1.3.).

Упругие полукарданные шарниры устанавливаются главным образом в карданных передачах легковых автомобилей, и в зависимости от конструкции угол наклона вала может быть 8°.

Жесткие полукарданные шарниры используют для компенсации неточности монтажа соединяемых механизмов в случае установки соединяемых механизмов на недостаточно жестком основании. Они допускают угол наклона вала не более 2°.

Карданная передача. Назначение и принцип действия

Карданная передача служит для передачи вращающего момента между агрегатами, оси валов которых не лежат на одной прямой и могут изменять свое взаимное положение.

У полноприводных колесных машин карданная передача обычно соединяет ведомый вал КП с ведущим валом раздаточной коробки, а ведомые валы раздаточной коробки — с ведущими валами главных передач ведущих мостов. Агрегаты, закрепленные на раме (в частности, КП и раздаточная коробка), могут перемещаться относительно друг друга в результате деформации своих опор и самой рамы, а ведущие мосты присоединены к раме через подвеску, поэтому могут перемещаться относительно рамы и закрепленных на ней агрегатов при деформации упругих элементов подвески. При этом могут изменяться не только углы наклона карданных валов, соединяющих агрегаты, но и расстояние между агрегатами.

Рис. Схема карданной передачи:
1, 4, 6 — карданные валы; 2, 5 — карданные шарниры; 3 — компенсирующее соединение; у1, у2 — углы между валами

В общем случае карданная передача состоит из карданных шарниров 2 и 5, карданных валов 1,4 и 6 и компенсирующего соединения 3. Иногда карданный вал устанавливают на промежуточной опоре, прикрепленной к поперечине рамы ТС.

Карданные шарниры обеспечивают передачу вращающего момента между валами, оси которых пересекаются под углом. Различают карданные шарниры неравных и равных угловых скоростей. Карданные шарниры неравных угловых скоростей подразделяют на упругие и жесткие. Карданные шарниры равных угловых скоростей по конструкции бывают шариковые с делительными канавками, шариковые с делительным рычажком и кулачковые. Обычно их устанавливают в приводе ведущих управляемых колес, где угол между валами может достигать 45°, причём центр карданного шарнира должен совпадать с точкой пересечения осей вращения колеса и его поворота.

Упругие карданные шарниры передают вращающий момент между валами с пересекающимися под углом 2…3° осями в результате упругой деформации соединительных элементов.

Жесткий карданный шарнир неравных угловых скоростей передает вращающий момент от одного вала к другому вследствие подвижного соединения жестких деталей. Он состоит из двух вилок — 3 и 5, в цилиндрические отверстия которых установлены на подшипниках концы А, Б, В и Г соединительного элемента — крестовины 4. Вилки жестко соединены с валами 1 и 2. Вилка 5 может поворачиваться относительно оси БГ крестовины и в то же время вместе с крестовиной поворачиваться относительно оси АВ, благодаря чему и обеспечивается возможность передачи вращения от одного вала к другому при меняющемся угле между ними.

Рис. Схема жесткого карданного шарнира неравных угловых скоростей

Если вал 7 повернется вокруг своей оси на угол а, то вал 2 за это же время повернется на угол В. Соотношение между углами поворота валов 7 и 2 определяется выражением tga= tgВ*cosy, где у — угол, под которым расположены оси валов. Из этого выражения следует, что угол В то меньше угла а, то равен ему. Равенство этих углов наступает через каждые 90° поворота вала 7. Таким образом, при равномерном вращении вала 1 угловая скорость вала 2 неравномерна и изменяется по синусоидальному закону. Неравномерность вращения вала 2 будет тем значительнее, чем больше угол у между осями валов. Если неравномерность вращения вала 2 будет передаваться на валы агрегатов, в трансмиссии возникнут дополнительные пульсирующие нагрузки, возрастающие при увеличении угла у. Чтобы неравномерность вращения вала 2 не передавалась на валы агрегатов, в карданной передаче применяют два карданных шарнира. Их устанавливают так, чтобы углы у1 и у2 были равны; вилки карданных шарниров, закрепленные на неравномерно вращающемся валу 4, должны быть расположены в одной плоскости. Равномерность вращения ведомого вала может быть достигнута также применением карданного шарнира равных угловых скоростей.

Принцип действия карданного шарнира равных угловых скоростей поясняет схема, приведенная на рисунке. С ведущим валом 7 соединен рычаг 2, а с ведомым валом 4 — рычаг 3. Рычаги 2 и 3 при вращении валов постоянно контактируют в точке А, линейная скорость которой одинакова для обоих рычагов, т. е. v = = w1B = w2a= wа. Равенство угловых скоростей w2 и w2 возможно, если а = b. Это условие выполнимо, если угол 0 равен углу W и точка А контакта рычагов лежит на биссектрисе угла между валами 7 и 4. При вращении валов точка А должна находиться в биссекторной плоскости. Конструктивно это условие можно обеспечить различными способами. Наиболее широкое распространение получили карданные шарниры равных угловых скоростей шарикового типа. Применяются также другие типы шарниров равных угловых скоростей.

Рис. Схема карданного шарнира равных угловых скоростей

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:

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:

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:

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:

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

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.

Карданная передача – назначение, типы передач, устройство и работа

Предназначение карданной передачи

С началом своего движения автомобиль заставляет двигаться все свои узлы и агрегаты, в том числе и свою трансмиссию. Так как она находится в постоянном движении, соответственно взаимное месторасположение отдельных ее деталей может изменяться.

Неровное дорожное покрытие провоцирует колебание ведущих мостов, связанных подвеской. Рама и кузов автомобиля также совершают некоторые движения, как результат воздействия внешних факторов. Соответственно, могут смещаться относительно друг друга и оси валов агрегатов, которые передают крутящий момент от двигателя автомобиля к ведущим колесам.

Эта система агрегатов называется карданной передачей и предназначена она для того, чтобы уравновесить колебательные движения механизмов автомобиля для спокойной передачи крутящего момента.

В зависимости от автомобиля карданная передача может соединять такие механизмы:

Строение карданных передач в разных автомобилях одинаково, отличия лишь в размерах агрегатов или в форме отдельных элементов.

Конструкция карданной передачи

Карданную передачу составляют такие элементы:

Схема карданной передачи, автомобиль ГАЗ-3302 Газель:
1 — хвостовик скользящей вилки; 2 — грязеотражатель скользящей вилки; 3 — скользящая вилка; 4 — вилка промежуточного карданного вала; 5 — промежуточный карданный вал; 6 — грязеотражатель; 7 — промежуточная опора; 8 — защитное кольцо; 9 — подшипник промежуточной опоры; 10 — защитное кольцо; 11 — шлицевая вилка; 12 — П-образная пластина; 13 — стопорная шайба; 14 — крестовина; 15 — вилка заднего карданного вала; 16 — задний карданный вал; 17 — фланец ведущей шестерни главной передачи; 18 — задний карданный шарнир; 19 — игольчатый подшипник; 20 — стопорное кольцо; 21 — болт; 22 — уплотнительное кольцо.

Итак, разберем устройство карданной передачи

Эластичная муфта в этой конструкции поглощает резкие рывки и вибрационные движения.

Схема эластичной муфты:
1 — муфта эластичная; 2 — фланец промежуточного вала коробки передач; 3 — грязевой отражатель; 4 — промежуточный вал коробки передач; 5 — гайка; 6 — уплотнитель центрирующего кольца; 7 — кольцо центрирующее; 8 — вкладыши муфты эластичной; 9 — болт; 10 — пробка; 11 — фланец переднего карданного вала; 12 — манжета; 13 — шлицевой конец переднего карданного вала.

С помощью двух фланцев муфта соединяет коробку переключения передач и передний карданный вал. Эти два механизма совмещаются с помощью центрирующего кольца на валу коробки передач и центрирующей втулки, которая находится во фланце карданного вала.

Карданные валы созданы из стальной трубы. Передний вал оборудован шлицевыми наконечниками, а задний — вилками карданных шарниров.

Промежуточная опора представляет собой шариковый подшипник, который установлен в кронштейне внутри резиновой изоляционной подушки.

Карданный шарнир состоит из двух вилок, соединенных между собой крестовиной. Сами вилки закреплены на карданных валах. На полых шипах крестовины находятся игольчатые подшипники с уплотнительными кольцами.

Типы карданных передач

Главную роль в карданной передаче выполняет карданный шарнир, в зависимости от конструкции которого выделяют такие типы карданных передач:

По количеству валов карданные передачи могут быть: одновальные, двухвальные и многовальные, а по количеству шарниров — одношарнирные, двухшарнирные и многошарнирные.

Работа карданных передач

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей, как правило, используется в автомобилях с передним приводом для соединения коробки передач с ведущими колесами. Этот механизм состоит из двух шарниров (внешнего и внутреннего), которые соединяются приводным валом.

Схема шарнира равных угловых скоростей (ШРУС):
1 — хомут;2 — полуось; 3 — грязезащитный чехол («пыльник»); 4 — хомут; 5 — сепаратор; 6 — обойма; 7 — малая полуось; 8 — корпус шарнира; 9 — стопорное кольцо; 10 — шарик; 11 — конусное кольцо; 12 — пружинная шайба.

Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) имеет сферический корпус, внутри которого находится обойма. В обойме и корпусе расположены канавки, по которым передвигаются металлические шарики. Представленная конструкция позволяет равномерно передавать крутящий момент, даже несмотря на изменяющийся угол наклона механизмов.

Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей в зависимости от расстояния, на которое надо передать крутящий момент имеет один или два карданных вала. Если используется два вала, то первый вал называется промежуточным, а второй — задним карданным валом. Валы соединяются с помощью промежуточной опоры, которая прикреплена к кузову автомобиля.

Шарнир неравных угловых скоростей представляет собой две вилки, расположенные друг к другу под углом 90 градусов, крестовину и соединительные элементы (болты, муфты, фланцы). Подшипники, в которых вращается крестовина, вставлены в специальные отверстия вилок.

Представленная карданная передача отличается тем, что в процессе работы крутящий момент движется неравномерно, то есть за один цикл ведомый вал два раза отстает и два раза опережает ведущий вал, поэтому здесь применяется как минимум два шарнира — по одному на каждом конце вала.

Карданная передача с полу карданным упругим шарниром обеспечивает перемещение крутящего момента между двумя валами, находящимися под небольшим углом относительно друг друга.

Видео: карданная и главная передачи

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:

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