Карданная передача – назначение, типы передач, устройство, работа

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.

Источники: http://systemsauto.ru/transmission/driveline.html

Карданной передачей автомобиля называется механизм, осуществляющий передачу крутящего момента между валами, которые пересекаются в центральной части карданной передачи автомобиля и отличаются возможностью взаимного углового перемещения. Активно применяется в разных сферах человеческой деятельности в случаях, когда со­ос­ность вращающихся элементов очень трудно обеспечить. Аналогичные функции способна также осуществлять зубчатая муфта.

Как правило, карданная передача автомобиля используется в автомобильной транс­мис­сии, а также рулевом управлении.

Карданная передача автомобиля может обеспечить соединение следующим эле­мен­там трансмиссии:

1. Силовому агрегату и КПП;
2. КПП и раздаточной коробке;
3. КПП и главной передаче;
4. Главной передаче и раздаточной коробке;
5. Ведущим колесам и дифференциалу.

Карданный вал в автомобиле предназначен для передачи крутящего момента от КПП к ведущим мостам в случае полноприводной или классической компоновки. Также при­ме­ня­ет­ся в травмобезопасной рулевой колонке для соединения рулевого исполнительного ме­ха­низ­ма и рулевого вала.

Карданная передача автомобиля отличается одним значительным минусом – не­синх­рон­ность валовых вращений (один из валов имеет равномерное вращение, другой – нет). Вращения начинают увеличиваться, если угол между ними возрастает. Это исключает возможность использования карданной передачи автомобиля в некоторых устройствах, например, в трансмиссии автомобилей с передним приводом (где основная проблема заключается в передаче крутящего момента на поворотные автомобильные колеса ). По большому счету данный недостаток может быть скомпенсирован применением на одном валу парных шарниров, которые находятся в повернутом на четверть оборота положении относительно друг друга. Однако там, где необходима синхронность, как правило, применяется ШРУС (шарнир равных угловых скоростей) – более сложная, но более совершенная конструкция аналогичного назначения.

По своей компоновке карданные передачи автомобиля подразделяются на закрытые и открытые.

Закрытый вариант карданной передачи автомобиля располагается внутри трубы, которая, в свою очередь, может восприниматься составляющей подвески автомобиля. В карданной передаче автомобиля данного типа используется только один шарнир, а неравномерное вращение карданного вала компенсируется за счет его упругости. Существуют конструкции, где функцию карданного вала осуществляет торсион (небольшой упругий вал); карданные шарниры здесь отсутствуют.

Открытый вариант карданной передачи автомобиля не располагает трубой, а реактивный момент воспринимается реактивными тягами или рессорами. В состав карданной передачи автомобиля должно входить не меньше двух шарниров, а также компенсирующее звено, так как дистанция между соединенными агрегатами во время движения изменяется. На автомобилях с длинной колесной базой используют карданную передачу автомобиля, которая состоит из двух валов. За счет этого исключается возможность совпадения максимальной угловой скорости вала с приемлемой. Уменьшение длины вала увеличивает его критическую частоту вращения, которая как минимум в 1.5 раза должна превышать максимально возможную во время эксплуатации. Конструкция карданной передачи автомобиля, оснащенной двумя валами, требует использование промежуточной опоры одного из двух валов, подшипник которой установлен на кузове ( см. кузов легкового автомобиля ) или раме в эластичном кольце для компенсации осевого перемещения двигателя ( см. устройство двигателя автомобиля ).

Рассмотрим основные типы карданных передач.

Карданные передачи одновального типа используются на короткобазных лег­ко­вых автомобилях, которые отличаются колесной формой 4х2, карданная передача соединяет КПП с задним ведущим мостом. Данный тип карданной передачи включает в свой состав карданный вал, а также два карданных шарнира.

Карданные передачи двухвального типа используются на грузовиках и автобусах, а также на легковых автомобилях с удлиненной колесной базой, форма колес которых 4х2. Карданная передача двухвального типа осуществляет связку заднего моста с КПП. Данный тип карданной передачи состоит из трех карданных шарниров, двух карданных валов, промежуточной опоры.

В автомобилях, отличающихся формой колес 6х6 и оснащенных индивидуальным приводом ведущих мостов, соединение заднего ведущего моста с раздаточной коробкой осуществляется за счет карданной передачи двухвального типа с промежуточной опорой. Соединение переднего и среднего ведущих мостов с раздаточной коробкой выполняется с помощью карданных передач одновального типа.

Существуют машины с формой колес 6х6, но средний мост у них является проходным, связь КПП с раздаточной коробкой, а раздаточной коробки вместе с этим с ведущими мостами, выполняется за счет карданных передач одновального типа. Дополнительный редуктор выполняет передачу крутящего момента на ведущий задний мост.

Рассмотренные выше типы карданных передач являются основными в ав­то­мо­би­ле­стро­е­нии.

Следующим важным моментом, на котором нам нужно остановиться, является устройство карданной передачи. Карданный вал предназначен для передачи крутящего момента от коробки передач автомобиля или раздаточной коробки к ведущему мосту автомобиля. Специфическими отличиями его от обыкновенных валов является возможность изменения его длины и передача крутящего момента под меняющимся углом. В чем это заключается?

Устройство карданной передачи рассмотрено на рисунке ниже. Здесь выбран вариант заднеприводного автомобиля.

Любой мост машины связан с рамой через подвеску с рессорами. В результате при движении по неровной дороге колеса с мостами как бы подпрыгивают, а сама рама автомобиля за счет работы рессор остается практически на одном уровне от земли. Соответственно при изменении положения даже одного колеса (например, яма) меняется расстояние от него до коробки передач и угол перекоса относительно горизонта. Вот чтобы компенсировать эти явления и придумали карданную передачу автомобиля.

Карданный вал выглядит как труба, собранная из двух полувалов, соединенных между собой шлицами. У одного вала шлица наружу, у другого – внутрь. По шлицам эти полувалы могут двигаться друг относительно друга, при этом, не теряя крутящий момент. За счет этого и происходит изменение длины всего карданного вала. На концах обоих валов имеются карданные шарниры. Сам шарнир представляет собой две подвижные вилки, соединенные с крестовиной через подшипники. Концы вилок также через подшипники закреплены на обоих концах карданного вала. Такое подвижное соединение позволяет передавать кру­тя­щий момент под меняющимся углом. Все это вместе и образует карданную передачу автомобиля.

Мы рассмотрели самый простой вариант карданной передачи автомобиля. Но в случае переднеприводного автомобиля, вся эта конструкция усложняется, и добавляются новые элементы. Так как передние колеса еще и управляемые, то углы наклона и поворота становятся еще больше и простой карданный вал тут уже никак не поможет. Кроме того, у переднеприводных автомобилей коробка передач совмещена с передним мостом или оба этих механизма расположены рядом друг с другом. Поэтому наиболее удачным тех­ни­чес­ким решением у таких автомобилей стало применение шарниров равных угловых скоростей (ШРУС).

Самый простой вариант шарнира равных угловых скоростей показан на рисунке ниже.

Для полного понимания можно привести пример любой шариковой ручки. На конце ее стержня в металлическом конусе есть канавка, куда помещен маленький шарик. Именно его идеальная форма позволяет при письме наклонять ручку под разным углом и рисовать ей в различные стороны. А теперь представьте, что шариков в ручке несколько и все они одновременно должны соприкасаться с листом бумаги. Примерно такая конструкция у шарнира равных угловых скоростей. На конце ведомого вала КП помещена «звездочка» с канавками, по которым могут перемещаться шарики вдоль оси вала. С внешней стороны шарики обхватывает корпус шарнира равных угловых скоростей с такими же канавками. Таким образом, шарики образуют как бы вертикальный круг, параллельно колесу.

Теперь сам процесс работы шарнира равных угловых скоростей. Крутящий момент от ведомого вала коробки передач автомобиля через шарики — на корпус шарнира, а от него — на колесо. В данном случае эти шарики играют роль шлицев. Представим, что колесо не вращается, но начало поворачиваться налево. При этом передняя его часть поворачивается налево, а задняя – направо, так как центр колеса закреплен на шарнире. Тогда и шарики по канавкам начинают смещаться, как и колесо. То есть диаметрально расположенные шарики смещаются в противоположные стороны: передний – налево, задний на такое же расстояние направо. Ну а в движении шарики постоянно крутятся и меняют свое положение в зависимости от положения колеса. При этом крутящий момент передается постоянно, а скорости вращения вала и колеса под любым углом всегда одинаковы. Отсюда и название — шарнир равных угловых скоростей. Такой механизм очень «боится» грязи и внешнего механического воздействия, так как шарики перестают скользить по канавкам. Поэтому шарниры равных угловых скоростей всегда защищены прочным чехлом и смазаны внутри консистентной смазкой.

Рассмотрим основные неисправности карданной передачи.

Главными признаками неисправностей карданной передачи являются рывки и стуки во время трогания с места и переключения скоростей, шумы и вибрации. Достаточно сильные вибрации карданной передачи можно ощутить на определенных скоростях езды автомобиля, когда уровень шума и вибрации может достигать пиковых значений. Автомобиль охватывает дрожь и слышится гул. Эксплуатировать транспортное средство с неисправностями карданной передачи категорически запрещается.

Неисправности карданной передачи заключаются в ослаблении болтов крепления фланцев карданов, в износе составляющих карданов, износе подшипников из шлицевого соединения. Данные неисправности карданной передачи необходимо устранять, так как это очень опасно для движения транспортного средства.

Почувствовав какие-то неисправности карданной передачи во время движения, необходимо остановить автомобиль, тщательно все проверить и, в случае необходимости, затянуть болты крепления фланцевой вилки к фланцу ведущей шестерни заднего моста, болты присоединения упругой муфты к фланцу ведомого вала КПП, а также болты присоединения упругой промежуточной опоры. В процессе проверки неисправности карданной передачи следует убедиться в отсутствии увеличенного биения фланца ведущей шестерни, задней шестерни, различных задиров в шлицевых соединениях, люфта в кардане. Если во время проверки окажется, что биение фланца превышает 0.15 мм, то необходимо извлечь фланец с шестерен, повернуть его на 180° и установить на место. Если биение не удалось устранить с помощью этого, то рекомендуется заменить или выправить фланец. Присутствие люфта в кардане можно проверить, если толкать его вверх. Если в подшипниках кардана имеется люфт, необходимо заменить подшипник и крестовину. При монтаже подшипников следует убедиться, что все иглы находятся в стаканчике. Отсутствие даже одной иглы приведет к разрушению подшипника из-за перекоса игл.

Эксплуатация карданной передачи автомобиля

У переднеприводных и заднеприводных автомобилей, в карданных передачах главной проблемой являются шарниры. Валы и трубы очень редко приходится менять, если только вы не прыгаете в яму с каменистым дном два раза на день. Да и шарниры прослужат очень долго, если вы предпочитаете спокойную езду. Любую машину нужно водить размеренно и мягко, к тому же, переднеприводные автомобили требуют очень аккуратного вождения, т.к. при повреждении специальных защитных чехлов шарниров равных угловых скоростей в них проникает грязь, и они мгновенно выходят из строя. Следует проверять состояние данных чехлов, если возникнут трещины и разрывы, их моментально необходимо менять на новые. При износе подшипников или шарниров крестовин можно услышать щелкающий характерный звук при переключении передач и трогании с места. У валов с шаровыми шарнирами данные щелчки возникают и при повороте передней колесной пары на максимальные углы.

Когда износ подшипника промежуточной опоры карданного вала автомобиля с заднеприводной системой достигает определенного предела, образуется заметный шум в области днища и ощущается неприятная вибрация.

Если автомобиль нормально эксплуатируется, шаровые шарниры передних валов и шарниры карданного вала служат очень долго, их хватит на 100 000 км. пробега. А валы и трубы, в принципе, вообще не следует менять; если так получилось, что деформировался вал с шаровыми шарнирами или прогнулся один из карданных валов, то имеет смысл заменить неисправные узлы в сборе.

Время эксплуатации шаровых шарниров и шарниров карданного вала уменьшают: неправильный выбор скорости, а также передачи на плохом дорожном полотне, резкие разгоны и старты, движение по снегу и глубокой колее, буксование в грязи.

Вышеприведенные неисправности карданной передачи и правила ее эксплуатации являются самыми основными.

Источники: http://avto-ustroistvo.ru/kardannaya-peredacha.php

Карданные передачи используются во многих как грузовых, так и легковых автомобилях. А если учесть всевозможную сельскохозяйственную технику, то там карданная передача нашла весьма широкое применение. Как известно, подвеска автомобиля имеет подвижное крепление, поэтому как ведущие, так и управляемые колеса машины имеют возможность перемещаться относительно кузова в вертикальной плоскости. Однако силовой агрегат и коробка передач имеют эластичное, но довольно жесткое крепление к кузову автомобиля. Тем не менее, коробка передач и ведущие колеса связаны друг с другом. И эта связь осуществляется посредством карданной передачи.

Основным предназначением карданной передачи является передача вращения от силового агрегата через КПП к ведущим колесам машины, которые к тому же, могут быть и управляемыми. Карданная передача обеспечивает жесткую связь колес и выходного вала КПП и не препятствует работе подвески. Другими словами, карданная передача автомобиля позволяет передать крутящий момент при переменной соосности сочлененных агрегатов.

Карданная передача представляет собой ведущий и ведомый валы, которые соединены гибким шарниром. Гибкое шарнирное соединение позволяет беспрепятственно передавать вращение при некотором изменении угла между двумя валами. По типу шарнирного соединения существуют две разновидности карданных передач :

• устаревшие шарниры неравных угловых скоростей;
• более современные шарниры равных угловых скоростей.

Карданная передача, основанная на шарнирах неравных угловых скоростей, наиболее часто применяется для соединения выходного вала и ведущего моста в заднеприводных как легковых, так и грузовых автомобилях. Помимо этого, такие шарниры используют для подсоединения раздаточных коробок и прочего вспомогательного оборудования. Более совершенные в конструктивном плане шарниры равных угловых скоростей используются в современных передне- и полноприводных автомобилях. Посредством таких карданных передач осуществляется соединение ведущих колес машины с дифференциалом ведущего моста.

Шарнир неравных угловых скоростей

Карданная передача с шарнирами неравных угловых скоростей имеет в конструкции следующие элементы:

• ведущие, ведомые и промежуточные карданные валы;
• крестовины (шарниры);
• подвесные и промежуточные опоры.

Непосредственно шарнир состоит из двух так называемых вилок, расположенных на валах и крестовины – соединительного элемента вилок. В собранном состоянии, вилки валов расположены относительно друг друга под углом в 90° и соединяет их крестовина, которая имеет на концах четыре чашки с игольчатыми подшипниками. Наличие игольчатых подшипников обеспечивает нормальное функционирование шарнира при различных углах отклонения валов. Однако наибольший угол между валами для шарнира неравных угловых скоростей обычно составляет не более 20° . Подшипники при сборке заполняются пластичной смазкой, которая рассчитана на весь срок службы.

Если рассмотреть для примера карданную передачу заднеприводного автомобиля ВАЗ, то в ее конструкции имеется два шарнира, промежуточный вал и подвесная опора промежуточного вала. В силу своей, так сказать, несовершенной конструкции, шарнир неравных угловых скоростей не имеет конструктивной возможности обеспечить постоянное (с постоянной скоростью) вращение ведомого вала по отношению к ведущему. За один оборот шарнира, ведомый вал дважды запаздывает и дважды обгоняет ведущий вал. Кроме того стоит учесть, что неравномерность вращения напрямую зависит от угла между валами, чем он больше, тем больше выражена неравномерность. Однако для устранения данного недостатка устанавливается второй аналогичный шарнир и промежуточный вал с опорой. Второй шарнир компенсирует и выравнивает скорости обоих валов.

Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС)

Карданная передача с шарнирами равных угловых скоростей, которую чаще называют ШРУС, имеет более совершенную конструкцию и обеспечивает вращение валов с постоянной скоростью относительно друг друга независимо от изменяющегося угла между осями вращения. Карданная передача с такими шарнирами имеет практически аналогичное устройство:

• ведущие, промежуточные и ведомые валы;
• ШРУС;
• соединительные элементы.

Как уже было сказано, ШРУС имеет несколько иную конструкцию, нежели соединение с крестовиной. Наиболее распространенный шариковый ШРУС состоит из следующих элементов:

• корпус шарнира;
• обойма;
• сепаратор;
• шарики;
• стопорные кольца, хомуты и пыльник (защитный чехол).

Корпус ШРУСа имеет сферическую форму внутренней полости, в которой имеются проточки для шариков. Корпус отлит заодно с хвостовиком, который предназначен для подсоединения к ступице колеса или к коробке передач. Обойма ШРУСа также имеет проточки для шариков и отверстие для крепления на промежуточном валу. Сепаратор, как и в обычном подшипнике, удерживает шарики в требуемом положении. За счет проточек в корпусе и обойме, шарнир способен равномерно передавать вращение при углах отклонения валов до 35 ° .

ШРУС имеет намного больший срок службы, нежели шарнир с крестовинами в конструкции. Главным условием долговременной службы является наличие герметичного пыльника и достаточное количество особой пластичной смазки внутри шарнира. При повреждении защитного пыльника, ШРУС утрачивает герметичность, теряет смазку и очень быстро выходит из строя.

Применение шарниров равных угловых скоростей

Как уже было сказано выше, ШРУСы наиболее часто применяются для соединения ведущих колес и дифференциала ведущего моста, который смонтирован в картере коробки переключения передач (в случае с переднеприводным автомобилем). Приводной вал переднеприводного автомобиля имеет в конструкции два ШРУСа. Однако два шарнира необходимы не для компенсации вращения, как в случае с шарнирами на крестовине, а для обеспечения перемещения колес в вертикальной плоскости и их поворота.

В заднеприводных автомобилях ШРУСы также нашли себе применение. Как известно, задний мост автомобиля имеет довольно громоздкую и тяжелую конструкцию. На современных автомобилях импортного производства вместо заднего моста в виде балки устанавливается малогабаритный и легкий корпус с дифференциалом, который соединяется с ведущими колесами посредством ШРУСов. Кроме того, такая конструкция позволяет реализовать полноценную независимую заднюю подвеску.

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

Источники: http://autoustroistvo.ru/transmissiya/kardannaya-peredacha/