Зачем в автомобилях карданный вал и какие функции он выполняет

Классификация карданов

В конструкции современных авто используется несколько видов карданных валов. Они могут отличаться не только от производителя, но и типа автомобиля. На некоторых одинаковых моделях могут устанавливать разные типы передач.

В зависимости от конструкции карданные передачи могут быть:

  1. Одновальные – более мощный тип, часто устанавливают на полноприводные или заднеприводные автомобили. Такой механизм позволяет максимально быстро передать крутящий момент на колеса.
  2. Многовальные — это более сложный, но хрупкий механизм, который присутствует на большинстве легковых переднеприводных авто. Дополнительно к основному валу, добавляется промежуточный (где и нужен подшипник).

Зачем в автомобилях карданный вал и какие функции он выполняет
Работа многовальной карданной передачи По количеству опор валов бывают следующие виды:

  1. Двухопорные – не имеют подвесного подшипника, крепится на грузовые автомобили или полноприводные транспортные средства.
  2. Трехопорные – имеют один подшипник, который соединяет промежуточный вал и основной. Применяется для большинства автомобилей.
  3. Четырехопорные – имеют несколько промежуточных валов, соединенных двумя подшипниками. Редкая разновидность, устанавливается на некоторых джипах марки Lexus и Chrysler.

По особенностям конструкции можно выделить следующие модели:

  1. С шарниром НУС (неравных угловых скоростей) – стандартная схема, устанавливаемая на большинстве авто с задним приводом колес.
  2. ШРУС – современная карданная передача, которая сохраняет равность угловых скоростей.
  3. Упругие полукарданные шарниры.
  4. Жесткие полукарданные шарниры.

На большинство современных переднеприводных авто, устанавливается кардан типа ШРУС

Он более удобен и менее подвержен вибрациям, что имеет важное значение для легковых машин. Однако, такая система и более сложная, она не дешевая в обслуживании и при неправильном уходе может легко сломаться

Полезные рекомендации

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

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

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

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

Зачем в автомобилях карданный вал и какие функции он выполняет

Если вы заинтересованы в сохранении ресурса КВ, тогда необходимо:

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

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

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

Возможные неисправности «кардана»

Как стало ясно, «кардан» — устройство относительно простое в своей организации. Несмотря на это, довольно-таки примитивная конструкция сказывается на надёжности узла, которая, честно говоря, могла бы быть и повыше. Так, в отличие от ШРУСов на переднеприводных авто или обгонных муфт, дифференциалов на полноприводных агрегатах, «карданные» машины имеют лишь несколько основных составляющих трансмиссии:

  • Передний карданный вал – вращает передние полуоси;
  • Средний карданный вал – обеспечивает передачу вращения от КПП на все оси и полуоси автомобиля (передний и задние колёса);
  • Задний карданный вал – имеется на полноприводных автомобилях и вращает, соответственно, задние полуоси.

Именно из-за нарушений в синхронности работы основных частей механизма случается большинство поломок «кардана». Помимо этого, сами составные элементы выполняют ряд важнейших и сложных функций, например:

  1. Передают крутящий момент на оси и полуоси;
  2. Поддерживают друг друга в конструкции автомобиля;
  3. Служат опорой для иных частей трансмиссии.

Отметим, что при правильном обслуживании и эксплуатации в надёжности «кардан» ничем не уступает ШРУСам или иным распределителям крутящего момента. Однако зачастую карданные агрегаты эксплуатируются неправильно, поэтому и их поломки случаются нередко. Основные неисправности механизма представлены, так скажем, «золотой тройкой». Если быть точнее, то речь идёт о следующих проблемах:

Деформация некоторых частей «кардана», происходящая из-за наезда автомобиля на высокие препятствия или сбоев в его работе;
Рассинхронизация переднего, среднего и заднего валов, являющаяся следствием долгой, не обязательно неправильной эксплуатации карданного механизма;
Износ составных частей механизма. Чаще всего страдают шарниры, подшипники и сальники «кардана»

Дабы не допустить более серьёзных неисправностей из-за износа подобных деталей, крайне важно каждые 60-80 000 километров пробега проверять карданный вал на дефекты и при наличии устранять таковые.

Большинство карданных механизмов имеют довольно-таки внушительный ресурс – 400-500 000 километров пробега. Естественно, добиться полной отдачи от устройства получится лишь в том случае, если соблюдать правила его обслуживания и эксплуатации.

Типы карданных передач

В основном большинство автомобилистов связывают понятие карданной передачи с работой трансмиссии заднеприводных машин. На самом деле она используется не только в этом узле авто. По аналогичному принципу работает рулевое управление и еще некоторые механизмы, которые соединяются с соседними под разным углом.

Существует 4 типа передач:

  1. асинхронные;
  2. синхронные;
  3. полукарданная гибкая;
  4. полукарданная жесткая.

Самый известный вид карданных передач – асинхронный. Основное применение – в трансмиссии. Еще она называется передача с шарниром неравных угловых скоростей. Такой механизм состоит из двух вилок, которые соединены крестовиной под прямым углом. Наконечники с игольчатым подшипником позволяют крестовине плавно перемещаться в соответствии с положением самих вилок.

Данный шарнир имеет одну особенность. Он передает неравномерный показатель крутящего момента. То есть скорость вращения подсоединенных валов периодически отличается (за полный оборот второстепенный вал два раза обгоняет и два раза отстает от главного). Для компенсации такой разницы используется еще один шарнир (на противоположной стороне трубы).

Как работает асинхронная передача, показано в видео:

Работа карданного вала. Work propeller shaft.

Watch this video on YouTube

Синхронная передача оснащается ШРУСом. С данным устройством знакомы владельцы автомобилей с передним приводом. Шарнир равных угловых скоростей соединяет дифференциал со ступицей переднего колеса. Иногда данный им комплектуются трансмиссии более дорогих полноприводных авто. По сравнению с предыдущим типом синхронная передача менее шумная, но более дорогая в обслуживании. ШРУС обеспечивает одинаковую скорость вращения двух валов с углом наклона до 20 градусов.

Гибкая полукарданная передача предназначена для вращения двух валов, угол наклона которых не превышает 12 градусов.

В современной автомобильной промышленности жесткая полукарданная передача редко применяется. В ней шарнир передает крутящий момент при смещении угла наклона валов до двух процентов.

Существует также закрытый и открытый тип карданных передач. Отличаются они тем, что карданы первого типа помещаются в трубу и чаще состоят из одного шарнира (применяется в грузовых автомобилях)

Пару слов о ремонте карданного механизма

Процедура ремонта карданного механизма состоит из следующих этапов:

Во-первых, определяем точную причину поломки путём детального осмотра узла в смотровой яме или на подъёмнике;
После этого, уже заведомо зная о том, что необходимо менять, требуется подготовить инструмент и детали для замены

Чаще всего проводятся такие процедуры как:выправление элементов «кардана»;
замена износившихся деталей;
замена расходников.
В процессе подбора новых деталей важно учитывать общие размеры вашего механизма, особенно длину крутящих вилок, так как при работе валов она меняется больше всего. Узнать габариты можно по специальной технической литературе
Для примера, давайте обратим внимание на размеры «кардана» некоторых моделей УАЗ:

Подготовив нужный инструментарий, остаётся устранить поломку

К счастью многих автомобилистов, конструкция карданного вала довольно-таки примитивна, вследствие чего провести сборку-разборку данного механизма очень просто.

В целом, особых сложностей в понимании общей сущности карданных валов нет. Несмотря на простоту устройства и приемлемую надёжность, подобные механизмы имеют большие габариты и немалую массу, что и сказывается на их незначительном серийном использовании. В любом случае, «карданы» использовались ранее и используются до сих пор, поэтому знать об их устройстве и принципах работы будет не лишним каждому автомобилисту. Надеемся, представленный выше материал помог вам разобраться с этим. Удачи на дорогах и в обслуживании авто!

Устройство карданного вала и принципы его работы

Карданный механизм стандартного типа может быть представлен в структуре авто двумя элементами:

  • Передним карданным валом, который зачастую отходит по обе стороны от КПП и каждая его часть взаимодействует с полуосями (колёсами) напрямую;
  • И задним карданным валом, который либо также соединяется с КПП напрямую, либо отходит непосредственно от передней части механизма через специальный распределитель (средний «кардан»). Задний карданный вал имеет существенное отличие от переднего, а именно – особую структуру, которая предполагает использование тонкостенной трубы, передающей вращение на полуоси посредством соединения с отмеченными ранее узлами. В случае с использованием переднего «кардана» подобный подход не требуется, так как приводные механизмы соединяются с колёсами напрямую.

Передний карданный вал

Задний карданный вал

Если с задним карданным валом всё предельно просто – он состоит из тонкостенной трубы, шарниров и соединителем с КПП, то вот с передним «карданом» ситуация обстоит слегка иначе. Данная часть механизма в типовом варианте имеет следующие конструкционные элементы:

  • подвесной подшипник (реже и другие распределители крутящего момента);
  • двойной шарнир, необходимый для передачи вращения полуосям;
  • одной или нескольких скользящих вилок, распределяющих вращение между полуосями или осями после его получения от КПП;
  • промежуточные уплотнители и защитные составляющие (сальники, прокладки и т.п.);
  • крепежи деталей.

Рассматривая принцип работы любой части карданного вала максимально просто, стоит выделить три базовых этапа его работы:

  1. Тонкостенная труба или скользящая вилка, соединенные с источником вращения (КПП) с одной стороны, получают от него это самое вращение;
  2. Соединяясь с другой стороны с полуосями, данные элементы передают кручение непосредственно на колёса;
  3. В процессе реализации двух предыдущих этапов возможно грамотное распределение крутящего момента между осями посредством использования некоторых подшипников, шарниров и подобных элементов устройства. Помимо этого, упомянутые шарниры в конструкции карданного вала используются для передачи вращения под углом. Наибольший эффект и КПД от подобного передачи вращения достигается в угловом диапазоне 0-20 градусов. Конечно, большинство «карданов» могут передавать вращение и при большем повороте колёс, но в этом плане они в любом случае будут уступать гранатам переднеприводных авто.

В зависимости от того, насколько грамотней, умней «кардан» распределяет вращение между полуосями, определяется сложность его конструкции. Тут действует крайне простой принцип – чем более сложные функции выполняет данный механизм, тем больших размеров, веса он будет. Отметим, что большинство карданных валов делают из высококачественной стали. Подобный подход позволяет не только добиться максимальной крепости узла, но и относительно небольших габаритов и массы, в отличие случая с использованием сплавов или замены стали на иные металлы.

Преимущества и недостатки

Несмотря на объективную необходимость использования карданной передачи в автомобиле, этот механизм обладает сильными и слабыми сторонами.

Начнём с положительных качеств. Их перечень достаточно обширный, потому стоит остановиться на самых основных.

  • надёжность и долговечность. Во многом эти качества приобретены за счёт способности кардана выдерживать серьёзные нагрузки. Это преимущество особенно актуально для тяжеловесных машин, а также автомобилей, которые часто вынуждены ездить по неровным дорогам и пересечённой местности,
  • ремонтопригодность. Важным достоинством КВ является тот факт, что в процессе ремонта можно менять отдельные компоненты. Нет необходимости осуществлять замену всего узла, что значительно снижает расходы на ремонт автотранспортного средства,
  • лучшая чувствительность руля. Активно проявляется на заднеприводных автомобилях, где используется карданный вал. Привод практически никак не зависит от кардана, а потому передняя ось сосредоточена на управлении, а задняя на толкании автомобиля,
  • хороший разгон. Узел позволяет загружать задние колёса, но одновременно с этим разгружать передние. Это способствует снижению вероятности такого явления как пробуксовка на машине,
  • контроль заноса задней оси. Если возникает занос задней оси, справиться с ним удаётся намного проще за счёт применения карданной передачи,
  • длительный срок службы. Элемент действительно надёжный, а его конструкция обеспечивает продолжительную эксплуатацию,
  • возможность восстановления. Даже когда КВ сильно изнашивается или сталкивается с серьёзными поломками, его реально восстановить. Хотя в определённых случаях для этого требуется наличие специального оборудования.

Но и недостатки в карданных валах также присутствуют

И на них порой стоит обращать внимание

Если говорить о слабых сторонах КВ, то здесь стоит выделить такие моменты:

  1. Главным недостатком считается тот факт, что валы вращаются не синхронно при увеличении угла между ними. Но в действительности такой минус не особо актуален для машин с задним и полным приводом. Недостаток проявляется в основном применительно к переднеприводным транспортным средствам. В связи с этим кардан обычно заменяют более сложным устройством с аналогичным назначением. Речь идёт о конструкции под названием ШРУС или же шарнире равных угловых скоростей.
  2. Ещё одним минусом считается внушительный вес конструкции. Большая масса негативно влияет на динамику транспортного средства и способствует увеличению расхода топлива.
  3. Чтобы установить в машине карданный вал, требуется предусмотреть наличие специального тоннеля. Это негативно отражается на комфорте в салоне транспортного средства, поскольку посередине машины проходит порой довольно внушительный бугорок.
  4. Карданные валы способны создавать дополнительный шум и вибрацию.

Несмотря на имеющиеся недостатки, некоторые из них достаточно условные, и не могут считаться полноценными минусами карданного вала. Плюс производители активно работают над усовершенствованием конструкции, что позволяет избавляться от некоторых недочётов, а также исправлять ошибки предыдущих версий карданных передач.

Какую функцию он выполняет?

Основная задача данного механизма это передача вращательных движений на оси, расположенные в разных плоскостях. Коробка передач расположена выше, чем мост задних колес автомобиля. Если установить прямую балку, из-за смещения осей она или сама сломается, или разобьет узлы коробки и моста.

Еще одна причина, по которой необходимо данное устройство, заключается в подвижности задней оси машины. Она закреплена на амортизаторах, которые при езде перемещаются вверх и вниз. При этом расстояние между коробкой и задним редуктором постоянно меняется. Скользящая вилка компенсирует такие перепады без потери крутящего момента.

Нарушения работоспособности

Главным нарушением в работе карданной конструкции представляется разбалансировка. Данная проблема возникает в результате несоответствия нормам и неверной фиксации зазоров в крестовинах во время установки механизма. Сами производители часто не следят за правильной фиксацией зазоров. Сначала появляется дисбаланс, который проявляется в виде вибрации, передающейся на шаровую и ощущаемой при переключении скорости на рычаге коробки передач. Затем, начинается процесс стремительного изнашивания запчастей конструкции и шаровой в том числе. В итоге, повышается вероятность потери автомобилем равновесия и возникновения серьезной аварийной ситуации. Поэтому не стоит пренебрегать правилами, следует своевременно проводить осмотр и по необходимости ремонт изношенных запчастей.
Появление стука в деталях коробки передач в момент начала езды, при быстром увеличении скорости или смены передачи. Такое может происходить при:уменьшении прочности соединений на резьбе крепежных запчастей фланцев и соединяющей муфты карданной передачи;
наличии сверхдопустимого зазора в шлицевой части или в подшипниках крестовины
Большее внимание нужно уделять крестовине, ее сальнику и наличию смазки, так как именно крестовина может стать основным источником скрежета, требует более частой замены – каждые 10 000 км. Реже чем крестовина, но все таки часто, портится подвесной подшипник и его сальник или появляется зазор в карданном шарнире;
срезание шлицов
Происходит это таким образом: начинает растягиваться цепь в раздатке и образовывается люфт. Из-за люфта цепь перескакивает по зубьям шестеренкой раздатки, что на разной скорости создает мощные ударные нагрузки на шлицы переднего кардана и раздатки. При такой неисправности из-под машины слышны громкие металлические шумы. Даже на оригинальной детали с пробегом 250 000 км высока вероятность того, что шлицы срежутся, и у вала не будет полного входа в раздатку. Т.к. в момент сокращения и растяжения кузова автомобиля при езде карданный вал то входит глубоко в раздатку, то выходит из раздатки. В принципе, избавиться от этой проблемы на пару лет можно, заменив старый кардан на новый, но с шлицевым соединением большей длины. Однако главная причина заключается в растянутой цепи раздатки. Поэтому рекомендуется заменить карданный механизм вместе с цепью

А в случае, если потребуется ремонт или замена раздатки, важно учитывать все характеристики фланца на раздатке (размеры и число шлицевых соединений, внешний диаметр и диаметр по глубине шлицов).

Зачем в автомобилях карданный вал и какие функции он выполняет

Сильное дребезжание и колебания машины при езде так же могут возникать по причине:

  • недопустимого изгиба валов;
  • неправильной фиксации и не соблюдения монтажных меток;
  • выхода из строя центральной втулки фланца промежуточной муфты или вторичного кольца вала трансмиссии;
  • поломки подвесной опоры кардана;
  • слабого присоединения поперечной опоры на резьбе;
  • сверхдопустимого зазора в игольчатых подшипниках крестовины;
  • ослабления соединяющей гайки вилки коробки передач;
  • отсутствия смазки в шлицах.

Особенности устройства

Если не учитывать некоторые компоненты КВ в виде уплотнителей, креплений и эластичной муфты, то это устройство содержит в себе несколько ключевых составляющих. Хотя и та же муфта выполняет не менее важную роль, поскольку отвечает за поглощение вибраций и резких рывков.

Что же касается устройства карданной передачи, то тут следует выделить такие компоненты как:

  • центральный вал. Его выполняют из высокопрочной стали. Фактически имеет внешний вид полой трубки;
  • крестовины, имеющие шарнирные механизмы. Применяется пара таких крестовин. Они нужны для обеспечения вращения всех компонентов трансмиссии под определённым заданным углом. Во многом за счёт этого удаётся обеспечить плавную передачу крутящего момента;
  • шлицевые раздвижные соединения. Этот элемент нужен в связи с тем, что при проездах по кочкам или иным препятствиям расстояние между редуктором самого моста и коробки передач увеличивается. А потому необходимо несколько удлинить карданный вал. Именно тут на помощь приходят шлицевые элементы;
  • скользящая вилка. С её помощью удаётся сцепить или соединить между собой концы центрального и промежуточного вала;
  • подвесной подшипник. Необходим для создания опоры конструкции, что позволяет кардану свободно вращаться вдоль собственной оси. В зависимости от того, сколько секций кардана используется в конструкции, применяется различное количество подвесных подшипников. Их монтируют непосредственно на кузов автотранспортного средства.

Но мало просто узнать, из чего состоит автомобильный карданный вал. Также следует дополнительно разобрать особенности все работающих компонентов.

Чтобы понять, как работает в машине карданный вал, необходимо уточнить некоторые нюансы относительно составляющих узла. Так вы лучше поймёте, на чём основывается используемая в авто карданная передача.

Эти агрегаты бывают двухвальными или одновальными. В случае с двухвальным устройством в механизме дополнительно присутствует промежуточный кардан, к которому в заднем отделе приварен хвостовик, дополненный наружными шлицами. А к переднему отделу с помощью шарнира монтируется скользящая втулка. Если система одновальная, тогда промежуточный участок на ней отсутствует.

Зачем в автомобилях карданный вал и какие функции он выполняет

В передней части авто КВ крепится в КПП за счёт подвижного соединения шлицевого типа. Для реализации такой задумки на конце механизма предусмотрено наличие специального отверстия, имеющего внутренние шлицы. Устройство позволяет осуществлять продольные смещения этих шлицов, когда машина находится в движении.

Затем монтируется подвесной подшипник КВ, который при помощи специального кронштейна устанавливается и фиксируется на кузове. Это выступает как дополнительное крепление, которое не позволяет осуществлять излишние смещения во время поездок.

После идёт вилка, располагающаяся между передней и задней частью КВ. Тут находится крестовина с игольчатыми подшипниками. За счет этих вилок и крестовин в конструкции КВ удаётся передавать момент при различных углах возможного изгиба карданного вала.

КВ фиксируется в задней части к редуктору заднего моста с помощью фланца. Параллельно с этим хвостовик, имеющий внешние шлицы, входит уже непосредственно во фланец привода автомобильной главной передачи.

Работа карданной передачи основывается на том, что она может передавать крутящий момент при меняющемся положении карданного вала в пространстве. Для реализации такой функции ключевую роль играют два компонента. А именно вилка и шарнир крестообразного типа.

Скользящая вилка позволяет несколько увеличивать длину механизма, когда автотранспортное средство движется по неровному участку дороги. Длинное шлицевое соединение не позволяет прекращать передачу момента даже в ситуациях, когда подвеска вместе с задним автомобильным мостом начинает смещаться вверх или вниз.

Задача шарнира при этом заключается в обеспечении вращения колёс при изменениях угла изгиба карданного вала. Принято считать, что механизм продуктивно работает, когда угол не превышает 20 градусов. При превышении этого значения начинается процесс активного износа элемента.

Что такое карданный вал

Кардан это механизм, передающий вращение от коробки передач на редуктор заднего моста. Задача усложняется тем, что эти два механизма расположены в разных плоскостях по отношению друг к другу. Карданами оснащаются все модели автомобилей, задние колеса которых являются ведущими.

Кардан трансмиссии устанавливается вдоль выхлопной системы автомобиля и выглядит в виде длинной балки, идущей от коробки передач до заднего моста. Он оснащен минимум двумя крестовыми шарнирами (по одной с каждой стороны), а в узлах с небольшим смещением осей – одним.

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

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

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

admin
Оцените автора
( Пока оценок нет )
Добавить комментарий