05 июля 2022
Статьи

Карданный вал что это (простыми словами) для чего нужна карданная передача?

Содержание

Ищем двух авторов для нашего сайта, которые ОЧЕНЬ хорошо разбираются в устройстве современных автомобилей.
Обращаться на почту [email protected].

Карданный вал – это альтернатива шарнирному ведущему валу, используемая на некоторых заднеприводных и полноприводных автомобилях. Данный элемент трансмиссии представляет собой механизм, который посредством соединения с коробкой переключения передач передаёт вращательный момент на ведущие колёса автомобиля. По сути, этот вид передачи крутящего момента является отчасти устаревшим, однако всё же до сих пор применяется на ряде транспортных средств, например – на внедорожниках известной многим марки «УАЗ». Более подробно о принципах работы, устройстве и основных неполадках карданного вала поговорим в приведённой ниже статье.

Выше было отмечено, что карданный вал – это распределитель крутящего момента между осями и полуосями некоторых автомобилей. До появления шарниров равных угловых скоростей (иначе – гранат) «кардан» являлся одним из самых востребованных элементов трансмиссии всех без исключения транспортных средств. Однако в силу конструкционных особенностей переднеприводных автомобилей карданный вал был вытеснен из их структуры, а на замену ему пришли ранее упомянутые гранаты. Несмотря на это, в конструкции многих заднеприводных и полноприводных машин «кардан» используется и сегодня.

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 валЗадний 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.

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.

Беря в расчёт еще и немалую массу и габариты механизма, вполне можно констатировать – карданному валу приходится нелегко, поэтому особого удивления его поломки вызывать не должны.

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.

Пару слов о ремонте карданного механизма

Ремонт карданных валов – процедура отнюдь несложная, однако для её реализации иногда может потребоваться наличие специфичных инструментов. Связано это с тем, что габариты механизма далеко не всегда малы. В любом случае, при должном желании и наличии некоторых навыков отремонтировать «кардан» в условиях гаража возможно.

Процедура ремонта карданного механизма состоит из следующих этапов:

  1. Во-первых, определяем точную причину поломки путём детального осмотра узла в смотровой яме или на подъёмнике;
  2. После этого, уже заведомо зная о том, что необходимо менять, требуется подготовить инструмент и детали для замены. Чаще всего проводятся такие процедуры как:
    • 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:

  3. 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!

Карданный вал

Карданные валы в тележке рельсового ТС

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

Карданная передача и все,что нужно о ней знать.

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 или раме в эластичном кольце для компенсации осевого перемещения двигателя ( см. устройство двигателя автомобиля ).

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ КАРДАННОЙ ПЕРЕДАЧИ

Особенностью такого шарнира является неравномерность вращения. При изменении угла положения ведущего вала относительно ведомого, последний в определенных точках ускоряется или замедляется, то есть возрастает или снижается угловая скорость. Причем с увеличением угла скорость опережения или отставания ведомого вала от ведущего повышается, поэтому такая передача вращения носит циклический характер. Значительный угол (более 20 град.) между валами повышает нагрузку на составные элементы шарнира, что может привести к поломке.

Принцип работы карданного шарнира рассмотрим на примере, когда ведущий вал расположен строго горизонтально, а ведомый – под углом вниз (стандартное положение кардана). Начальное положение внутренней вилки шарнира – тоже горизонтальное. При передаче вращения из-за положения под углом, часть вилки, идущая вниз ускоряется относительно ведущего вала. Максимальное опережение достигается в нижней точке.

Одновременно, часть вилки ведомого вала, при вращении начавшая движение вверх, замедляется и отстает по скорости вращения от ведущего. Максимальное отставание – в самой верхней точке.

Из-за этих особенностей работы шарнира неравных угловых скоростей, вращение передается неравномерно.

Для снижения неравномерности скоростей вращения и нагрузки в конструкции карданной передачи применяется по два шарнира – на концах пустотелого вала. Причем для максимального сглаживания внутренние вилки расположены в одной плоскости.

За счет использования двух шарниров уменьшаются углы положения валов и, соответственно, и неравномерность скоростей вращения.

Из-за неравномерности вращения между валами карданная передача не используется в конструкции трансмиссии переднеприводных автомобилей. На таких моделях шарнир неравных угловых скоростей заменен на ШРУС, у которого передача осуществляется равномерно независимо от угла между валами.

ДОСТОИНСТВА

К достоинствам карданной передачи относятся:

  1. Работа со значительными крутящими моментами.
  2. Возможность соединения узлов трансмиссии, установленных на больших расстояниях между собой.
  3. Реализация полного привода на авто.
  4. Простота конструкции.
  5. Устойчивость к нагрузкам.

Но вместе с тем, кардан повышает металлоемкость трансмиссии и требует значительного пространства для установки, что сказывается на полезном объеме салона.

Карданы с шарнирами неравных угловых скоростей не требуют технического обслуживания и при этом обладают значительным ресурсом Несмотря на использование в конструкции подшипников, в процессе эксплуатации проводить их смазку не нужно, поскольку сам шарнир – необслуживаемый, а заложенного производителем смазочного материала хватает на весь срок службы.

Кардан является неремонтируемым узлом. При изгибе кардан требует полной замены. Обусловлено это тем, что при изготовлении узел балансируется. Изгибы же приводят к разбалансировке, что повышает вибрации и нагрузки в КПП и главной передаче и ускоряет износ шарниров.

Шарниры также не ремонтируются, поэтому при появлении повышенной вибрации со стороны кардана, сторонних звуков (хрустов, щелчков) выполняется замена составных элементов шарнира. Обычно замене подлежат крестовина и ее подшипники, но при сильной выработке проушин меняется узел в сборе.

Эксплуатация и возможные неисправности карданной передачи

Бережная эксплуатация автомобиля позволяет шарнирам карданного вала и шаровым шарнирам передних валов сохранить свою работоспособность надолго, как минимум до 100 тысяч побега. Что касается труб, то при отсутствии механических повреждений их можно использовать долгие годы без замены, в противном же случае изогнутый механизм стоит просто заменить новым. Следует уделять внимание состоянию чехлов шарниров и заменять их при любом повреждении, уберегая тем самым шарниры.

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

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

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

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

Назначение и общее устройство карданной передачи

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.

Устройство карданного вала

Схема карданной передачи включает в себя следующие элементы:

  • Одна или несколько секций из тонкостенной полой трубы;
  • Шлицевое раздвижное соединение;
  • Вилки;
  • Крестовина;
  • Подвесной подшипник;
  • Элементы крепления;
  • Задний подвижный фланец.

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.

Типы карданной передачи

В современном автомобилестроении могут применяться следующие типы карданных передач:

  • Оснащенные шарниром неравных угловых скоростей (классическая карданная передача автомобиля);
  • Оснащенные ШРУС (шарнирами равных угловых скоростей);
  • Оснащенные полукарданными упругими шарнирами;
  • Оснащенные жесткими полукарданными шарнирами.

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.

Как выбрать крестовины кардана?

Когда речь заходит об автомобилях и их ремонте, чаще всего объектом нашего внимания стают сложные конструкции, которые призваны обеспечивать нормальную работоспособность транспортного средства. Однако, не все важные составляющие конструкции автомобиля отличаются сложностью своего строения. В данной статье мы расскажем Вам об особенностях выбора и установки одной из наиболее простых и универсальных деталей – крестовины карданного вала.

1. Функции крестовин

Крестовина карданного вала – это главная составляющая часть карданной передачи, которая, в свою очередь, является специальным механизмом автомобиля, призванным передавать крутящий момент между валами, пересекающимися в центре крестовины и обладающими способностью взаимного углового перемещения. Карданная передача активно используется в разных областях человеческой деятельности, особенно в тех местах, где трудно обеспечивать соосность вращающихся элементов. В этом плане не стал исключением и автомобиль.

Вся работа карданной передачи нацелена на направление крутящего момента от одних агрегатов к другим, а точнее от КПП к редукторам моста. Учитывая, что эксплуатация автомобиля базируется на постоянном его движении, соответственно, некоторые его узлы тоже способны менять свое положение. Поэтому, для того чтобы обеспечить спокойную передачу усилия от мотора к колесам, очень важно уравновесить колебания механизмов, которые вызываются различными внешними факторами. Для подвижного соединения двух валов, вращающихся под разными углами, и используют крестовину. Правда, карданная передача имеет один весомый недостаток, выражающийся в несинхронном вращении валов, то есть, в то время как один из них равномерно вращается, второй этого не делает. Эта несинхронность возрастает вместе с увеличением угла между валами.

Такое положение вещей полностью исключает вероятность использования карданной передачи на многих устройствах, в том числе и в трансмиссии переднеприводных машин, где главная проблема кроется в передаче крутящего момента на поворотные колеса.

Частично компенсировать указанный недостаток можно при помощи использования на одном валу парных шарниров, которые на четверть оборота повернуты друг к другу, но там, где синхронность является обязательным условием, вместо описанного элемента применяется шрус (шарнир равных угловых скоростей) – усовершенствованная и более сложная конструкция, выполняющая те же задачи.

Как следует из названия, крестовина кардана – это деталь, выполненная в форме креста, а к его четырем концам крепятся вилки карданного шарнира, имеющие игольчатые подшипники, которые, собственно, и вызывают движение шарнира. Вот и получается, что, выполняя вспомогательную функцию, по сути, крестовина выступает в роли главной составляющей карданной передачи, ведь именно благодаря ней два вала с переменными осями и непостоянным местоположением могут работать в паре и, объединившись в одно целое, сохранять крутящий момент для его последующей передачи на колеса автомобиля.

Более того, еще одной немаловажной функцией крестовины есть ее способность к гашению возможной деформации карданного соединения, вызванной постоянной динамикой всех его составляющих частей. Учитывая этот факт, производители изготавливают корпус детали из очень прочных материалов, которые предварительно проходят дополнительную термическую обработку, что делает детали более надежными и долговечными.

Но как бы там ни было, крестовина кардана была и остается наиболее уязвимой частью всего механизма, а все из-за того, что с появлением слишком большого угла между валами, теряется равномерность их вращения, приводя к существенному снижению мощности и ускоренному износу всех узлов, причем сама крестовина испытывает немалые нагрузки.

2. Правильный подбор крестовин

Когда крестовина приходит в негодность, сразу появляется вопрос: «как правильно подобрать сменную деталь?» И правда, выбор новой крестовины может загнать в тупик даже некоторых опытных автомобилистов, ведь сталкиваться с такой проблемой приходится нечасто, а значит, и опыт у большинства автовладельцев соответствующий. Чтобы не прогадать, выбирайте продукцию только проверенных производителей, а саму деталь подбирайте исходя из параметров конкретной машины.

На современном рынке автозапчастей можно найти продукцию самых разных производителей (например, GWB, GKN, HD Parts, EDH и т.д.), причем крестовина одного и того же типоразмера может значительно отличаться как по конструкции и качеству исполнения, так и по стоимости.

К сожалению, многие автолюбители отдают предпочтение наиболее дешевым вариантам, особо не задумываясь о качестве приобретенных деталей. Но можно ли хоть как-то оправдать такой подход и на что все-таки стоит обращать внимание при выборе крестовин? Чтобы ответить на эти вопросы, для начала вспомним об особенностях конструкции описанной детали.

Как правило, крестовина состоит из самого «креста» с четырьмя шипами, четырех игольчатых подшипников и уплотнений. Внешняя обойма подшипника представлена в виде стакана, а внутренняя – это шип крестовины. С целью защиты игольчатого подшипника от попадания в него загрязнений и влаги, а также для удержания внутри детали смазки используется пыльник и специальное манжетное уплотнение. Торцевой упор шипа в дно стакана обеспечивается посредством упорного подшипника (шайбы), хотя в некоторых конструкциях крестовин он может отсутствовать.

Крепление стаканов в отверстиях фланцев может выполняться несколькими способами: с использованием внутренних или внешних стопорных колец, с применением прижимных крышек или планок, а также за счет локальной деформации проушин вилок и фланцев (способ зачеканивания или, как его еще называют, – «кернение»).

Как же определить уровень качества крестовины? Тут самым доступным методом всегда была визуальная диагностика. Если на детали присутствуют следы грубой механической обработки, пористое и несимметричное литье, а стаканы подшипников «украшают» заусеницы и забоины, знайте – это первые признаки низкокачественного изделия.

Однако самыми главными параметрами, на которые при выборе крестовины карданного вала стоит обращать внимание в первую очередь, являются размеры и форма стаканов подшипников. Дело в том, что диаметр стакана должен обеспечивать плотную (неподвижную) посадку подшипников в отверстиях фланцев и вилок. Как правило, отверстия под стаканы подшипников обрабатывают по седьмому квалитету (Н7), а значит, чтобы гарантировать посадку стакана в отверстиях с натягом, он должен изготавливаться с полем допуска N6 или P6.

Что касается показателей цилиндричности указанных стаканов, то они не должны превышать 0,006 миллиметров, за исключением тех деталей, которые изготовлены путем штамповки и порошковой металлургии, ведь в данном случае стаканы подшипников, как правило, имеют конусную форму, позволяющую компенсировать различную жесткость по длине. Запрессовав стакан в посадочные отверстия, он снова примет правильную, цилиндрическую форму.

Также, выбирая крестовину, Вы можете столкнуться с вопросом выбора конструкции уплотнений их подшипников. Самый простой вариант такой конструкции представлен в виде эластомерного кольца, непосредственно установленного на шип или в напрессованную на него обойму. Такое кольцо способно обеспечить герметизацию только по торцу крестовины и стакана подшипника (как правило, используется для уплотнения на небольших крестовинах, диаметр стакана которых находится в пределах до 30 мм).

Вся размерная цепь крестовины рассчитывается так, чтобы между дном стакана и шипом оставался зазор в 0,5-1,0 мм. Благодаря этому пространству, торцевой упор выполняется не по дну стакана и торцу шипа, а по торцу стакана и по боковой манжетной поверхности. Из-за достаточно узкой торцевой поверхности стакана в месте контакта с манжетой появляются высокие нагрузки, которые вызывают повышенный износ манжеты, появление ощутимого осевого зазора в крестовине и быструю поломку шарнира.

Более совершенным вариантом уплотнительного узла считается тот его вид, который обеспечивает уплотнение подшипника как в осевом, так и в радиальном направлениях. Также, широкого распространения достигла конструкция комбинированного типа, состоящая из двух основных элементов: пластикового кольца (обеспечивает торцевое уплотнение) и эластомерной манжеты (отвечает за уплотнение подшипника в радиальном направлении).

Надежность любой конструкции уплотнительных узлов подшипников в большой степени зависит от качества обработки поверхности крестовин, которая сопрягается с элементами уплотнения. Как показывает практика, далеко не все производители таких деталей соблюдают требования касательно качества их обработки, поэтому достаточно часто поверхности под манжету обрабатываются неаккуратно, в некоторых случаях – с видимым смещением. Работа манжетного уплотнения по грубой и шероховатой поверхности крестовины вызывает быстрый износ уплотнительных деталей, нарушая герметичность уплотнительного узла и преждевременный отказ карданного шарнира.

Если уплотнительная поверхность крестовины будет неравномерной и несимметричной, то это существенно повлияет на эффективность уплотнения, что, в конечном счете, приведет к преждевременному отказу шарнира.

Учитывая, что эффективность ремонта карданных валов напрямую зависит от качества использованных комплектующих, в том числе и крестовин, в завершение всего вышесказанного приведем несколько рекомендаций касательно выбора описанных деталей:

1) Доверяйте только продукции ведущих производителей, руководствуясь нанесенной на ней маркировкой;

2) Перед покупкой и установкой крестовин следует обязательно учитывать размеры и форму стаканов их подшипников: диаметр этих деталей должен полностью соответствовать плотной посадке подшипников, а овальность стаканов – находиться в пределах 0,006 мм;

3) Особое внимание стоит уделить качеству обработки шипов крестовин. На них (в том числе и в местах под уплотнениями) не должно быть никаких рисок, забоин или следов грубой обработки, а нормальная шероховатость шипов должна соответствовать значению Rа≤0,63 мкм (под уплотнениями Rа≤1,25 мкм).

4) Учитывая отечественные условия эксплуатации и обслуживания транспортных средств, лучше всего отдать предпочтение обслуживаемым крестовинам, обладающим возможностью пополнения смазочного материала подшипников.

3. Установка новых крестовин

Установка новых крестовин может понадобиться лишь в случае замены старых, сломанных деталей. Для выполнения задачи Вам потребуется определенный набор инструментов, в который входят ключи (торцовые и рожковые), молоток, приспособление для съема (также используется и для установки) и плоскогубцы. В зависимости от особенностей конструкции конкретного автомобиля, указанный список может быть несколько расширен, но эти инструменты понадобятся Вам в любом случае.

Установка новых деталей выполняется сразу после демонтажа изношенных крестовин, а чтобы их снять, сначала нужно изъять из машины сам карданный вал. Для этого открутите держатели подшипника и ослабьте держатели к заднему мосту, после чего Вы сможете без труда снять устройство. После того как деталь оказалась в Ваших руках, пометьте маркером каждую деталь. Так будет легче выполнить обратную сборку и избежать последующего появления нежелательных вибраций вала, которые как раз и есть результатом неточной сборки.

Выполнив указанные действия, переходим к демонтажу старой крестовины. Для этого следует ослабить все уплотнители и установить деталь в нейтральное положение. Дальше нужно аккуратно выбить чашу и очистить кардан (вместе с каналами) от налета и грязевых отложений. Изъяв старую крестовину, можно переходить к непосредственной установке сменной детали. Надо отметить, что монтаж новой крестовины проходит намного проще, нежели демонтаж старого элемента.

Чашку нужно надежно зафиксировать и установить кардан в начальное положение. Также аккуратно установите вторую чашку, после чего можно приступать к монтажу новых уплотнительных элементов. Следующий этап установки крестовины – это монтаж нового подшипника (после демонтажа старой детали следует открутить держатели переднего шарнира, и все, что останется, – это снять старый элемент, а на его место установить новый).

Вбивать крестовину крайне нежелательно, ведь имеющиеся в чашках игольчатые подшипники могут просто рассыпаться. Лучше всего воспользоваться специальным съемником или впрессовать ее в вилку при помощи тисков и поршневого кольца.

После установки крестовины весь механизм собирают в обратном порядке, используя заранее нанесенные на корпус отметки. Остается только проверить работоспособность отремонтированного транспортного средства. Если Вы все сделали правильно, то никаких посторонних вибраций быть не должно, а сама машина будет ехать максимально плавно и мягко.

Описанная работа обладает невысоким уровнем сложности и под силу практически любому автовладельцу, который хоть немного разбирается в строении автомобиля. Все, что от Вас может потребоваться (помимо инструментов и материалов) – это предельная осторожность и беспрекословное выполнение всех требований инструкции, а также соблюдение требований техники безопасности.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Выбираем крестовину карданного вала

Материалы подготовлены Завороткиным Е.А. и Антиповым А.И.,»Механика СПб».

Крестовины являются одними из основных элементов карданных шарниров, во многом определяющими ресурс карданных передач в целом. На рынке автомобильных запасных частей представлены крестовины различных производителей и поставщиков – GKN, GWB, HD Parts, EDS, EDH и многих других. При этом крестовины одних и тех же типоразмеров могут существенно отличаться и по конструкции, и по качеству исполнения, и по стоимости.

Непраздный вопрос и для специалистов, занятых ремонтом карданных передач, и для владельцев автотранспорта: чем руководствоваться при выборе и приобретении крестовин? Нередко предпочтение отдается наиболее дешевому варианту без учета качества изготовления деталей. Насколько обоснован такой подход? На что следует обращать внимание при выборе крестовин?

Для ответа на эти вопросы обратимся сначала к конструкции крестовины. В общем случае крестовина, как сборочная единица, состоит из собственно крестовины с четырьмя шипами, 4-х игольчатых подшипников и уплотнений (рис.1).

Рис. 1. Общий вид крестовины: 1 – крестовина; 2 – пыльник; 3 – манжетное уплотнение; 4 – игольчатый подшипник; 5 – упорный подшипник; 6 – корпус игольчатого подшипника (стакан); 7 – стопорное кольцо.

Внешней обоймой подшипника является стакан, внутренней – шип крестовины. Для предохранения игольчатого подшипника от попадания влаги, загрязнений и удержания смазки служат пыльник и манжетное уплотнение. Торцевой упор шипа крестовины в дно стакана происходит через упорный подшипник (шайбу). В ряде конструкций крестовин упорный подшипник может отсутствовать.

Фиксация стаканов подшипников в отверстиях фланцев и вилок осуществляется различными способами: с помощью внутренних или внешних стопорных колец, с помощью прижимных крышек или планок, а также путем локальной деформации материала проушин фланцев и вилок – зачеканиванием, часто называемым кернением (рис.2).

а)

б)

в)

г)

Рис. 2. Способы фиксации стаканов подшипников: а — внутренними стопорными кольцами; б – внешними стопорными кольцами; в – прижимными планками; г – кернением.

Каким же образом можно определить качество изготовления крестовин? Предварительно его можно оценить внешним осмотром: пористое, несимметричное литьё, следы грубой механической обработки поверхностей, заусенцы и забоины на стаканах подшипников, дефекты уплотнения – вот первые признаки низкокачественной продукции.

При проверке качества крестовин важно установить, соответствуют ли значения конструктивно-технологических параметров крестовин техническим условиям на их изготовление. Поскольку поставляемые зарубежными производителями детали карданных передач сертифицированы на соответствие российским стандартам, вполне обоснованно применение для оценки качества крестовин технических требований, регламентированных стандартами ГОСТ Р 52923-2008, ГОСТ 4657-82 и ГОСТ 24310-80.

Одни из контролируемых параметров — размеры и форма стаканов подшипников. Диаметр стакана крестовины должен быть таким, чтобы обеспечивалась плотная (неподвижная) посадка подшипников в отверстиях фланцев и вилок. Отверстия под стаканы подшипников обрабатывают, как правило, по седьмому квалитету H7. Таким образом, для гарантированной посадки стакана подшипника в отверстиях с натягом, стаканы должны изготавливаться с полем допуска n6 или p6. Отклонения от цилиндричности стаканов подшипников крестовин не должны превышать 0,006 мм. Исключение составляют стаканы подшипников, изготовленные методами штамповки и порошковой металлургии. В этом случае стаканы подшипников имеют, как правило, конусную форму, с основанием конуса у манжетного уплотнения. В зависимости от диаметра стакана его конусность может составлять от 0,02 до 0,06 мм. Такая форма стаканов позволяет компенсировать их различную жесткость (податливость) по длине. После запрессовки в посадочные отверстия стакан приобретает правильную, цилиндрическую форму.

Важнейшими технологическими характеристиками крестовин, определяющими их износостойкость, являются шероховатость и твердость рабочих поверхностей шипов, которые должны, соответственно, составлять Rа ? 0,63 мкм и HRC 58…65.

Для проверки качества изготовления крестовин были отобраны по 2-3 типоразмера деталей различных производителей, наиболее распространенных сегодня на российском рынке. Результаты измерения параметров крестовин приведены в таблице.

Торговая марка Маркировка Параметр Отклонения от цилиндричности стаканов, мм Отклонения от цилиндричности шипов, мм Шероховатость шипов Ra, мкм Твердость шипов, HRC Bakkeren (BKJ) Отсутствует 0,03-0,05* ≤0,005 0,34-0,60 59-62 Della Concordia UDC Made in Italy 0,01-0,05* ≤0,005 0,44-0,65 57-59 GKN Отсутствует 0,01-0,02* ≤0,005 0,27-0,51 60-63 GMB GMB Japan ≤0,01 ≤0,005 0,30-0,32 59-61 GWB GWB ≤0,0005 ≤0,005 0,42-0,61 63-65 HD Parts HD Parts ≤0,01 до 0,01 0,63-0,98 61-64 EDH Отсутствует 0,01-0,05* до 0,015 0,33-0,64 62-65 EDS EDS 0,01-0,02* ≤0,005 0,26-0,55 61-64 Rock Ford Отсутствует ≤0,005 ≤0,005 0,33-0,54 54-59 JAB JAB ≤0,005 ≤0,005 0,28-0,34 54-58

* — данные по подшипникам крестовин, изготовленным методами штамповки или порошковой металлургии;

Анализ результатов измерений показывает, что значения контролируемых параметров большинства обследованных крестовин соответствуют техническим условиям. Наряду с этим у крестовин HD Parts и EDH отклонения от цилиндричности шипов в 2…3 раза превышают допустимое значение, существенно выше нормируемого значения шероховатость шипов крестовин HD Parts.

Достаточно разнообразны конструкции уплотнений подшипников крестовин. Простейший вариант конструкции уплотнения представляет собой эластомерное кольцо, которое устанавливается непосредственно на шип или в обойму, напрессованную на шип, и обеспечивает герметизацию только по торцу крестовины и стакана подшипника (рис.3).

а)

б)

Рис. 3. Торцевое уплотнение подшипников крестовин: а – BKJ; б – EDS.

Как правило, такая конструкция уплотнения применяется на крестовинах небольших размеров с диаметром стакана до 30 мм. Вариант исполнения «б» более предпочтителен, поскольку обойма предотвращает выдавливание уплотнения из стыка и защищает уплотнение от внешних механических воздействий.

Примером неудачного конструктивного решения может служить схема торцевого уплотнения крестовин фирмы JAB (1КМ08). Торцевая манжета представляет собой кольцо из твердой резины, установленное в штампованном корпусе. Уплотнение стыка происходит по очень узкой (шириной 0,8 мм) кольцевой поверхности торца стакана подшипника (рис.4).

Рис. 4. Торцевое уплотнение подшипников крестовин JAB

Размерная цепь крестовины рассчитана таким образом, что между шипом и дном стакана имеется зазор 0,5…1,0 мм. В результате этого торцевой упор происходит не по дну стакана подшипника и торцу шипа, а по боковой поверхности манжеты и торцу стакана. Вследствие очень узкой торцевой поверхности стакана в зоне контакта с манжетой возникают высокие удельные нагрузки, приводящие к повышенному износу поверхности манжеты, появлению в крестовине ощутимого осевого зазора и быстрому выходу шарнира из строя.

Более совершенной является конструкция уплотнительного узла, когда уплотнение подшипника обеспечивается и в осевом, и в радиальном направлении единой манжетой специальной конфигурации (рис.5).

Рис. 5. Уплотнение подшипника манжетой осевого и радиального действия

Широко распространена конструкция комбинированного уплотнительного узла, состоящего из двух элементов: пластикового кольца и эластомерной манжеты (рис.6). Пластиковое кольцо играет роль торцового уплотнения, эластомерная манжета обеспечивает уплотнение подшипника в радиальном направлении и может иметь от одной до трех уплотняющих кромок.

Рис. 6. Комбинированное уплотнение подшипников крестовин

Одной из наиболее надежных является конструкция, в которой сочетается двухкромочная радиальная манжета с торцевым лабиринтным уплотнением (рис.7). Такая конструкция уплотнения применяется на тяжелонагруженных крестовинах, укомплектованных подшипниками SKF, INA и ряде других.

Рис. 7. Торцевое лабиринтное уплотнение подшипников крестовин

Надежность уплотнительных узлов подшипников крестовин в значительной мере зависит от качества обработки поверхностей крестовин, сопрягаемых с уплотнительными элементами. Согласно ТУ шероховатость поверхностей под уплотнения должна быть Rа ? 1,25 мкм.

Как показывает практика, не всегда это требование производителями соблюдается. Нередко поверхности на крестовине под манжету обрабатываются очень грубо, в ряде случаев с заметным смещением (рис.8). Работа манжетного уплотнения по грубой шероховатой поверхности крестовины приводит к интенсивному износу рабочих поверхностей уплотнительных элементов, нарушению герметичности уплотнительного узла и преждевременному отказу карданного шарнира. Несимметричное расположение и неравномерная ширина уплотнительной поверхности крестовины снижают эффективность уплотнения и также приводят к преждевременному отказу шарнира.

а)

б)

в)

г)

д)

е)

Рис. 8. Качество обработки уплотнительных поверхностей крестовин: а – GWB; б – HD Parts; в – EDS; г – EDH; д – GKN; е – BKJ; стрелками показаны поверхности крестовин, сопрягаемые с манжетами

Одна из проблем, с которой сталкиваются специалисты при ремонте карданных валов автомобилей, невозможность установки крестовин некоторых производителей в вилку или фланец (рис.9).

а)

б)

Рис. 9. Положение крестовин относительно вилки (а), фланца (б): а – BKJ; б – EDH .

Это связано или с отличной от оригинала формой отливки крестовины (более «полная»), или с отсутствием на шипах крестовин заходных лысок (рис.10).

а)

б)

Рис. 10. Конструктивные отличия крестовин MB Actros (68*89-166): а – крестовина GWB; б – крестовина EDH.

Для карданных валов автомобилей Scania серий Р300, Р400 и Р500 (и ряда «американских» грузовиков) крестовины поставляются в сборе с подшипниками, запрессованными в бугеля, посредством которых крестовины крепятся к фланцам. При сборке карданного вала регламентированное положение крестовин относительно фланцев обеспечивается центрирующими поверхностями бугелей (угол наклона поверхностей 4,50). Для обеспечения заданной точности позиционирования и надежной посадки крестовин во фланцах, центрирующие поверхностей бугелей должны быть обработаны c высоким качеством (с шероховатостью Rа≤1,25 мкм). Исследование технического состояния поставляемых крестовин показывает, что часто обработка центрирующих поверхностей бугелей выполнена достаточно грубо: в одних случаях фрезерованием (рис.11а), в других – пескоструйной обработкой (рис.11б).

а)

б)

Рис. 11. Качество обработки центрирующих поверхностей бугелей крестовин Scania: а — крестовина производства BKJ; б — крестовина производства HD Parts.

По возможности пополнения смазки в процессе эксплуатации карданных передач крестовины можно разделить на два типа: обслуживаемые (с возможностью пополнения смазки) и не требующие технического обслуживания (без возможности пополнения смазки).

При изготовлении крестовин, не требующих технического обслуживания, предполагается, что смазка закладывается в подшипники на весь срок службы карданной передачи.

Смазывание обслуживаемых крестовин осуществляется через пресс-масленки, установленные непосредственно в крестовинах (по центру или сбоку между шипами) или в стаканах подшипников (в 1-ом, 2-х или во всех 4-х стаканах). Очевидно, что крестовина с возможностью пополнения смазки при эксплуатации будет иметь больший ресурс, чем аналогичная необслуживаемая крестовина.

Не редко ремонтники «покупаются» на название известной торговой марки, указанной на упаковках крестовин. Опыт показывает, что содержимое упаковки не всегда соответствует самой упаковке, так как часто фирма поставщик (торговая марка) является лишь упаковщиком продукции других производителей. В этом случае маркировка производителя на деталях может вовсе отсутствовать. В то время как продукция ведущих производителей крестовин всегда имеет фирменную маркировку.

Поскольку качество ремонта карданных валов в значительной мере зависит от качества комплектующих, в том числе и крестовин, в заключение приведем некоторые рекомендации по выбору крестовин.

1. Предпочтение следует отдавать продукции ведущих производителей крестовин, руководствуясь маркировкой, размещенной непосредственно на крестовинах.

2. При приобретении и перед установкой крестовин необходимо контролировать размеры и форму стаканов подшипников: диаметр стаканов должен соответствовать плотной посадке подшипников в отверстиях фланцев и вилок, овальность стаканов не должна превышать 0,006 мм.

4. Особое внимание необходимо обращать на качество обработки шипов крестовин. Следов грубой механической обработки, рисок и забоин на шипах (в том числе и на поверхностях под уплотнения) быть не должно. Шероховатость шипов должна составлять Rа≤0,63 мкм, поверхностей под уплотнение Rа≤1,25 мкм.

5. Учитывая отечественный уровень технической эксплуатации и обслуживания автомобилей, предпочтительнее применять обслуживаемые крестовины с возможностью пополнения смазки подшипников.

ХОТИТЕ СТАТЬ АВТОРОМ? Пришлите свою статью

Лента новостей