Карданная передача равных угловых скоростей

Карданная передача – назначение, типы передач, устройство и работа

Предназначение карданной передачи

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

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

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

В зависимости от автомобиля карданная передача может соединять такие механизмы:

• коробку передач и раздаточную коробку;
• коробку передач и главную передачу ведущего моста;
• главные передачи заднего и среднего ведущих мостов;
• полуоси и передние ведущие колеса;
• главную передачу и ведущие колеса.

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

Конструкция карданной передачи

Карданную передачу составляют такие элементы:

• шарниры карданные;
• основной и промежуточный валы;
• промежуточная опора с подшипником;
• эластичная муфта;
• соединительные механизмы.

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

Итак, разберем устройство карданной передачи

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

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

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

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

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

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

Типы карданных передач

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

• передача с шарниром равных угловых скоростей;
• передача с шарниром неравных угловых скоростей;
• передача с полу карданным упругим шарниром;
• передача с полу карданным жестким шарниром.

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

Работа карданных передач

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

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

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

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

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

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

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

Видео: карданная и главная передачи

Эксплуатация и возможные неисправности карданной передачи

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

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

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

• 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.

Устройство карданной передачи

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:

Карданный переходник [ править | править код ]

Насадка для торцовых гаечных ключей, особенность которой в том, что оси условной крестовины её карданного шарнира перекрещиваются, но не пересекаются. Это техническое решение применено для простоты и надёжности, а присущее ему увеличение несинхронности угловых перемещений соединяемых инструментов здесь не имеет особой негативной роли, ввиду крайне низких скоростей вращения и особенностей моторики движений рук человека. Карданный переходник подобной конструкции не является двойной крестовиной.

Особенности функционирования

Главная особенность, которая является и недостатком этого шарнира, — неравномерная циклическая передача вращения. То есть, из-за имеющегося угла между валами ведомая часть привода переменно то обгоняет, то отстает от ведущей. Из-за этой особенности шарнир и называется «неравных угловых скоростей». Поэтому в переднем приводе валы с таким устройством не используются.

Особенность принципа работы карданной передачи учитывается конструкцией. Чтобы частично компенсировать неравномерную передачу, в устройстве привода используется одновременно два и больше шарнира. Также на легковых авто нередко можно встретить и полукарданный упругий элемент.

Чтобы имеющиеся карданы компенсировали цикличную неравномерную передачу, их еще необходимо правильно разместить относительно друг друга. Для этого шарниры располагают синхронно, а не со смещением между собой. То есть, внутренние вилки, установленные на трубчатом валу, и внешние, соединяемые фланцами с осями узлов, установлены в одной плоскости.

Полукарданный упругий элемент конструктивно очень схож с шарниром неравных угловых скоростей. У него также имеются две вилки, но соединены в единую конструкцию они при помощи эластичной (резиновой) вставки. Бывают конструкции и с фланцевым соединением.

Несмотря на свой недостаток, карданы достаточно широко используются. И способствует этому высокая надежность шарнира и неприхотливость к условиям работы. Это позволяет карданную передачу оставлять открытой, без каких-либо защитных элементов.

В целом, карданная передача может отработать очень длительный срок без какого-либо обслуживания. Выход из строя шарнира может вызвать только попадание внутрь подшипников загрязняющих веществ из-за поврежденных сальников. И то, к поломке это сразу не приведет. Кардан станет негодным для использования только при значительном износе игольчатых тел качения подшипников. Сам шарнир является неремонтируемым и при износе он просто заменяется.

Общее устройство трансмиссии

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

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

• при любых условиях эксплуатации должен обеспечиваться высокий КПД передачи.

Карданные шарниры можно разделить:

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

Конструкция карданной передачи ЗИЛ включает в себя:

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

• скользящую шлицевую вилку;

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

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

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

Расположение карданных передач на автомобилях:

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

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

Общее устройство карданной передачи:

Давайте с вами рассмотрим устройство основных частей карданной передачи.

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

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

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

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

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

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

Карданная передача с полукарданным упругим шарниром

Упругий полукарданный шарнир способствует передаче крутящего момента между валами, расположенными под небольшим углом. Происходит это, благодаря деформации упругого звена.

1 — гайка; 2 — ведомый вал коробки передач; 3 — шайба стопорная; 4 — болт (3 шт.); 5, 6 — фланцы муфты; 7 — обойма; 8 — карданный вал; 9 — сальник; 10 — стопорное кольцо; 11 — центрирующее кольцо; 12 — уплотнитель

В качестве примера можно привести упругую муфту Гуибо. Это шестигранный сжатый упругий элемент. К нему крепятся фланцы ведущего и ведомого валов и передается крутящий момент.

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.

Карданная и главная передачи, дифференциал, полуоси

Карданная передача.

Карданы (карданные сочленения) подразделяются на жесткие и мягкие (упругие), жёсткие в свою очередь на вильчатые и карданы равных угловых скоростей.

Вильчатый кардан (рис. 78, а) имеет крестовину 3, которая соединяет две вилки 4 и 7.

При соединении валов 8 и 9 (рис. 78, б) вильчатым карданом 10 вал 9 будет вращаться неравномерно. Эта неравномерность вызывает значительную инерционную нагрузку на детали трансмиссии. Для достижения равномерного вращения вала 11 ведущей шестерни главной передачи карданы 10 и 12 устанавливают на обоих концах карданного вала 9, а в приводе к передним ведущим колесам применяют карданы равных угловых скоростей.

Рис. 78. Карданы: а — вильчатый кардан; б — двойная карданная передача; в и г — карданы равных угловых скоростей;

1 — игольчатый подшипник; 2 — сальник; 3 — крестовина; 4 и 7 — вилки кардана; 5 — предохранительный клапан; 6 — масленка; 8 — ведущий вал; 9 — карданный вал; 10 и 12 — вильчатые карданы; 11 — вал ведущей шестерни главной передачи; 13 — наружная полуось; 14 — внутренняя полуось; 15 и 17 — шпильки; 16 — желоба вилок; 18 — центральный шарик; 19 — ведущие шарики; 20 — кулаки дискового кардана; 21 — диск кардана

Шариковый кардан равных угловых скоростей (ГАЗ-66, ЗИЛ-131) состоит из двух вилок 4 и 7 (рис. 78, в), четырех ведущих шариков 19 и центрального шарика 18. Вилка 7 является ведущей и составляет одно целое с внутренней полуосью 14. Ведомая вилка 4 откована вместе с наружной полуосью 13, на конце которой крепится ступица колеса. Крутящий момент от ведущей вилки к ведомой передается через шарики, которые катятся по круговым желобам 16 вилок. Центральный шарик 18 служит для центрирования вилок и удерживается в определенном положении шпильками 15 и 17. Угловые скорости ведущей и ведомой вилок одинаковые вследствие симметричности механизма относительно вилок.

Вилки 4 и 7 (рис. 78, г) дискового кардана равных угловых скоростей (КрАЗ-214Б, Урал-375) охватывают два цилиндрических кулака 20. Во внутренние пазы кулаков вставлен диск 21 кардана, который, соединяя оба кулака, позволяет передавать вращение от внутренней полуоси 14 к наружной 13. Внутренняя и наружная полуоси могут качаться каждая на своем кулаке в вертикальной плоскости и вместе с кулаком вокруг диска в горизонтальной плоскости.

Дисковый кардан работает подобно двум сочлененным вильчатым карданам, из которых первый создает неравномерность вращении, а второй устраняет эту неравномерность. В результате вращение от внутренней полуоси к наружной передается равномерно.

Главная передача.

Крутящий момент, подведенный к главной передаче от карданного вала, увеличивается в соответствии с ее передаточным числом и передается через дифференциал и полуоси на ведущие колеса автомобиля.

Рис. 79. Главная передача автомобиля ГАЗ-66:

1 — упор ведомой шестерни; 2 и 8 — регулировочные прокладки; 3 — муфта подшипников; 4 — фланец; 5 — гайка; 6 — вал ведущей шестерни; 7 — крышка сальника; 9 — гайка подшипника дифференциала; 10 — полуось; 11 и 17 — чашки коробки дифференциала; 12 — стопорная пластина; 13 — крышка подшипника; 14 — внешняя обойма дифференциала; 15 — сухарь; 16 — ведомая шестерня; 18 — внутренняя обойма дифференциала; 19 — маслосъемная трубка; 20 — верхний масляный канал

Главные передачи подразделяются на одинарные (легковые автомобили, автомобили ГАЗ-66) — с одной парой конических или гипоидных шестерен — и двойные (ЗИЛ-131, МАЗ-500, КрАЗ-257),— с одной парой конических и одной парой цилиндрических шестерен.

У гипоидной главной передачи (ГАЗ-53А, ГАЗ-66) ось вала ведущей конической шестерни не пересекается с осью ведомой шестерни, а расположена ниже ее (рис. 79). Гипоидная передача позволяет расположить ниже карданный вал, опустить пол кузова легкового автомобиля и сам кузов, что снижает высоту центра тяжести и повышает устойчивость автомобиля. Такая передача бесшумна в работе и более долговечна, так как имеет большую длину и толщину зубьев ведущей шестерни при прочих равных размерах передачи.

С другой стороны, гипоидная передача весьма чувствительна к нарушению правильности зацепления, в ней большее, чем у передачи с коническими шестернями, взаимное скольжение зубьев, более высокий нагрев деталей и выдавливание смазки. Поэтому поверхности зубьев гипоидной главной передачи должны обладать высокой твердостью, необходимы тщательная обработка и сборка шестерен, а в процессе эксплуатации — применение масел, обладающих высокой прочностью пленки, и особо тщательное обслуживание.

Рис. 80. Главная передача среднего и заднего мостов автомобиля ЗИЛ-131:

1 — ведущая шестерня; 2 — ведомая шестерня; 3 — ведущая цилиндрическая шестерня; 4 и 18 — регулировочные прокладки; 5 — крышка; 6 — подшипник; 7 — распорное кольцо; 8 — ведомая цилиндрическая шестерня; 9 — сателлит; 10 — крестовина: 11 — шестерня полуоси; 12 — чашка; 13 — стопор; 14 — регулировочная гайка; 15 — картер; 16, 19 и 21 — фланцы; 17 — проходной вал; 20 — регулировочные шайбы

Двойная главная передача автомобиля ЗИЛ-131 (рис. 80) состоит из двух конических шестерен 1 и 2 и двух цилиндрических шестерен 3 и 8. Вал 17 ведущей шестерни среднего моста является одновременно проходным валом, передающим крутящий момент к главной передаче заднего моста. Поэтому на заднем конце вала среднего моста имеется фланец 19, а задний конец вала заднего моста закрыт крышкой.

На автомобилях МАЗ-503 применена двойная главная передача, состоящая из центрального одноступенчатого редуктора, имеющего одну пару конических шестерен (рис. 81), и планетарной колесной передачи.

Применение колесных передач позволяет разгрузить дифференциал и полуоси, уменьшить габаритные размеры моста и увеличить дорожный просвет.

Колесная передача (рис. 81, б) состоит из цилиндрических шестерен: солнечной шестерни 18, насаженной на полуоси 14; трех сателлитов 20, свободно вращающихся на осях 21; коронной шестерни 8 с внутренними зубьями, соединенной со ступицей 16 колеса. Сателлиты свободно вращаются на цилиндрических роликовых подшипниках 22. Три оси 21 сателлитов закреплены в неподвижном водиле.

Рис. 81. Главная передача автомобиля МАЗ-500: а — центральный редуктор; б — планетарная колесная передача;

1 — полуосевая шестерня; 2 — сателлит; 3 — распорное кольцо; 4 — регулировочная шайба; 5 — ведущая коническая шестерня; 6 — ведомая коническая шестерня; 7 — упор; 8 — коронная (ведомая) шестерня; 9 — контргайка; 10 — стопорная шайба; 11 — гайка подшипников ступицы; 12 — кожух полуоси; 13 — упор солнечной шестерня; 14 — полуось; 15 — внутренняя чашка водила; 16 — ступица колеса; 17 — наружная чашка водила; 18 — солнечная (ведущая) шестерня; 19 — стопорное кольцо; 20 — сателлит; 21 — ось сателлита; 22 — подшипник сателлита; 23 — стопорный болт

Водило колесной передачи состоит из двух чашек: внутренней 15 со шлицевой ступицей и наружной 17, соединенных между собой болтами. Водило крепится на кожухе полуоси гайкой 11 и контргайкой 9 подшипников ступицы. Между гайкой и контргайкой имеется стопорная шайба 10.

Солнечная шестерня 18 фиксируется на полуоси 14 стопорным кольцом 19. Смещение шестерни 18 внутрь ограничивается упором 13.

От осевого смещения оси сателлитов удерживаются стопорными болтами 23.

Задние мосты автомобилей ЗИЛ и МАЗ могут выполняться двухступенчатыми. При этом достигаются высокие динамические свойства автомобиля в различных условиях движения и увеличивается количество передач между двигателем и ведущими колесами. Так, при пятиступенчатой коробке передач и двухступенчатом заднем мосте возможны десять передач.

Рис. 82. Схема двухступенчатой главной передачи: 1 — ведущий вал; 2 — ведомая шестерня; 3 — коронная шестерня; 4 — сателлит; 5 — водило; 6 — шестерня, связанная с коробкой дифференциала; 7 — солнечная шестерня; 8 — шестерня картера моста; 9 — муфта; 10 — коробка дифференциала

Двухступенчатая (с понижающей передачей) главная передача (рис. 82) имеет коронную шестерню 3, сателлиты 4 и солнечную шестерню 7, жестко связанную с подвижной зубчатой муфтой 9. Когда муфта 9 входит в зацепление с шестерней 8, шестерня 7 неподвижна. Шестерня 3, вращаясь от вала 1 главной передачи, обкатывает сателлиты 4 по неподвижной шестерне 7. Сателлиты при этом вращают с пониженной скоростью водило 5 и коробку дифференциала 10.

Если муфту 9 вывести из зацепления с шестерней 8, а солнечную шестерню 7 ввести в зацепление с шестерней 6, связанной с коробкой дифференциала 10, то планетарная передача блокируется. В этом случае механизм вращается со скоростью коронной шестерни 3, равной скорости вращения ведомой шестерни 2 главной передачи.

Перемещение муфты 9 в осевом направлении осуществляется пневматическим цилиндром управляемым из кабины водителя.

Межколесный дифференциал.

Наибольшее распространение получили межколесные дифференциалы с коническими сателлитами. Межколесные дифференциалы легковых автомобилей имеют два сателлита, грузовых — четыре.

В коническом дифференциале (см. рис. 81, а) усилие от ведомой шестерни 6 главной передачи и скрепленной с ней коробки дифференциала передается на крестовину сателлитов. Так как это усилие равномерно распределяется между полуосевыми шестернями 1, то полуоси всегда нагружаются одинаковыми крутящими моментами.

Рис. 83. Кулачковый дифференциал:

1 — левая чашка; 2 — сухари; 3 — внутренняя обойма; 4 — внешняя обойма; 5 — правая чашка дифференциала

У автомобилей с дифференциальным приводом к колесам при недостаточном сцеплении одного из ведущих колес с дорогой крутящий момент передается через буксующее колесо, вращающееся с большой скоростью, а другое колесо остается неподвижным. Для устранения этого недостатка дифференциала и повышения проходимости автомобиля по плохим дорогам иногда применяют механизмы для выключения дифференциала (блокировки) или дифференциалы с повышенным внутренним трением.

На рис. 83 показаны детали кулачкового дифференциала повышенного трения, устанавливаемого на автомобилях ГАЗ-66.

В радиальные прорези левой чашки 1 дифференциала, соединенной с ведомой шестерней главной передачи, свободно вставлены сухари 2. Обоймы 3 и 4 имеют кулачки (выступы) и соединяются с полуосями. Вращение от ведомой шестерни передается через сухари 2 и кулачки обойм 3 и 4 на полуоси. Полуоси могут вращаться с разными скоростями за счет радиального перемещения сухарей 2 по кулачкам обойм 3 и 4. Однако вследствие повышенного трения между сухарями и обоймами для проворачивания полуосей требуется значительная разница в величине сопротивлений на колесах. В результате на обе полуоси передается крутящий момент, достаточный для движения автомобиля, и при буксовании одного из колес полная остановка другого колеса, испытывающего большее сопротивление дороги, происходит реже.

Полуоси.

Крутящий момент Мк (рис. 84), подведенный к ведущему колесу от коленчатого вала двигателя, вызывает со стороны дороги толкающую силу Хк. Вертикальная нагрузка Gк на колесо вызывает вертикальную реакцию от дороги Zк. При движении на повороте, по дороге, имеющей поперечный уклон, и при воздействии на автомобиль бокового ветра колесо воспринимает боковую силу Y и соответствующую ей боковую реакцию Yк.

Рис. 84. Схема сил, действующих на ведущее колесо автомобиля: vа — направление скорости движения; rк — радиус качения колеса

В зависимости от расположения подшипников полуоси воспринимают различные нагрузки и по условиям работы подразделяются на два основных типа: полностью разгруженные (грузовые автомобили) и полу разгруженные (легковые автомобили).

Полностью разгруженная полуось передает только крутящий момент Мк. Одним концом полуось лежит в коробке дифференциала, а другим при помощи фланца соединена со ступицей колеса. Ступица колеса вращается на двух подшипниках качения, установленных на кожухе полуоси.

Полуразгруженная полуось передает крутящий момент и воспринимает изгибающие моменты от всех трех реакций, действующих на ведущее колесо; подшипник колеса установлен на полуоси.

Привод к передним ведущим колесам.

Так как передние колеса являются управляемыми, то между наружной 2 и внутренней 14 полуосями (рис. 85) ставится кардан равных угловых скоростей 15. Внутренняя полуось 14 шлицами соединена с полуосевой шестерней дифференциала, а наружная 2 — фланцем 4 со ступицей 5 колеса. В картер переднего моста запрессованы кожухи 12 полуосей, на которые посажены шаровые опоры 11; фланцы шаровых опор крепятся к фланцам 13 картера переднего моста. В шаровые опоры запрессованы и приварены шкворни 8 и 17.

Рис 85. Привод к переднему ведущему колесу автомобиля КрАЗ-214Б:

1 — поворотная цапфа; 2 — наружная полуось; 3 — регулировочная гайка подшипников ступицы; 4 — фланец; 5 — ступица колеса; 6 — опорный тормозной диск; 7 — верхняя крышка шкворня; 8 и 17 — шкворни; 9 и 16 — поворотные рычаги; 10 — корпус поворотной цапфы; 11 — шаровая опора; 12 — кожух полуоси; 13 — фланец картера переднего моста; 14 — внутренняя полуось; 15 — кардан равных угловых скоростей; 18 — опора корпуса поворотной цапфы

К литому корпусу 10 прикреплены поворотная цапфа 1, опорный тормозной диск 6 и маслоуловитель. На шейках поворотной цапфы установлены роликовые конические подшипники ступицы колеса; на резьбовом конце цапфы имеется гайка 3 для крепления и регулировки подшипников. Корпус поворотной цапфы установлен на шкворнях на двух цилиндрических роликовых подшипниках. Упорный шариковый подшипник нижнего шкворня 17 расположен в опоре 18, которая ввертывается в корпус и закрепляется контргайкой и замочной шайбой. Эта опора позволяет регулировать зазор между верхним шкворнем 8 и крышкой 7 (должен быть не более 0,5 мм). Крышка 7 изготовлена за одно целое с рычагом 9. К нижней части корпуса 10 прикреплен поворотный рычаг 16.

Статья из книги «Устройство грузового автомобиля». Читайте также другие статьи из

ШРУСы: анализируем, эксплуатируем, ремонтируем

26 ноября 2019, Иван СОКОЛОВ

Поймать момент

Даже системы привода архаичных, казалось бы, российских внедорожников подверглись с годами изменениям. Тот, кто хотя бы раз имел удачу прокатиться на вазовской «Ниве» (отныне «Лада 4х4»), знаком с практически легендарным звуковым и вибрационным сопровождением, которым награждает пассажиров система трансмиссии в определенном диапазоне скоростей. Это служит наглядным примером несовершенства карданной передачи, которая не может обеспечить равные угловые скорости двух валов. Благо, в одной из модернизаций, которые коснулись ВАЗ 21214М, проблема была решена: все внедорожники получили шарниры равных угловых скоростей. Та же участь коснулась и обновленного «Соболь 4х4», в переднем мосту которого теперь стоят ШРУСы вместо крестовин.

Причины выхода из строя ШРУСов

Одни из важных вопросов, которые сегодня хотелось бы затронуть, — каков ресурс ШРУСов и какие факторы сказываются на их надежности? По-хорошему, ресурс шарниров равных угловых скоростей у современных автомобилей (при соблюдении герметичности чехла) очень велик и сопоставим с ресурсом самого автомобиля. Однако в реальности дело обстоит несколько иначе: существует весьма внушительный список факторов, которые могут сильно сократить жизнь этого узла. Разберем наиболее важные из них.

• Условия эксплуатации

Резкое трогание с места, торможение, быстрая езда по пересеченной местности, агрессивная езда с резкими маневрами — все это в той или иной мере может сказаться на ресурсе узла. Особенно опасна высокая скорость вращения колес при вывернутом до упора рулевом колесе. Дело в том, что при больших углах поворота максимальный передаваемый шарниром крутящий момент значительно меньше, чем при малых углах поворота. Кроме того, жизнь ШРУСу не продлевает частая и жесткая езда по пересеченной местности, где шарнир может испытывать повышенные нагрузки, а его элементы могут быть повреждены о камни и ветки.

• Изменение конструкции авто

Часто быстрому выходу из строя ШРУСов предшествует тюнинг, особенно внедорожный. Наиболее частые причины уменьшения ресурса шарнира — увеличение размерности и веса колес, превышение полной массы автомобиля, увеличение дорожного просвета. В последнем случае ШРУСы в приводах колес и в трансмиссии работают на бо́льших углах, чем было рассчитано заводом-изготовителем (чтобы снизить нагрузку на ШРУСы, помогает изменение передаточного отношения в главных парах мостов). На надежность шарниров также влияет повышение мощности двигателя и его крутящего момента.

• Повреждения пыльника ШРУСа

Этот фактор стоит несколько особняком, так как не всегда зависит от условий эксплуатации: пыльник может порваться из-за конструктивного дефекта, от внешних факторов, а также по причине своего естественного износа. Следить за его целостностью эксперты советуют при каждом прохождении ТО, так как его повреждение в значительной мере ускоряет процесс износа узла — из-за попадания воды, песка и грязи внутрь, а также из-за потери смазки. Если при осмотре обнаружены трещины или сильные потертости, а сам чехол при этом сохраняет герметичность, то можно обойтись заменой чехла, хомутов, и смазки. В случае, если разрушились хомуты крепления или чехол порван, сервисмены рекомендуют менять шарнир целиком.

• Культура производства

ШРУС — технологически сложное изделие, требующее высококлассного металлургического производства. Токарная обработка, индуктивная закалка, отпуск, финишная обработка — все этапы требуют дорогостоящего оборудования, высокой культуры производства и качественного сырья. Кроме того, на производстве в обязательном порядке должна находиться испытательная лаборатория, а на всех этапах производства детали будущего узла должны подвергаться строгому контролю. К примеру, обоймы ШРУСов должны проходить дефектоскопию с помощью люминесцентной жидкости и ультрафиолета, в лучах которого могут быть обнаружены микротрещины. Следовательно, при покупке новой детали не стоит руководствоваться только ценой запчастей: многие бренды, выпускающие откровенно бюджетную продукцию, не обладают необходимыми компетенциями в производстве.

• Конструктивные недостатки

У каждого механика, кто не первый год занимается слесарными работами, наверняка есть свой список проблемных моделей авто с не самыми надежными системами привода. Так, одни из самых популярных автомобилей на российском рынке — Hyundai Solaris (RB), Kia Rio (UB/QB) и Kia cee`d первого поколения — были замечены в слабой конструкции пыльников ШРУСов, которые могли начать травить смазку уже через 60–80 тыс. км. Не уследишь за этим моментом — придется в скором времени раскошелиться на покупку и замену привода. Honda Сivic восьмого поколения, в свою очередь, запомнились тем, что уже при 100–140 тыс. км могли побеспокоить владельцев хрустами и подклиниванием внутренних правых приводов. В Toyota Camry XV40 с шестицилиндровыми моторами после 90 тыс. км нередко выходили из строя наружные ШРУСы, которые шли в сборе с полуосью. Подобных примеров довольно много.

• Низкая квалификация СТО

Пожалуй, один из наиболее важных факторов при замене узла — высокий профессионализм механика, который будет проводить снятие и установку ШРУСов. Отсутствие соответствующего оборудования и навыков может привести к поломке дорогостоящего элемента буквально после первых метров после выезда автомобиля из ворот СТО.

Березин Артем,
технический специалист HOLA™

Не секрет, что приводные валы и ШРУСы в частности, хоть и имеют относительно простую конструкцию, являются важной деталью трансмиссии. Их задача заключается в передаче крутящего момента от коробки передач непосредственно на ведущие колеса, обеспечивая вращение при разных углах поворота колеса. В настоящее время наиболее применимы шестишариковые и шарниры типа трипоид, которые появились на свет в начале прошлого столетия благодаря изобретениям и дальнейшему развитию идей Карла Вейсса и Альфреда Рцеппа, истоки и предпосылки создания которых уходят в далекое прошлое, а именно во времена Древней Греции, к появлению карданова подвеса.

Сегодня непростые условия стабильной работы и обеспечение долговечности достигаются вполне простой конструкцией: в шарнирах Рцеппа это корпус, обойма, шесть шариков и сепаратор, а в трипоиде — корпус с трехлучевой вилкой, полусферическими роликами на игольчатых подшипниках, движущиеся по специальным канавкам, которые обеспечивают продольное смещение и необходимый угол поворота шарнира. Несмотря на то что с прошлого столетия конструкция деталей практически не претерпела особых изменений (разве что добавилось кольцо ABS), в современных технологичных и мощных автомобилях шарнир должен иметь высокий запас прочности и надежности. Но дешевый металл, скудное количество добавок, дешевое и несертифицированное производство могут доставить потребителю ряд неудобств, более того, эти неудобства напрямую связаны с безопасностью. Именно поэтому строгий контроль используемого сырья и материалов на всех этапах производственных процессов в совокупности с собственной системой контроля качества готовой продукции обеспечили одинаково высокие технические характеристики ШРУСов HOLA™, ведь безопасность имеет самый высокий приоритет.

С фокусом на качестве ШРУСы HOLA™ создаются на сертифицированных по IATF 16949:2016 производствах, по технологии G’Fix — это технологии обработки металла, когда поверхности контактирующих элементов подвергаются упрочнению токами высокой частоты, а используемая в производстве конструкционная легированная сталь проходит термическую обработку до твердости 62 HRC. Дорожки качения имеют эллиптический профиль, увеличивая до двух количество точек касания шариков, позволяя эффективно распределить нагрузку при ускорении и экстренном торможении автомобиля. Сами шарики проходят метод селективного отбора — так обеспечивается их абсолютная соразмерность, которая ставит точку в вопросе возможного разрушения дорожек качения. Стоит отметить и методику производства пыльников C’Flex. Мы знаем, что с течением времени резиновые изделия разрушаются. Вследствие наиболее неблагоприятных изменений, таких как старение и дубение, снижается эластичность, появляется хрупкость. Именно поэтому инженеры HOLA™ так много внимания уделили технологии производства пыльников. Специальный состав, включающий особые добавки, органические агенты, наполнители и стабилизаторы, позволяет пыльнику быть стойким к старению и внешним агрессивным средам, быть эластичным в широком диапазоне температур, гарантируя высокую прочность и ресурс, надежно защищая ШРУСы от внешней среды.

Технологии G’Fix и C’Flex дополняют друг друга и направлены на обеспечение надежной и длительной работы узла. Корректная установка этих компонентов крайне важна. Именно поэтому для каждой модели автомобиля в коробке всегда есть весь монтажный набор: пыльник, хомуты, пластичная смазка (разная для типа Рцеппа и трипоида) с высоким показателем температуры каплепадения, крепежная гайка или болт.

К сожалению, в сегодняшних реалиях качество подготовки специалистов независимых СТО хромает, особенно это прослеживается в регионах, когда недобросовестные сотрудники в погоне за нормо-часами лечат одно, да калечат другое. Экономя время, механики, пытаясь снять прикипевший ШРУС с привода, беспощадно выбивают его молотком, упирая, например, в подрамник, при этом создавая колоссальную нагрузку на внутренний трипоид, вследствие чего он разбивается в два счета. В разы увеличивается также шанс повредить шлицы вала. Поставили новый, прикрутили колеса — и все, пусть ждет своего хозяина, ведь другие машины еще делать надо…

А всего-то нужно было обратиться не к опыту, а к технологической карте, снять привод, зажать в тисках и демонтировать гранату с помощью съемника. Фактическое время работы, конечно, несколько увеличится, но клиент не вернется с рекламацией, не разочаруется в качестве услуг, а для специалиста СТО появится возможность проверить и внутренний ШРУС и дать рекомендации владельцу. Поэтому верная установка всегда является отражением уровня мастерства и профессиональной подготовки механика, ведь даже самый технологичный продукт можно загубить грубым, первобытным подходом.