Конструкция карданного вала

Неисправный или неправильно отремонтированный карданный вал может стать причиной поломок других узлов и агрегатов, ухудшения здоровья. Поэтому ремонтировать его должны опытные мастера, использующие специальное оборудование и технологии.

Карданный вал — атрибут практически любого задне- и полноприводного автомобиля. Главная задача карданного вала — передать крутящий момент от одного агрегата к другому, оси валов которых между собой могут не только не совпадать, но и работать при постоянно изменяющихся межосевых расстояниях и к тому же в разных вертикальных и горизонтальных плоскостях. Пример таких сложных условий передачи крутящего момента — между коробкой переключения передач (КПП) или раздаточной коробкой (РД) и валом редуктора ведущего моста.

Конструкция кардана

Конструктивно кардан, казалось бы, прост. Он состоит из вала, скользящей вилки, двух крестовин (шарниров), двух фланец-вилок, уплотнений и деталей крепления. Валы изготавливаются из трубы или сплошные из прутка. С одной стороны к нему приваривается неподвижная вилка шарнира, а с другой шлицевая втулка, на которую посажена подвижная скользящая вилка с шарниром. Шлицевое соединение кардана обеспечивает изменение его рабочей длины при работе подвески.

На некоторых автомобилях карданная передача исполнена из нескольких (обычно двух, реже- трёх) частей с промежуточными подвесными опорами. Это вызвано тем, что на больших скоростях вращения длинные валы изгибаются из-за распределённого по длине остаточного дисбаланса. Таким образом, хорошо отбалансированный на одной скорости вращения вал, на другой скорости может дать существенную вибрацию.

Шарниры в свою очередь состоят из вилок и их фланцев, крестовины с игольчатыми подшипниками, а также крепежных деталей.

Важно знать, что карданная передача, в отличие от шарниров равных угловых скоростей (ШРУС), обеспечивает передачу крутящего момента с пульсацией угловой скорости. Поэтому, для уменьшения этого эффекта и вызванной им вибрации, при сборке карданных валов вилки по обоим концам располагают в одной плоскости. Таким образом, два карданных шарнира вносят противофазные пульсации угловой скорости и компенсируют вибрации друг от друга. Чтобы при ремонте части кардана ошибочно не развернули относительно друг друга, нарушив при этом их балансировку, на шлицевых втулках и на скользящих вилках часто ставят специальные метки (а ещё чаще не ставят, тогда перед разборкой рекомендуем это восполнить).

Карданные передачи имеют ограничения в углах передачи крутящего момента. Оптимальные рабочие углы данных передач, при которых обеспечивается наиболее высокий коэффициент полезного действия (КПД), находятся в пределах 00 — 200. Если угол больше 200, значительно возрастает нагрузка на шарниры. Более того, простой карданный шарнир с крестовиной при больших углах не способен обеспечить равномерное вращение ведомого вала. Любителям большого дорожного просвета следует обратить на это особое внимание. Сделав из своего автомобиля рослого «козлика», взамен они получают дополнительные проблемы, вызванные перегрузкой шарниров — быстрый выход их из строя, появление рывков и вибрации при движении.

Принцип работы карданного вала

Карданный вал работает на основе принципа компенсации угла между двумя валами. Когда один вал вращается, то крестовина и центральный шарнир начинают вращаться вокруг своей оси. В то же время, второй вал начинает вращаться в другом направлении, чтобы компенсировать угол между валами.

Карданный вал позволяет передавать крутящий момент между двумя валами, которые находятся под углом друг к другу. Он используется для передачи крутящего момента от двигателя к колесам в автомобиле и для передачи крутящего момента в различных промышленных механизмах.

Основные типы карданных валов

Существует несколько типов карданных валов, в зависимости от их конструкции:

Вращающийся карданный вал

Вращающийся карданный вал – это наиболее распространенный тип карданных валов. Он состоит из двух универсальных шарниров и трубки, которая соединяет их. Один из шарниров соединяется с коробкой передач, а другой — с дифференциалом. Вращающийся карданный вал имеет преимущество в том, что он может приспосабливаться к углу наклона исходного и конечного вала, что позволяет уменьшить вибрации и увеличить комфорт езды. Однако этот тип карданного вала может иметь недостатки, связанные с износом шарниров и неправильной балансировкой.

Карданный вал с неподвижным центральным шарниром

Карданный вал с неподвижным центральным шарниром – это другой тип карданных валов. Он имеет универсальный шарнир на каждом конце, но центральный шарнир не подвижен. Этот тип карданного вала обычно используется в тех случаях, когда пространство ограничено, например, в переднеприводных автомобилях. Он более компактен, чем вращающийся карданный вал, но может быть менее приспособлен к изменению угла наклона.

Карданный вал с двумя подвижными шарнирами

Карданный вал с двумя подвижными шарнирами — это механизм, состоящий из цилиндрических или конических валов, соединенных карданными крестовинами. Он используется для передачи крутящего момента между двумя несоосными валами, которые могут находиться под углом друг к другу.

Шарниры на карданном валу позволяют компенсировать различные углы и осевые смещения между валами, а также снижают вибрацию и шум в системе передачи. Они могут быть выполнены в различных конструкциях, включая шарниры с внешними и внутренними кольцами, крестовидные шарниры и другие.

Причины возникновения проблем с карданным валом

Карданный вал является надежным устройством, но, как и любая механическая часть, он может выйти из строя. Основные причины возникновения проблем с карданным валом:

1. Износ крестовины. Крестовина карданного вала является наиболее уязвимым компонентом, который может выйти из строя из-за износа или деформации. Это может привести к вибрациям, шуму и повреждению других компонентов.
2. Необходимость балансировки. Карданный вал должен быть балансирован для того, чтобы обеспечить плавную передачу крутящего момента. Несбалансированный карданный вал может привести к вибрациям и повреждению других компонентов.
3. Повреждение концов вала. Концы вала могут повредиться из-за столкновения или при работе на неровной поверхности. Это может привести к необходимости замены концов вала.

Карданный вал является важным устройством в автомобиле, которое обеспечивает передачу крутящего момента от двигателя к заднему мосту. Однако, как и любая механическая часть, карданный вал может выйти из строя. Основные причины возникновения проблем с карданным валом включают износ крестовины, необходимость балансировки и повреждение концов вала. Чтобы предотвратить возникновение проблем, карданный вал должен регулярно обслуживаться и проверяться на наличие дефектов. Если вы замечаете вибрации, шум или другие проблемы при езде на автомобиле, необходимо обратиться к механику для диагностики и ремонта карданного вала.

Балансировка карданного вала

Карданные валы, как и колеса, могут иметь дисбаланс — одно из самых опасных явлений, которое действует на все вращающиеся детали, в том числе и карданные передачи. Внешними признаками наличия дисбаланса являются повышенные вибрации, которые при разной частоте вращения могут усиливаться и уменьшаться. Тем, кто пользуется общественным транспортом, наверняка знакомы мелкие вибрации, передающиеся от пола салона на ступни ног и вызывающие неприятные ощущения. Если характер этого явление меняется при изменении скорости движения автомобиля — это признак дисбаланса карданного вала. Дисбаланс неприятен не только с точки зрения негативных ощущений и дискомфорта. Вибрации чрезвычайно вредны для здоровья — это и повышенная утомляемость, раздражительность и многое — многое другое, включая снижение мужской потенции. Она вызывает дополнительные нагрузки на шарниры и сопряженные с карданной передачей детали трансмиссии, ослабление креплений, что ведет к ускоренному износу и авариям. Прежде всего, это относится к подшипникам фланца хвостовика редуктора и вторичного вала КПП.

Существует много причин возникновения дисбаланса:

• неточность изготовления отдельных деталей карданной передачи;
• неоднородность материала детали и неравномерная его плотность;
• неточное взаимное центрирование сопряженных деталей;
• наличие зазоров в сочленениях деталей и узлов и несоосность их монтажа;
• деформации валов при механической и термической обработке, а также вследствие механических повреждений в процессе эксплуатации.

На автосборочных и авторемонтных предприятиях степень дисбаланса карданных валов определяют с помощью динамической балансировки на специальных стендах. Избавляются от этого вредного явления путем установки на трубе балансировочных пластин, подкладывания балансировочных прокладок под стопорные крышки подшипников крестовины, а в некоторых случаях снятием металла со специальных бобышек на вилках фланцев. Балансировка карданных валов обычно производится в сборе с шарнирами. На величину дисбаланса большое влияние оказывают зазоры в сочленениях крестовины и шлицевого соединения. Если в процессе изготовления карданных валов величину зазоров еще удается выдерживать, то в дальнейшем, при ремонте карданов, из-за износа посадочных мест и шлицевой части обеспечить это очень тяжело. Поэтому после любого ремонта все карданные валы необходимо балансировать, что отражено в инструкциях по ремонту любых автомобилей. К сожалению, у нас принято не доверять писанному в инструкциях. Да ещё из-за отсутствия оборудования балансировать и невозможно. А вот на Западе, согласно операционным картам ремонта иномарок, кардан, снятый с эксплуатируемой машины или транспортировавшийся не в специальной упаковке, в обязательном порядке балансируется.

Некоторые производители автомобилей, такие как Mercedes и BMW, для гашения вибраций карданов,скорость вращения которых достигает больших значений — 6000 об/мин и более, устанавливают эластичные венцы, демпферные резинометаллические муфты, подвесные опоры. Благодаря этому карданы этих автомобилей служат очень долго.

Проблемы ремонта карданного вала в России

В России сегодня существует серьезная проблема ремонта карданных валов, особенно иномарок. На фирменных СТО карданные валы не ремонтируют, их меняют целиком, что очень дорого. Поэтому тем, у кого возникают проблемы с карданом, ничего не остается, как обратиться к местным умельцам, которые меняют старые крестовины на новые или модернизируют карданные валы иномарок под крестовины от отечественных автомобилей. В одном и другом случае ремонт очень часто оказывается неэффективным и имеет продолжение.

Объясняется это следующими причинами. Когда на место старой крестовины устанавливается новая импортная, фиксируют ее наши «спецы» обычно с помощью электросварки, что делать категорически запрещено. Дело в том, что у многих импортных крестовин чашки подшипников изготавливают не при помощи резания, а штамповкой из тонкого стального листа. На дно этих стаканчиков устанавливают пластмассовые упорные шайбы. При фиксации чашек в вилках с помощью сварки пластмасса может оплавиться и попасть между иголками подшипника. В дальнейшем даже новые крестовины могут очень быстро выйти из строя.

После установки крестовин от отечественных автомобилей часто появляются побочные «болезни», с первого взгляда не имеющие никакого отношения к кардану — постоянно выходят из строя подвесные опоры, подшипники редуктора и вторичного вала КПП. Даже установка самых качественных подшипников в этой ситуации обычно не помогает. Выходу из строя подшипников способствует дисбаланс карданного вала. Нарушение балансировки происходит вследствие неправильной сборки кардана или неточной установки крестовин. Смещение крестовины в сторону на 0,2-0,3 мм при весе карданного вала 20-30 кг дает дисбаланс порядка 20-40 граммов. Этого вполне достаточно, чтобы очень быстро вышли из строя подвесные опоры, подшипники фланцев КПП, редукторов и сами крестовины.