Карданная передача — Энциклопедия журнала «За рулем»
Карданная передача:
1 — эластичная муфта;
2 — болт крепления эластичной муфты к фланцу;
3 — крестовина;
4 — сальник;
5 — стопорное кольцо;
6 — подшипник крестовины;
7 — гайка;
8 — фланец эластичной муфты;
9 — сальник;
10 — обойма сальника;
11 — кронштейн безопасности;
12 — болт крепления кронштейна к промежуточной опоре;
13 — передний карданный вал;
14 — кронштейн промежуточной опоры;
15 — промежуточная опора;
16 — вилка переднего карданного вала;
17 — задний карданный вал;
18 — вилка заднего карданного вала;
19 — фланец ведущей шестерни главной передачи;
20 — гайка;
21 — болт крепления вилки
В трансмиссиях автомобилей карданные передачи применяются для передачи моментов между валами, оси которых не лежат на одной прямой и изменяют свое положение в пространстве. В общем случае, карданная передача состоит из карданных валов, карданных шарни
ров, промежуточных опор и соединительных устройств.
Закрытая карданная передача размещается внутри трубы. Труба может воспринимать силы и реакции, возникающие на ведущем мосту, и служить направляющим элементом подвески. В такой карданной передаче применяется только один шарнир, а неравномерность вращения карданного вала компенсируется его упругостью. Известны конструкции, в которых роль карданного вала выполняет торсион (упругий вал небольшого диаметра), при этом карданные шарниры отсутствуют.
Конструкция промежуточной опоры:
1 — вилка;
2 — упругая подушка;
3 — подшипник промежуточной опоры
Открытая передача не имеет трубы, и реактивный момент воспринимается рессорами или реактивными тягами. Карданная передача должна иметь не менее двух шарниров и компенсирующее звено, так как расстояние между соединенными агрегатами в процессе движения изменяется. На длиннобазных автомобилях применяют карданную передачу, состоящую из двух валов. Этим исключается возможность совпадения критической угловой скорости вала с эксплуатационной. Уменьшение длины вала повышает его критическую частоту вращения, которая должна как минимум в 1,5 раза превышать максимально возможную при эксплуатации. Конструкция карданной передачи с двумя валами требует применения
Карданные шарниры при всем многообразии конструкций и по кинематическим характеристикам и допустимым углам между валами могут быть классифицированы так, как это показано в таблице.
Карданный шарнир неравных угловых скоростей был изобретен в XVI в. итальянским математиком Джироламо Кардано и первоначально нашел применение для подвешивания фонарей в экипажах. Позже английский ученый Роберт Гук дал математическое описание кинематики данного механизма.
Детали карданной передачи (а) и график зависимости угловых скоростей (б):
1 — шлицевая вилка;
2 — П-образная пластина;
4 — крестовина;
5 — вилка заднего карданного вала;
6 — задний карданный вал;
7 — фланец ведущей шестерни главной передачи;
8 — задний карданный шарнир;
9 — игольчатый подшипник;
10 — стопорное кольцо;
11 — болт; 12 — уплотнительное кольцо;
α — угол поворота ведущего вала;
β — угол поворота ведомого вала;
γ — угол между валами
Анализ схемы карданного шарнира показывает, что при постоянной угловой скорости ведущего вала ведомый вращается циклически: за один оборот дважды отстает и дважды обгоняет ведущий вал. При этом с увеличением угла γ между валами неравномерность вращения интенсивно возрастает. Для того чтобы карданная передача с шарнирами неравных угловых скоростей передавала синхронное вращение между валами соединенных агрегатов, она должна состоять из нескольких шарниров, взаимное расположение которых будет компенсировать неравномерную передачу вращения каждого шарнира. По этой причине минимальное количество шарниров должно быть равно 2. При этом в карданной передаче с двумя шарнирами
— ведущие вилки расположены под углом 90 ° одна относительно другой;
— углы между валами в обоих шарнирах γ1 и γ2 равны между собой;
— все валы лежат в одной плоскости.
Карданный шарнир неравных угловых скоростей
Для карданных передач, имеющих число шарниров неравных угловых скоростей более трех, синхронность вращения валов соединенных агрегатов достигается определенным соотношением углов между валами всех шарниров, при этом соотношение зависит от числа шарниров. Карданный шарнир неравных угловых скоростей состоит из двух вилок, в цилиндрические отверстия которых вставлены концы крестовины. Вилки жестко закреплены на валах. При вращении валов концы крестовины перемещаются относительно плоскости, перпендикулярной к оси вала.
Развитие конструкций карданных шарниров неравных угловых скоростей шло по пути снижения потерь, связанных с вращениями концов крестовины в отверстиях вилок. В конструкциях первых шарниров концы крестовины устанавливались на подшипниках скольжения. С учетом того что в трансмиссии многоосных автомобилей число шарниров может превышать два десятка, применение в них подшипников скольжения может существенно снижать общий КПД трансмиссии. В карданных шарнирах современных автомобилей применяются только игольчатые подшипники качения.
Карданная передача — подробно
Зачем нужна балансировка карданного вала
У карданного вала двигателя, как и у колес автомобиля, может появляться нарушение балансировки – явление очень опасное, по сути, и негативно воздействующее на все вращающиеся части двигателя, а на карданные передачи — в особенности. Дисбаланс карданного вала проявляет себя в виде неестественно высоких вибраций при работе мотора. Вызываться он может целым рядом причин.
Фото: maz.by
Дисбаланс может являться следствием банального брака при изготовлении самого вала. Также он может случиться из-за деформации вала ввиду воздействия каких-либо внешних и внутренних факторов. Можно, ремонтируя двигатель, по оплошности развернуть карданный вал на 180 градусов, что тоже приведет к нарушению баланса.
К тому же углы крутящего момента карданных передач имеют свои ограничения. Идеальная величина этих углов – 20 градусов. Именно такой их размер обеспечивает максимально возможный КПД двигателя. Если же вышеупомянутые углы будут иметь большую величину, то это отрицательно повлияет на работу шарниров. Помимо этого обычный шарнир кардана с крестовиной при большой величине углов не сможет работать так, чтобы ведомый вал вращался равномерно.
Причины возникновения дисбаланса, конечно, важны, но еще важнее последствия, к которым может привести работа двигателя с расстроенным балансом карданного вала. А последствия могут быть очень тяжелыми, т.к. разбалансировка кардана приводит к увеличению механических нагрузок на составляющие двигателя и, как следствие, к ускоренному изнашиванию шарниров и смежных с ними деталей.
На сервисных станциях степень нарушения балансировки кардана определяется при помощи специальной аппаратуры. Изначально балансировка кардана совершается вместе с шарнирами. На степень нарушения баланса, при этом, сильно влияют зазоры в узлах соединения шлицев и крестовины.
И если изначально, при изготовлении карданов, размер этих зазоров производители выдерживают довольно точно, то впоследствии, когда производится ремонт карданного вала, а посадочные места и шлицы имеют пусть даже и небольшой износ, выдержать нужные зазоры очень непросто. А это значит, что после ремонта или даже просто демонтажа и монтажа кардана обязательно нужно провести его балансировку.
Устраняют дисбаланс способами, зависящими от причин его возникновения. Это может быть установка балансировочных пластин на трубе, установка на крестовине под стопорные крышки подшипников прокладок и даже снятие слоя металла на вилках фланцев со специальных бобышек. Тут, как говориться, задача специалистов решить, что и как нужно делать.
Ваша же задача при возникновении подозрительных вибраций у работающего двигателя — перестраховаться и, не откладывая дело в долгий ящик, посетить автосервис. Впоследствии это сэкономит Вам много времени, нервов и денег.
Что нужно знать о карданных валах
Кардан — необходимый элемент для любого задне- или полноприводного автомобиля. Его основная задача состоит в том, чтобы передать вращательное движение от коробки переключения передач к распределительному редуктору ведущего моста. Как один из главных узлов трансмиссии, карданный вал делает невозможным передвижение транспортного средства при его отсутствии или поломке. Изготавливается вал из сварной или бесшовной трубы, причем второй вариант более приемлем.
Во время работы кардан производит вращательные движения со скоростью до нескольких тысяч оборотов в минуту. Что происходит при таких скоростях вращения, знает даже школьник: осевые биения вала вызывают вибрацию автомобиля, которая может усиливаться в определенном диапазоне скоростей (обычно выше 100 км/ч, но конкретная скорость зависит от степени дисбаланса). Влияние вибрации на техническое состояние транспортного средства в целом и трансмиссию в частности однозначно негативное — ускоренный износ шарниров (крестовин) карданного вала и других узлов трансмиссии, сочленяющихся с ним. Все это вызывает необходимость ремонтов, замену дорогих деталей, которые довольно быстро опять выходят из строя, так как причина вибрации зачастую не устраняется. И ремонт повторяется снова и снова…
Водитель и пассажиры также испытывают мало приятных ощущений. Вибрация создает физический дискомфорт, приводит к быстрому утомлению и возникновению головных болей.
Причины поломки кардана
Необходимо посмотреть в корень проблемы, чтобы выяснить первоочередную причину возникновения колебаний. Разбалансировка карданного вала может быть вызвана разными причинами, от неоднородности материала, из которого его изготавливают, до механических повреждений, возникающих в процессе эксплуатации транспортного средства.
Дисбаланс может возникнуть после ремонта или демонтажа и последующей установки. Например, при монтаже нужно обратить внимание на специальные метки, нанесенные на скользящие вилки и шлицевые втулки. Они определяют втулке «свою» вилку, чтобы избежать ошибочного разворота кардана на 180 градусов. Основной же причиной дисбаланса является временной износ посадочных мест и шлицевых соединений, появление зазоров в передаче и, как следствие, вибрации. При сборке автомобилей на заводе эта проблема решается путем кардан баланса на стенде. Вне стен завода, в мастерских, после ремонта балансировку кардана зачастую провести не могут, так как в большинстве случаев нет специализированного стенда.
Удлинение карданных валов — ещё одна причина возникновения вибраций или, вернее будет сказать, частный случай ремонта карданов. Сварные швы различных конфигураций, используемые при удлинении, или удлиняющие втулки в конечном итоге приводят к смещению оси вращения карданного вала. Пусть это смещение составит даже 0,1–0,2 мм, но неотбалансированная деталь вызовет значительные колебания на больших скоростях, несмотря на такое маленькое отклонение оси.
Поскольку карданный вал является важным элементом автомобиля, то его обслуживанию необходимо уделять должное внимание. Ведь его неправильный ремонт или удлинение и последующее пренебрежение балансировкой ведут к ряду поломок, таких как выход из строя подвесных опор, подшипников редуктора или вторичного вала коробки переключения передач.
Следует внимательнее относится к этой проблеме, тогда автомобиль будет радовать плавной ездой и меньшими финансовыми расходами на ремонты!
Еще информация по теме:
Ремонт, производство и продажа карданных валов. Обращайтесь.
Карданная передача и карданный вал – в чём разница? — Информация о запчастях
«Карданная передача» многозначна. Так, часто в определенных каталожных номерах трансмиссии путают понятие механизма «карданная передача» и непосредственно автодетали «карданная передача». Например, трансмиссия 651669-2200000 обозначает «карданную передачу» в «установке карданных валов» а/м МАЗ-651669 и состоит из «карданной передачи привода среднего моста 651669-2205006-000 и также (!) карданного вала привода заднего моста 54341-2201010-10»
В общем смысле «карданная передача» — это один из механизмов (способов) передачи крутящего момента (трансмиссии), как правило, от силового агрегата (двигатель) на рабочий орган (движитель: колесо, шестерня, шнек, винт, муфта, …).
Карданная передача встречается также во всех случаях, где необходимо передать крутящий момент под углом (например, рулевые карданные валы от рулевого колеса водителя до рулевого или углового редуктора).
Иногда этот способ называют еще «шарнир Гука», «ШНРУС (шарнир НЕравных угловых скоростей)» и даже «крестовина» (примечание: помимо «карданной передачи» существуют также другие механизмы трансмиссии, например, «шарнир Рцеппа — ШРУС (шарнир равных угловых скоростей)», «трипод», «зубчатая муфта», «механизм Олдема (кулачково-дисковая муфта)» и другие).
В наиболее распространенном виде карданная передача как автодеталь (в народе «кардан«) представляет собой карданные шарниры с крестовинами, объединенные одним или несколькими валами (трубными либо беструбными, как неподвижными, так и с возможностью изменения длины).
В узком смысле «карданный вал» представляет собой два таких шарнира, соединенные между собой трубой и/или механизмом изменения длины («скользящая шлицевая»), часто также обозначается как «2-опорный».
В свою очередь «карданная передача» (автодеталь) представляет собой совокупность двух и более карданных валов, дополнительно оборудованных подвесным подшипником на каждый дополнительный неподвижный вал, часто также обозначается как «3-опорная, 4-опорная, …». Разбиение «карданной передачи» обусловлено ограничением максимальной длины трубы одного карданного вала при необходимости передачи трансмиссии на большие расстояния.
Карданная передача — подробно — Энциклопедия журнала «За рулем»
Карданная передача служит для передачи крутящего момента от одного агрегата другому, оси валов которых могут не совпадать, изменять угол скрещивания, допуская изменение расстояния между валами.
В автомобилях карданная передача может применяться для передачи крутящего момента двигателя в заднеприводной и полноприводной трансмиссии, в рулевом управлении для передачи вращения от рулевого колеса к рулевому механизму, а так же в приводе рычага переключения передач.
Карданная передача, применяемая в трансмиссии автомобиля, состоит из из трубы или сплошного прутка, с одной стороны которого приварена неподвижная вилка, с другой – шлицевая втулка с подвижной вилкой.
Шлицевое соединение служит для компенсации изменения длины карданного вала при работе подвески. При передаче большого крутящего момента, шлицевые соединения оказывают значительные сопротивления сдвигу. Поэтому, для обеспечения высокой плавности работы трансмиссии при ходах подвески на высокоскоростных, нагруженных большими крутящими моментами валах, вместо шлицевого соединения используются высокоскоростной подвижный шарнир равных угловых скоростей.
Шарниры карданных валов состоят из двух вилок, расположенных в перпендикулярных друг другу плоскостях, соединённых крестовиной с четырьмя игольчатыми подшипниками.
К трубе карданного вала приварены балансировочные пластины, установленные при динамической балансировке карданного вала на специальном стенде.
Эластичные подвески главной передачи и силового агрегата требуют наличия податливого соединения хотя бы на одном конце карданного вала. Для этой цели используют упругие дисковые резиновые муфты с осевым центрированием. Упругие дисковые муфты ( эластичные муфты )способствуют так же демпфированию крутильных колебаний и изоляции структурных шумов, возникающих в карданных передачах.
Длина сплошного или трубчатого карданного вала оказывает наибольшее влияние на критическую частоту его вращения. Поэтому на всех скоростных автомобилях устанавливаются расчленённые, состоящие из двух – трёх частей, карданные валы с промежуточной опорой.
Промежуточная опора представляет собой уплотнённый с обоих сторон и заполненный долговечной смазкой радиальный шариковый подшипник, который с помощью вулканизированной упругой резино – металлической обоймы крепится на кузове (раме) автомобиля.
Недостатком передачи крутящего момента карданным шарниром, является изменение угловой скорости ведомого вала при каждом обороте. Для уменьшения этого эффекта и вызванной им вибрации, при сборке карданных валов, вилки по обоим концам располагают в одной плоскости.
Вторым недостатком карданной передачи является ограничение угла передачи крутящего момента.
Угол в шарнире при эксплуатации составляет на грузовых автомобилях от 0 до 12 градусов, на легковых автомобилях в снаряженном состоянии составляет 0 – 4 градуса.
Конструкция шарнира допускает передачу крутящего момента под углом до 35 градусов, а у центрированного сдвоенного шарнира фирмы GWB при крутящем моменте до 12000 н*м, при максимальном угле до 42 град.
При увеличении угла в карданном шарнире, снижается его срок службы и увеличивается неравномерность передачи крутящего момента. Не желательны так же боковое смещение и не параллельность валов приводимых агрегатов.
Карданный вал — что это и из чего состоит?
Карданный вал — это конструкция, передающая крутящий момент от трансмиссии к приводу колёс. Его устройство состоит из вала, скользящей вилки, двух крестовин (шарниров), двух фланцев, уплотнений и деталей крепления. Характерной особенностью является карданная передача, изобретенная итальянским философом и математиком Джероламо Кардано, которая позволяет передавать крутящий момент между непараллельными осями.
Это свойство карданного механизма обусловило его широкое применение в различных машинах, летательных аппаратах, приборах, станках, автомобилях, сельскохозяйственных машинах и других механизмах, когда по условиям работы необходимо изменение взаимного расположения валов, передающих вращение.
Самая важная деталь в карданном валу — шарниры. Именно они чаще всего выходят из строя. Вообще то, если не брать какие-то аварийные ситуации, то обычно в кардане есть несколько проблемных мест — это шлицевая часть и крестовины. Для нормальной работы этих частей кардана нужен тщательный уход, в частности смазка. Без регулярного смазывания эти узлы довольно быстро выходят из строя. А вышедший из строя кардан, как известно, влияет на безопасность движения! Поэтому строго рекомендуется шприцевать (смазывать) карданный вал хотя бы раз в сезон. Шприцевание конечно может доставить вам некоторые сложности. Так как масленка обычно находится в очень неудобном для смазывания месте, в менее доступной для попадания грязи точке кардана. Если крестовина выходит из строя, вы это почуствуете. В автомобиле появится вибрация трансмиссии, которая связана в первую очередь с невозможностью крестовины изгибаться во всех плоскостях. Замена крестовины не так уж и проста, как кажется на первый взгляд.
Здесь нужно обратится к специалистам, желательно из специализированных сервисов. На выбор крестовины тоже следует обратить большое внимание, так как некачественная деталь не прослужит долго.
Балансировка карданов.
При появлении дисбаланса появляются вибрации, которые при определенной частоте вращения, могут и уменьшатся и увеличиваться. Избавляются от дисбаланса в специализированных мастерских, путем установки балансировочных пластинок и некоторых других способов. И что важно, кардан баланс нужно проводить после каждого снятия кардана с автомобиля. Если нет возможности сделать это, нужно как минимум, перед снятием поставить метки на кардане. Что потом при установке по этим меткам установить кардан в прежнем положении. Карданный вал можно найти на автомобильной разборке.
В нашей стране существует множество проблем, связанных с ремонтом автомобилей. Но одной из актуальных становится практическое отсутствие сервисных центров, которые бы занимались восстановлением работоспособности карданов. Обычно их меняют целиком. А если даже и ремонтируют, то с неохотой и не качественно.
И следствием становится нарушение балансировки, которое происходит из-за неправильной сборки или неточной установки крестовин. Что же делать?
Конечно же, обращаться в «Кардан-Эксперт».
Мы найдем решение проблемы!
Карданный вал: что это такое?
Трансмиссия автомобиля выполняет важную функцию — передает вращение коленвала на колеса.
Основные элементы трансмиссии:
- сцепление — о нем мы рассказывали на Vodi.su, оно соединяет и разъединяет коробку передач и маховик коленчатого вала;
- коробка передач — позволяет трансформировать однородное вращение коленвала в определенный режим езды;
- кардан или карданная передача — применяется на автомобилях с задним или полным приводом, служит для передачи момента движения на ведущую ось;
- дифференциал — распределяет момент движения между ведущими колесами;
- редуктор — для повышения или понижения крутящего момента, обеспечивает постоянную угловую скорость.
Если мы возьмем обыкновенную механическую коробку передач, то увидим в ее составе три вала:
- первичный или ведущий — соединяет КПП с маховиком через сцепление;
- вторичный — жестко связан с карданом, именно он предназначен для передачи момента вращения на кардан, а от него уже на ведущие колеса;
- промежуточный — передает вращение от первичного вала вторичному.
Предназначение карданной передачи
Любой водитель, который ездил на заднеприводном или полноприводном автомобиле, а уж тем более на ГАЗоне или ЗИЛ-130, видел карданный вал — длинную полую трубу, состоящую из двух сегментов — более длинного и короткого, между собой они соединены промежуточной опорой и крестовиной, образующими шарнир. В передней и задней части кардана можно увидеть фланцы для жесткого соединения с задним мостом и вторичным валом, выходящим из коробки передач.
Основная задача кардана состоит не только в передаче вращения от КПП на редуктор заднего моста, но и в том, чтобы эта работа передавалась при переменной соосности сочлененных агрегатов, или, говоря простым членораздельным языком, — обеспечивается жесткая связка ведущих колес со вторичным валом коробки перемены передач, при этом не препятствуя независимому перемещению колес и подвески относительно кузова.
Также устройство автомобиля таково, особенно если речь идет о грузовиках, что коробка расположена выше по отношению к поверхности, чем редуктор заднего моста. Соответственно, передать момент движения нужно под определенным углом, а благодаря шарнирному устройству кардана это вполне возможно. Более того, в процессе езды рама автомобиля может незначительно деформироваться — буквально на миллиметры, но устройство кардана позволяет не учитывать эти мелкие изменения.
Стоит также сказать, что карданная передача используется не только в полно- и заднеприводных автомобилях, устанавливают ее и на переднеприводные. Правда здесь она называется по-другому — ШРУС — шарниры равных угловых скоростей. ШРУСы соединяют дифференциал коробки передач со ступицами передних колес.
Говоря же в целом, принцип карданной передачи используется и для других целей:
- нижний и верхний карданы рулевого управления;
- для связи распределительной коробки с редуктором ведущей оси — на внедорожниках с подключаемым полным приводом, типа УАЗ-469;
- для отбора мощности двигателя — вал отбора мощности, исходящий из КПП тракторов, служит для приведения в движение различного сельхоз оборудования через кардан, например картофелекопалок или сажалок, дисковых борон, сеялок и так далее.
Устройство
Как уже писалось выше, карданный вал представляет собой две сочлененные с помощью шарнирного соединения полые трубы. В передней части имеется шлицевой валик, входящий в зацепление со вторичным валом КПП посредством переходной муфты.
В месте сочленения двух частей кардана на каждой из них имеется вилка, и они соединены между собой с помощью крестовины. На каждом из концов крестовины имеется игольчатый подшипник. На эти подшипники надеваются вилки и благодаря им передача вращения возможна с одного вала на другой при образовании угла от 15-ти до 35 градусов в зависимости от устройства. Ну а в задней части кардан прикручивают к редуктору с помощью фланца, который крепится на четырех болтах.
Важную роль выполняет промежуточная опора, внутри которой находится шариковый подшипник. Опора прикручивается к днищу автомобиля, а подшипник дает возможность валу свободно вращаться.
Как мы видим, устройство довольно простое, основанное на принципе шарнира. Однако инженерам нужно делать точные расчеты, чтобы все элементы подвески работали сбалансировано и согласовано между собой.
Загрузка…Поделиться в социальных сетях