19. Карданная передача. Назначение карданной передачи, ее типы.
Назначение — карданный вал служит для передачи крутящего момента от коробки передач (раздаточной коробки) к ведущим мостам в случае классической или полноприводной компоновки. Также используется в травмобезопасной рулевой колонке для соединения рулевого вала и рулевого исполнительного механизма (рулевого редуктора или рулевой рейки).
Основным элементом карданной передачи является карданный шарнир. В зависимости от конструкции шарнира различают следующие типы карданных передач:
карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей;
карданная передача с шарниром равных угловых скоростей;
карданная передача с полукарданным упругим шарниром;
карданная передача с полукарданным жестким шарниром.
Существуют различные конструкции ШРУСов. Различают обычно:
Шариковые («Бендикс-Вейс»,«Рцеппа»
Триподные (типа «Tripod») — часто используются как внутренние, допускают бо́льшие осевые перемещения, но при этом — нелинейное изменение скорости при вращении под углом;
Сухариковые — были разработаны французом Грегуаром и запатентованы как «Тракта»
Спаренные карданные — представляют собой состыкованные друг с другом два карданных шарнира, которые взаимно компенсируют неравномерность вращения друг друга; применялись редко, например, на ряде американских автомобилей двадцатых годов, вроде Miller 91 или Cord L29, а также французских «Панарах» пятидесятых-шестидесятых годов.
20. Мосты. Типы мостов. Ведущий мост, назначение, общее устройство. Дифференциал, назначение, типы. Устройство межколесного простого симметричного дифференциала.
Мостами автомобиля называются металлические балки с колесами. Мосты служат для установки колес и поддерживания несущей системы автомобиля (рамы, кузова).
Ведущим называется мост с ведущими колесами, к которым подводится крутящий момент двигателя.
Этот мост представляет собой жесткую пустотелую балку, на концах которой на подшипниках установлены ступицы ведущих колес, а внутри размещены главная передача, дифференциал и полуоси.
Дифференциал предназначен для распределения крутящего момента между полуосями ведущих колес при повороте автомобиля и при движении по неровностям дороги. Дифференциал позволяет колесам вращаться с разной угловой скоростью и проходить неодинаковый путь без проскальзывания относительно покрытия дороги. Иными словами 100% крутящего момента, который приходит на дифференциал, могут распределяться между ведущими колесами как 50 х 50, так и в другой пропорции (например, 60 х 40). К сожалению, пропорция может быть и 100 х 0. Это означает, что одно из колес стоит на месте (в яме), а другое в это время буксует (по сырой земле, глине, снегу).
Если речь идет о трансмиссии автомобилей, где присутствует одна ведущая ось, то дифференциал обычно монтируется между приводами колес, и называется такой дифференциал — межколесный дифференциал, если же речь идет о полноприводных автомобилях, то здесь дифференциал находится между ведущими осями, отсюда и название — межосевой дифееренциал.
Карданная передача
Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента между валами, расположенными под углом друг к другу. В автомобиле карданная передача применяется, как правило, в трансмиссии и рулевом управлении.
Посредством карданной передачи могут соединяться следующие элементы трансмиссии:
1. Двигатель и коробка передач;
2. Коробка передач и раздаточная коробка;
3. Коробка передач и главная передача;
4. Раздаточная коробка и главная передача;
5. Дифференциал и ведущие колеса.
Основным элементом карданной передачи является карданный шарнир. В зависимости от конструкции шарнира различают следующие типы карданных передач: с шарниром неравных угловых скоростей, с шарниром равных угловых скоростей, с полукарданным упругим шарниром, с полукарданным жестким шарниром.
Карданная передача с полукарданным жестким шарниром на автомобилях не применяется, т.к. не отвечает требованиям надежности и технологичности.
Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей
Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей имеет устоявшееся название – карданная передача, обиходное название – кардан. Данный тип передачи применяется в основном на заднеприводных автомобилях и автомобилях с полным приводом.
Карданная передача включает шарниры неравных угловых скоростей, расположенные на карданных валах. При необходимости используется промежуточная опора. На концах карданной передачи установлены соединительные устройства.
Шарнир неравных угловых скоростей объединяет две вилки, расположенные под углом 90° друг к другу, крестовину и фиксирующие элементы. Крестовина вращается в игольчатых подшипниках, установленных в проушинах вилок. Подшипники необслуживаемые, пластичная смазка закладывается в них при сборке и в процессе эксплуатации не меняется.
Особенностью шарнира неравных угловых скоростей является неравномерная (циклическая) передача крутящего момента, т.е. за один оборот ведомый вал дважды отстает и дважды обгоняет ведущий вал. Для компенсации неравномерности вращения в карданной передаче применяется не менее двух шарниров, по одному с каждой стороны карданного вала. При этом вилки противоположных шарниров располагаются в одной плоскости.
В карданной передаче в зависимости от расстояния, на которое передается крутящий момент, применяется один или два карданных вала. При двухвальной схеме первый вал носит название промежуточного, второй – заднего карданного вала. Место соединения валов фиксируется с помощью промежуточной опоры. Промежуточная опора крепится к кузову (раме) автомобиля. Для компенсации, возникающих в результате работы, изменений длины карданной передачи в одном из валов выполняется шлицевое соединение.
Соединение карданной передачи с другими элементами трансмиссии производится с помощью соединительных элементов: фланцев, муфт и др.
Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей
Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей нашла широкое применение в переднеприводных автомобилях для соединения дифференциала и ступицы ведущего колеса.
Карданная передача данного типа включает два шарнира равных угловых скоростей, соединенных приводным валом. Ближайший к коробке передач (дифференциалу) шарнир носит название внутреннего, противоположный ему – внешний шарнир.
С целью снижения уровня шума карданная передача с шарниром равных угловых скоростей также применяется в трансмиссиях автомобилей с задним и полным приводом. В данном случае шарнир неравных угловых скоростей уступает более совершенной конструкции ШРУС.
Карданный шарнир равных угловых скоростей обеспечивает передачу крутящего момента от ведущего к ведомому валу с постоянной угловой скорость, независимо от угла наклона валов. Самым распространенным в конструкции трансмиссии переднеприводного автомобиля является шариковый шарнир равных угловых скоростей.
Шарнир равных угловых скоростей (сокращенное название – ШРУС, обиходное название – граната) представляет собой обойму, помещенную в корпус, между которыми движутся шарики.
Корпус имеет внутреннюю сферическую форму. Внутри корпуса располагается обойма. В корпусе и обойме выполнены канавки, по которым движутся шарики. Такая конструкция обеспечивает равномерную передачу крутящего момента от ведомого вала к ведущему под изменяющимся углом. Сепаратор удерживает шарики в определенном положении. Для защиты шарнира от негативных факторов внешней среды (кислорода, воды, грязи) на ШРУС устанавливается грязезащитный чехол – «пыльник».
При изготовлении в шарнир равных угловых скоростей закладывается смазка, приготовленная на основе дисульфида молибдена.
Карданная передача с полукарданным упругим шарниром
Полукарданный упругий шарнир обеспечивает передачу крутящего момента между двумя валами, расположенными под небольшим углом, за счет деформации упругого звена.
Характерным примером данного типа шарнирного соединения является упругая муфта Гуибо (Guibo). Муфта представляет собой предварительно сжатый шестигранный упругий элемент, с двух сторон которого крепятся фланцы ведущего и ведомого валов.
Карданная передача — назначение и типы
Карданной называется передача, осуществляющая силовую связь механизмов автомобиля, валы которых несоосны или расположены под углом.
Карданная передача служит для передачи крутящего момента между валами механизмов, взаимное положение которых может быть постоянным или меняться при движении автомобиля.
В зависимости от типа, компоновки и конструкции автомобиля карданная передача может передавать крутящий момент
- от коробки передач к раздаточной коробке или к главной передаче ведущего моста;
- от раздаточной коробки к главным передачам ведущих мостов;
- между главными передачами среднего и заднего ведущих мостов;
- от полуосей к передним ведущим и управляемым колесам;
- от главной передачи к ведущим колесам с независимой подвеской.
Карданная передача может также применяться в приводе от коробки отбора мощности к вспомогательным механизмам (лебедка и др.) и для связи рулевого колеса с рулевым механизмом.
Для соединения механизмов автомобиля применяются различного типа карданные передачи (рисунок 1).
Рисунок 1 — Типы карданных передач, классифицированных по различным признакам
Одновальные карданные передачи (рисунок 2, а) применяются на легковых автомобилях с короткой базой (расстояние между передними и задними колесами) и колесной формулой 4х2 для соединения коробки передач 1 с задним ведущим мостом 4. Такая карданная передача состоит из карданного вала 3 и двух карданных шарниров 2.
Рисунок 2 — Карданные передачи для автомобилей с различными колесными формулами
а, б — 4х2; в — 4х4; г, д — 6х6; 1 — коробка передач; 2 — карданный шарнир; 3 — карданный вал; 4, 7, 9 — ведущие мосты; 5, 8 — промежуточные опоры; 6 — раздаточная коробка; 10 — редуктор
Двухвальная карданная передача (рисунок 2, б) применяться на автомобилях с длинной базой и колесной формулой 4х2 для связи коробки передач с задним ведущим мостом. Передача включает в себя два карданных вала, три карданных шарнира и промежуточную опору 5. Эта карданная передача получила наибольшее распространение на легковых, грузовых автомобилях и автобусах ограниченной проходимости.
На автомобилях повышенной проходимости с колесной формулой 4х4 используются три одновальные карданные передачи (рисунок 2, в) для соединения соответственно коробки передач с раздаточной коробкой 6, а также раздаточной коробки с задним и передним 7 ведущими мостами.
На автомобилях высокой проходимости с колесной формулой 6х6 (рисунок 2, г) и индивидуальным приводом ведущих мостов раздаточная коробка соединяется с задним ведущим мостом двухвальной карданной передачей с промежуточной опорой 8. Связь коробки передач с раздаточной коробкой с передним и средним 9 ведущими мостами этих автомобилей осуществляется одновальными карданными передачами.
В автомобилях высокой проходимости с колесной формулой 6х6 и со средним проходным ведущим мостом (рисунок 2, д) для связи коробки передач с раздаточной коробкой и раздаточной коробки с ведущими мостами используются одновальные карданные передачи. При этом обеспечивается привод дополнительного редуктора 10 среднего моста.
Типы и принцип работы карданных передач
Карданная передача – составной элемент автомобиля, который передает крутящий момент между валами, располагающимися под определенным углом относительно друг друга. Без карданной передачи того или иного типа сложно представить современный автомобиль. Карданная передача используется, обычно, в трансмиссии и в рулевом управлении. Название получено от имени Д. Кардано, который описал устройство в 16 веке. Впрочем, ученый только описал устройство кардана, но причислять его к изобретателям карданной передачи нельзя. Воплотили в жизнь описанное гораздо позже, через несколько веков. А имя Кардано теперь увековечено в веках.
При помощи карданной передачи соединяются следующие элементы:
- силовой агрегат и КПП;
- КПП и раздатка;
- КПП и главная передача;
- раздатка и главная передача;
- дифференциал и ведущую пару колес.
Главным элементом карданной передачи нужно назвать карданный шарнир. Он бывает различных модификаций:
- равных угловых скоростей;
- неравных угловых скоростей;
- полукарданный упругий шарнир;
- полукарданный неупругий шарнир.
Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей
Данный тип передачи можно обнаружить на автомобилях с задним приводом или полноприводных авто. Устройство такой передачи следующее: на карданных валах расположены шарниры неравных угловых скоростей. На концах передачи имеются соединительные элементы. По необходимости используется соединительная опора.
Шарнир объединяет пару вилок, крестовину и фиксирующие устройства. В проушинах вилок установлены игольчатые подшипники, в которых вращается крестовина.
На тщательно обработанных пальцах крестовины 3 установлены стальные стаканы 13 с игольчатыми подшипниками 12. Иглы подшипника с внутреннего конца опираются на опорную шайбу 11. Стакан уплотнен на крестовине резиновым сальником 10, установленным в металлическом корпусе 9, который надет на крестовину. Крестовина со стаканами закреплена в ушках вилок 2 и 4 стопорными кольцами или пластинками 6 с винтами. Подшипники крестовины смазываются через центральную масленку 7, от которой масло к подшипникам подходит по каналам в крестовине. Для устранения излишнего давления масла в крестовину завернут на резьбе корпус с предохранительным клапаном 8.
Подшипники нельзя отремонтировать или обслужить. Масло в них заливается при установке.
Особенностью шарнира является то, что он передает неравный крутящий момент. Дополнительный вал периодически обгоняет и отстает от основного вала. Для компенсации этого недостатка в передаче используется несколько шарниров. Вилки противоположных шарниров располагают в одной плоскости.
В зависимости от того, на какое расстояние необходимо передать крутящий момент, в карданной передача используют один или два вала. При числе валов, равном двух, один из них называется промежуточным, второй — задним. Для фиксации валов устанавливается промежуточная опора, крепящаяся к кузову авто.
С другими элементами автомобиля карданная передача соединяется при помощи фланцев, муфт и других соединительных элементов.
Можно с уверенностью говорить, что шарниры неравных угловых скоростей имеют малую надежность и относительно небольшой срок службы. В современных условиях используют карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей.
Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей
Данный тип передачи широко используется в автомобилях с передним приводом. При помощи неё соединяется дифференциал и ступица ведущего колеса.
Передача имеет два шарнира – внутренний и внешний, соединенных валом. ШРУСы часто применяются и в автомобилях с задним приводом, в полноприводных авто. Дело в том, что шарниры равных угловых скоростей более современны и практичны, к тому же, уровень шума от них значительно ниже, чем от ШНУС.
Самым распространенным из существующих является шарнир равных угловых скоростей шарикового типа. ШРУС передает крутящий момент от ведущего до ведомого вала. Угловая скорость передачи крутящего момента постоянная. Она не зависит от угла наклона валов.
ШРУС, или как его называют в народе «граната» представляет из себя сферический корпус, в котором расположена обойма. Между ними вращаются шарики. Они движутся по специальным канавкам.
В результате, крутящий момент равномерно передается от ведущего вала к ведомому при условиях изменения угла. Сепаратор удерживает шарики в нужном положении. «Граната» защищается от воздействия внешней среды «пыльником» — защитным кожухом.
Обязательным условием долгого срока службы ШРУСов является наличие в них смазки. А наличие смазки, в свою очередь, обеспечивается герметичностью самого шарнира.
Отдельно стоит сказать о безопасности ШРУСов. Если в «гранате» слышится треск или шум, то её незамедлительно нужно менять. Эксплуатация автомобиля с неисправным ШРУСом предельно опасна. Попросту говоря, может отвалиться колесо. Причиной же, по которой карданный вал приходит в негодность, чаще всего является неправильный выбор скорости и плохое дорожное покрытие.
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.
Заключение
Стоит отметить, что чаще всего под карданной передачей понимают, конечно, кардан заднеприводного автомобиля. Что касается карданом со ШРУСами в переднеприводных авто – это, скорее, удачное применение разработки для внедорожников и заднеприводных машин. С этим мнением можно поспорить, но оно широко распространено в массах.
Как уже отмечено выше, такое изобретение, как карданная передача, сложно переоценить. Без него бы удовольствие от управления авто было бы не таким большим. А вероятнее, современные машины без кардной передачи вообще бы не могли передвигаться.