Avto-love.ru

Карданная передача равных угловых скоростей

Шрусовые карданы: чем отличаются и стоит ли ставить

Обычным способом передачи крутящего момента между узлами автомобиля являются шарнирные карданы. В классическом карданном валу имеются два уха, которые расположены перпендикулярно относительно друг друга. В этих ушах имеются посадочные места под игольчатые подшипники, в которые вставляется крестовина.

С помощью такого соединения делается возможным передача вращения между валами, размещёнными под некоторым углом. И тут приходится столкнуться с неприятной особенностью шарнирной передачи – ведомый вал вращается не синхронно с ведущим. Когда углы между валами увеличиваются, несинхронность так же возрастает, из-за чего возникает вибрация и потеря крутящего момента. Предельный угол отклонения шарнирного кардана – 30-36 градусов, по достижению которого он может заклинить или сломаться.

По этой причине, для переднеприводных автомобилей такое соединение не подходит – кроме того, что происходит смещение моста относительно коробки передач, так ещё и меняются углы при повороте колёс. Все это заставляет работать шарнир при критических углах постоянно. Единственным решением этой проблемы является использование другого типа передачи вращения. Таким соединением является шарнир равных угловых скоростей (ШРУС).

В таком шарнире применяется абсолютно другая схема соединения, основными элементами которой являются:

  1. Разную численность шариков;
  2. Два кольца (наружное и внутреннее) с канавками, по которым двигаются шарики;
  3. Сепаратор для ограничения их движения.

Этот ШРУС самый распространённый, существуют и другие варианты конструкции шарнира.

Самый большой угол, не критической работы шарнира равных угловых скоростей, доходит до 70 градусов, при этом нет ограничения в угле поворота основ. Получается что, по своим возможностям ШРУС значительно превосходит шарнирные передачи.

Спаренный карданный шарнир так же является ШРУСОм только немного другой конфигурации. Карданный вал зачастую сокращённо называют шарниром. А если в данном агрегате заменить карданные шарниры на ШРУСы и оставить все оставшиеся детали на своём месте, у нас выйдет не карданный вал, а шрусовый кардан.

Борьба технологий

В импортных автомобилях такое решение появилось достаточно давно, хотя и не стало до сегодняшнего времени полностью заменой карданным валам. В отечественном автомобилестроении ШРУСовые карданы нашли своё применение не так давно. Дело в том, что сделать ШРУСвое соединение намного сложнее, поэтому его производство требует больших затрат, что увеличивает его стоимость. Помимо этого требуется специальная смазка, идеального качества. Не допускается попадание грязи, воды внутрь шарнирного соединения, что требует пыльник с хорошей герметизацией. За пыльниками шарнира необходимо постоянно следить и при обнаружении выхода его из строя следует тут же заменить. Если вовремя не поменять пыльник, придётся менять весь узел в сборе. Появляются ещё сомнения в выносливости ШРУСа, выдержать нагрузки грузовиков и полноценных внедорожников он не способен, однако прогресс и технологии не стоят на месте, и возможно их потенциал расширится.

Как сделать правильный выбор

Из вышеизложенного понятно, что даже автомобили с задним приводом подходят для установки ШРУСовой передачи, но почему не так часто встречаются такие решения? И вообще, что на самом деле лучше из этих двух вариантов? Если эксплуатировать заднеприводный автомобиль в городских условиях, у него небольшое отклонение от общей оси, потому платить лишние деньги за ШРУСовое соединение не имеет смысла. В ситуации с внедорожниками, ШРУСовое соединение сильно ослабляет своё соединение при больших углах наклона. Так же при больших углах есть риск порвать пыльник, в то же время, как и обычный кардан на крестовине даёт возможность доехать до ближайшего СТО.

Так что, если разобраться в вопросе, то ШРУСовая передача необходима только для тех автомобилей, которые сталкиваются с постоянным колебанием между карданным валом и двигателем автомобиля.

При установке карданных валов со ШРУссовой передачей на скорости заметно ощущается уменьшение шума.

Карданная передача равных угловых скоростей

Сегодня у подавляющего большинства легковых моделей, выпускаемых мировыми автомобилестроительными фирмами, — передние ведущие колеса (с обязательной независимой подвеской). Угловое положение этих колес относительно главной передачи постоянно изменяется в двух плоскостях — по вертикали и по горизонтали.

У внедорожников и грузовиков повышенной проходимости ведущее и в то же время управляемое колесо должно не только передавать крутящий момент, но и поворачиваться. Следовательно, как и у переднеприводных автомобилей, между колесом и полуосью необходим шарнир. Обыкновенный карданный? Нет. И вот почему.

Читать еще:  Принцип работы вакуумного редуктора

Шарниры равных угловых
скоростей на «Рено-Р4»:
наружный — сдвоенный
простой кардан,
внутренний — «Бендикс-Вейсс»

Любой карданный шарнир, установленный между ведущим элементом (полуосью) и ведомым (ступицей колеса), передает вращение циклически. При постоянной угловой скорости полуоси вращение колеса каждую четверть оборота то нарастает, то замедляется.

Такие пульсации приводят к возникновению периодически меняющихся инерционных нагрузок, которые резко увеличиваются при росте угла между ведущими и ведомыми элементами. Как следствие, в результате этих пульсирующих нагрузок ускоряется износ шарниров.

На автомобилях, где двигатель соединен с задним ведущим мостом валом с двумя карданными шарнирами, переменные нагрузки испытывает только этот карданный вал. Когда обе вилки вала лежат в одной плоскости, а углы ведущего вала с карданом и кардана с ведомым одинаковы, то к главной передаче пульсации, о которых шла речь, не передаются. К сожалению, при независимой подвеске колес добиться такого равенства углов не удается.

Представим себе автомобиль с передними ведущими колесами, подвешенными независимо одно от другого. Рычаги подвески практически никогда, вне зависимости от их конфигурации и конструкции, не обеспечивают упомянутого равенства углов, и на управляемое, перемещающееся в двух плоскостях колесо всегда будут передаваться пульсирующие нагрузки. Это означает, что необходимо специальное сочленение, которое скрадывало бы эти нежелательные пульсации.

Подобные сочленения называются шарнирами равных угловых скоростей (сокращенно — ШРУСами), а также синхронными или гомокинетическими шарнирами. Для машины с передними ведущими управляемыми колесами ШРУС — залог полноценного существования. Эти шарниры играют в конструкциях автомобилей такую же важную роль, как механизм перекоса винта в вертолете.

Полуоси переднеприводного
«Кадиллак-Севиль»
со ШРУСами на обоих концах.
Шарниры защищены
резиновыми чехлами

Простейшее решение — объединить два обычных карданных шарнира «спина к спине» так, чтобы ведомая вилка одного служила ведущий вилкой другого. Частота вращения валов на входе и выходе такого сдвоенного шарнира будет одинаковой, если, во-первых, внутренние вилки разместить в одной плоскости, а, во-вторых, если входной и выходной валы шарнира станут образовывать угол, на биссектрисе которого окажется точка пересечения осей его вилок. Для этого между вилками размещают два делительных рычажка со сферическим соединением.

Такой сдвоенный шарнир первоначально казался идеальной конструкцией. ШРУС имел хорошую долговечность (60-70 тыс. км), работал при углах до 45 градусов, но. был довольно громоздким и на ранних моделях переднеприводных легковых машин 20-х годов («Альвис-ФА», «Корд-Л29», «Миллер-91») не оставлял в ступице переднего колеса места для тормоза. (Приходилось выносить тормоз к картеру главной передачи.)

Однако год от года ШРУС в виде сдвоенного карданного шарнира совершенствовался, становился более компактным и в 60-е годы встречался и на «Рено-Р4», и на «Пежо-204». Но чаще всего этот шарнир находил применение на тяжелых переднеприводных грузовиках, например, таких, как МАЗ-509.

Одними из первых в 1932 г. подошли к разработке теоретических основ ШРУСов французы Жан-Альбер Грегуар и М. д’Оранж. При этом Ж.-А. Грегуар разработал и запатентовал собственную конструкцию ШРУСа, применявшуюся уже с 1925 г. на автомобилях «Тракта», конструктором которых он сам и являлся. Кулачковые шарниры «Тракта» получили в 20-30-е годы широкое распространение и использовались на переднеприводных моделях фирмы «Ситроен», «Штевер», ДКВ, «Адлер». Все эти компании должны были платить изобретателю «королевские сборы» — по 5 немецких марок за каждый автомобиль, оснащенный «грегуаровскими» шарнирами. Это означает, что только «Адлер» в течении лишь одного года выплачивал французу сумму, равную стоимости 20 своих машин.

ШРУСы кулачкового типа:
вверху — «Тракта»,
внизу — более современный,
кулачково-дисковый

Шарнир «Тракта» состоял из простых по механической обработке деталей — кулачков, которые соприкасались по довольно большим поверхностям. Следовательно, удельное давление на эти детали было невелико, а износ — мал. Кроме того, ШРУС «Тракта» хорошо работал при больших углах (до 50 градусов).

Дальнейшая эволюция сочленения «Тракта» привела к созданию кулачково-дискового шарнира, который нашел применение на тяжелых внедорожных грузовиках с постоянным, неотключаемым приводом на все колеса. Постоянная работа такого ШРУСа не приводила к чрезмерно большому износу деталей конструкции, а при мощном моторе низкий КПД практически не ощущался. Кулачково-дисковые шарниры можно увидеть на полноприводных грузовиках КрАЗ, Урал, КамАЗ.

Читать еще:  Порвался ремень грм признаки

Условия, которые поставил Грегуар, не устраивали, в частности, фирму ДКВ, изготовлявшую в середине 30-х годов по 30-40 тыс. малолитражек с передними ведущими колесами. Инженер фирмы Г. Юнг в 1931 г. разработал оригинальную разновидность сдвоенного шарнира. Этот ШРУС получился очень компактным и применялся на довоенных моделях ДКВ и «Ауди», а также на джипах «Хорьх» и закончил свою карьеру на машинах «Трабант» производства ГДР.

Недостатки сдвоенных шарниров и ШРУСов кулачкового типа были преодолены в 20-е годы, когда два изобретателя Карл Вейсс, а затем Альфред Рцеппа создали шариковые ШРУСы.

Сдвоенный шарнир Ганса Юнга

Шарнир Вейсса, придуманный и запатентованный в 1923 г., передает крутящий момент шариками. На внутренней поверхности вилок сделаны четыре канавки полукруглого сечения, которые лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях. Там, где канавки обеих вилок перекрещиваются, находится шарик. Средние линии канавок равноудалены от центра шарнира и при его вращении образуют две сферические поверхности, которые пересекаются по окружности. Эта окружность лежит в плоскости биссектрисы того угла, под которым располагаются вилки шарнира. Центры шариков всегда лежат в этой плоскости, чем и обеспечивается равномерность вращения. Чтобы исключить осевое смещение вилок, ведущее к изменению плоскости катания шариков, в ШРУС «Вейсс» введен центрирующий шарик, который иногда фиксируется штифтом.

Патент на столь «хитрую» конструкцию купила американская фирма «Бендикс», и в годы второй мировой войны «виллисы», «студебекеры», «доджи» комплектовались ШРУСами «Бендикс-Вейсс». Шарниры такого типа получили широкое распространение и в отечественном автомобилестроении (ГАЗ-69, УАЗ-469, ГАЗ-66, ЗИЛ-131, БТР-70).

Сочленения «Бендикс-Вейсс» очень технологичны и дешевы в производстве, имеют высокий КПД и обеспечивают угол между вилками не более 35 градусов. Высокие контактные напряжения в зоне шарик-канавка (только два шарика передают крутящий момент в каждое мгновение) заметно сокращают срок службы этих ШРУСов (15-25 тыс. км).

Шариковые ШРУСы:
вверху — «Бендикс-Вейсс»,
внизу — «Рцеппа»

Другой изобретатель, Альфред Рцеппа, в 1927 и 1936 гг. оформил два патента на шариковый ШРУС, в котором крутящий момент передавался шестью шариками, которые работали по равнорасположенным канавкам полукруглого сечения. Специальный делительный рычажок, соединенный с охватывающим шарики сепаратором, постоянно выставляет его в биссекторной плоскости. Более долговечный (100-200 тыс. км) шарнир Рцеппа, который может работать при углах до 40 градусов, вдобавок и компактней, чем ШРУС «Бендикс-Вейсс». Неудивительно, что именно эта конструкция получила наибольшее распространение на современных переднеприводных автомобилях. Различные фирмы («Бирфильд», «Сэгиноу», ГКН, «Льобро») приобрели лицензии на производство «рцепповских» шарниров. Вторичную лицензию приобрел в 1975 г. и ВАЗ для производства «Нивы» и переднеприводных моделей.

Дальнейшее развитие идей А. Рцеппы представляют собой шарниры с тремя сферическими роликами («Льобро», «Трипод», «Уникардан»). Здесь удалось упростить конструкцию и отказаться от делительного рычажка. Канавки (с измененным сечением), теперь разместили не параллельно оси шарниров, а под углом к ней.

Сегодня мы можем с уверенностью говорить, что право на жизнь в трансмиссии легковых переднеприводных моделей завоевали шарниры «Рцеппа» и производные от них, а на мощных тяжелых переднеприводных автомобилях — кулачково-дисковые сочленения или сдвоенные карданы.

Для чего нужна карданная передача в трансмиссии

Автомобильная трансмиссия, независимо от типа и конструктивных особенностей, обычно имеет в своем устройстве карданную передачу. Карданная передача – это устройство, которое предназначено для того, чтобы передать крутящий момент между валами, которые располагаются под углом по отношению друг к другу.

Карданная передача в устройстве автомобиля обычно применяется в трансмиссии. Также указанная передача используется в конструкции рулевого управления. Давайте рассмотрим данное устройство более подробно.

Виды карданных передач, назначение, особенности

Итак, как уже было сказано, карданные передачи нужны для передачи крутящего момента. При этом нужно учитывать, что угол между двумя валами (ведущий и ведомый вал) может меняться в процессе работы. Именно по этой причине использовано подобное карданное соединение.

В основе карданной передачи лежит карданный шарнир. Такой шарнир может отличаться по конструкции, благодаря чему карданные передачи делятся на:

  • Карданная передача, где использован шарнир неравных угловых скоростей;
  • Передача с шарниром равных угловых скоростей;
  • Передача, где используется полукарданный упругий шарнир;
  • Передача с жестким полукарданным шарниром;
Читать еще:  Реле дворников ваз 2109 схема подключения

При этом следует отметить, что последний тип (карданная передача с полукарданным жестким шарниром) на автомобилях не используется, так как в данном случае решение недостаточно надежно и не отвечает ряду требований.

  • Что касается карданной передачи с шарниром неравных угловых скоростей, такая передача в быту часто называется кардан. Указанный тип обычно используется в устройстве авто с задним приводом, а также полноприводных машин.

Если говорить об устройстве, шарнир неравных угловых скоростей по конструкции имеет две соединенные вилки, которые располагаются под углом 90 градусов относительно друг друга, а также крестовину кардана, элементы фиксации.

Карданная крестовина вращается в специальных подшипниках игольчатого типа, которые стоят в проушинах вилок. Данные подшипники имеют смазку, которая закладывается в них еще на этапе изготовления. В рамках эксплуатации обновить смазку не получится, так как подшипник необслуживаемый.

Данный шарнир неравных угловых скоростей отличается тем, что устройство передает крутящий момент циклически. Другими словами, происходит неравномерная передача момента. В двух словах, совершая один оборот, ведомый вал два раза обгоняет и дважды отстает от ведущего.

Чтобы компенсировать неравномерность вращения, карданная передача получает, как минимум, 2 шарнира, которые стоят по одному на каждой стороне кардана (карданного вала), а вилки шарниров, которые расположены друг напротив друга, находятся в единой плоскости.

Также в том месте, где соединены валы, для дополнительной фиксации и прочности используется промежуточная опора. Указанная опора присоединяется к кузову машины или к раме, если автомобиль имеет рамную конструкцию. Еще для того, чтобы компенсировать изменения длины, которые возникают во время работы карданной передачи, один из валов имеет шлицы, чтобы реализовать шлицевое соединение.

Сама карданная передача присоединяется к другим элементам трансмиссии при помощи соединительных муфт. Также для соединения может быть использован фланец и другие подобные элементы.

  • Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей (ШРУС, в быту граната) обычно используется в устройстве трансмиссии авто с передним приводом. В этом случае передача соединяет дифференциал и ступицу ведущего колеса.

Такая передача имеет два шарнира равных угловых скоростей, которые соединены приводным валом. Тот шарнир, который расположен ближе к КПП и дифференциалу, называется внутренним (внутренний ШРУС), а второй имеет название внешнего шарнира (наружный ШРУС).

Также указанный тип карданной передачи, где использован ШРУС, может быть использован на заднеприводных и полноприводных авто. Такое решение позволяет снизить шум во время работы передачи, также наблюдается уменьшение вибраций. Простыми словами, шарнир неравных угловых скоростей заменяется на ШРУС, который является более технологичным устройством.

Если говорить об устройстве, в двух словах, шарнир равных угловых скоростей является обоймой, которая размещена в корпусе. Между обоймой и корпусом находятся шарики, что позволяет реализовать движение. Корпус получает внутреннюю сферическую форму, также в корпусе и обойме имеются канавки. По этим канавкам осуществляют движение шарики.

Особенностью данной конструкции является равномерная передача крутящего момента от ведущего вала на ведомый вал с учетом изменяющегося угла. Также в конструкции использован сепаратор, который нужен для фиксации шариков ШРУС в заданном положении.

На этапе изготовления в ШРУС закладывают молибденовую смазку. Чтобы защитить конструкцию от попадания грязи, воды и т.п., на шарнир дополнительно ставится специальный пыльник.

  • Третьим типом карданных передач, которые используются в авто, является передача с полукарданным упругим шарниром. Такой упругий шарнир отвечает за то, чтобы передавать крутящий момент между двумя валами, которые расположены расположенными под небольшим углом по отношению друг к другу.

В основе лежит принцип деформации упругого звена. Например, данное соединение может представлять собой упругую муфту. Муфта является предварительно сжатым шестигранным упругим элементом, при этом с обеих сторон закреплены фланцы как ведущего вала, так и ведомого.

Подведем итоги

Как видно, существует несколько типов карданных передач, которые используются в устройстве трансмиссии автомобиля. При этом среди описанных выше видов наиболее активно используются карданные передачи с шарниром неравных угловых скоростей, а также передача с шарниром равных угловых скоростей ШРУС.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector