Карданная передача

Устройство карданного вала

Основные элементы наиболее популярной модификации устройства:

Центральный вал (карданная труба, ось). Полая труба из металла. Цельнотянутая деталь. Конструктивный элемент, на который крепятся другие детали.
Крестовина. Важна для реализации функции контроля углов переменного наклона и, соответственно, вращающихся элементов. Корректный диапазон углов переменного наклона — от 0 до 20 градусов

Это важно для того, чтобы вал не прерывал вращения. Качественные крестовины изготавливаются из легированной стали путём горячей штамповки.
Приварная вилка

Соединительный элемент между промежуточным и основным валом. Играет роль компенсатора расстояния по высоте между валами. Значение приварной вилки особенно легко оценить на бездорожье. При подборе вилки для КВ (например, в случае замены) важно учитывать величину крестовины, посадочный диаметр трубы, максимальный угол шарнира и тип крепления.
Фланец-вилка шарнира (фланец кардана). Фланец-вилка монтирована в области крепления вала к мосту. Состоит из фланца (плоского диска) и двух рогов, в которых сделаны отверстия под крестовину, для болтов. Вилка крепится к ответному фланцу на ведущих мостах или коробке передач. Наиболее перспективные — вилки–фланцы с 4-мя шлицевыми «пятками» в зонах установки болтов и шлицами на ответных фланцах. Такие решения — гарант качественного соединения узлов. При выборе фланца при замене детали важно учитывать диаметр отверстий и их количество, диаметр самого фланца.

Шлицевое соединение. Ответственно за трансформацию рабочей длины при движении. Одна точка шлицевого соединения фиксируется на коробке передач, другая — на редукторе. Когда транспортное средство вынуждено преодолевать ухабы, ямы, то интервал между точками опоры возрастает, и благодаря шлицевому соединению кардан «растягивается».

Обе вилки, крестовина и шлицевое соединение образуют так называемый шарнирный узел. Его основная задача — передача крутящего момента с изменяющимся углом.Исключение! На некоторых внедорожниках вместо крестовины можно встретить карданы с ШРУС. В этом случае шлицевое соединение отсутствует.Устройство ряда КВ включает эластичную муфту. Она помогает сгладить колебания крутящего момента и компенсировать осевые, угловые отклонения.

Подшипники

Если же речь идёт не только о карданном вале, но и карданной передаче в целом, рассматривая устройство, нужно не забывать про подшипники. Для поддержания карданного вала в технически корректном положении на нем установлен подвесной металлический подшипник с металлической обоймой и резиновой подушкой.Именно подвесной подшипник принимает на себя нагрузку (осевую, радиальную), обеспечивает вращение, качение. Это один из наиболее нагруженных элементов трансмиссии, поэтому требует регулярного технического обслуживания.Промежуточный подшипник выполняет функцию поддержки основного вала, обеспечивает ему возможность вращаться в необходимом направлении. Наиболее лучшими демпфирующими свойствами обладают подшипники в виде кольца, сделанного из эластомера.

Назначение, классификация и основные требования

Карданные передачи предназначены для передачи крутящего момента от одного агрегата (механизма) автомобиля к другому, если оси их валов не лежат на одной прямой или во время работы изменяют относительное положение в пространстве.

На автомобилях с помощью карданных передач осуществляется передача крутящего момента от коробки передач, раздаточной коробки или коробки отбора мощности к ведущим мостам или ведущим колесам, к дополнительным агрегатам и механизмам автомобиля. В общем случае карданная передача (рис. 1) состоит из следующих конструктивных (функциональных) элементов: карданных шарниров 1, 2, 3, карданных валов 4, 5, промежуточной опоры 6 с подшипником и компенсирующего соединения 7.

Рис. 1. Схема карданной передачи

Валы карданной передачи обеспечивают передачу крутящего момента на необходимое расстояние, карданные шарниры передачу крутящего момента между момента между валами, оси которых расположены под углом. Компенсирующее соединение обеспечивает изменение длины и относительного положения валов карданной передачи, например, при вертикальном перемещении ведущего моста на упругом элементе подвес­ки, в результате чего меняется длина вала 5 и величина углов γ.

Промежуточная опора поддерживает валы в передачах, имеющих два вала и более. Карданная передача должна обеспечить:

• передачу крутящего момента между агрегатами трансмиссии при всех возможных эксплуатационных условиях (угловой скорости вращения валов, углах между их осями, величине крутящего момента);
• передачу крутящего момента без значительного увеличения нагрузки на элементы трансмиссии, сниженияr долговечности деталей, увеличения вибрации и шума;
• передачу крутящего момента с максимально возможным КПД.

Карданные передачи подразделяются (классифицируются) по назначению и конструктивным признакам.

По назначению:

• для передачи крутящего момента между агрегатами, установленными на раме или несущей системе автомобиля, и работающие при значительных углах у между осями валов, γ_mах= (3… 5)° ;
• для передачи крутящего момента от коробки передач или раздаточной коробки к ведущим мостам, γ_mах= (15… 20)° ;
• для передачи крутящего момента от главной передачи к ведущим колесам с независимой подвеской, γ_mах= (20 … 25)° ;
• для передачи крутящего момента к ведущим управляемым колесам, γ_mах= (30… 40)° ;
• для передачи крутящего к вспомогательным, редко используемым механизмам, γ_mах= (15… 20)° .

По конструктивным признакам:

• с шарнирами неравных угловых скоростей (асинхронные шарниры);
• с шарнирами равных угловых скоростей (синхронные шарниры);
• с одним или несколькими карданными валами;
• с одним, двумя или несколькими карданными шарнирами;

Карданный вал

Если быть точнее, то сегодня мы рассматриваем механизм, который предназначен для передачи вращения от КПП к редуктору передней или задней оси автомобиля. Такая себе промежуточная, но крайне ответственная деталь трансмиссии.

Какой бывает карданный вал? На самом деле, классификация довольно разнообразна. К примеру, выделить какие-то группы можно в зависимости от его назначения, типа, наличия устройства компенсации.

Классификация по назначению

• основной – непосредственно отвечающий за раскручивание колёс в автомобиле;
• вспомогательный – такие карданные валы приводят в движение различные опциональные механизмы, например лебёдки, насосы.

Типы карданов

• открытый кардан – является самостоятельным и отдельным механизмом в машине;
• закрытый кардан – спрятан от посторонних глаз или интегрирован в какой-либо другой элемент авто.

Разновидности

• универсальные карданы – имеющие возможность компенсировать большие осевые перемещения;
• простые карданы – без каких-либо подобных ухищрений.

Разгибание проушин вилки, обрыв шейки шипа крестовины.

Причины возникновения неисправности:

1. Карданный вал работает с постоянной перегрузкой. Пиковые нагрузки на кардан, слишком велики, для данного типа смазки.
2. Заклинивание подшипников крестовины, отсутствие смазки.
3. Установка некачественных крестовин, вилок.

Устранение неисправности:

1. Не допускать превышения крутящего момента.
2. Установить на карданный вал предохранительную муфту.
3. Проверить исправность предохранительной муфты при ее наличии.
4. Увеличить интервалы обслуживания крестовин.
5. Использовать в ремонте, только оригинальные запчасти карданных валов.

Увеличенный износ шеек (шипа) крестовины карданного вала.

Причины возникновения неисправности:

1. Применяемый карданный вал не рассчитан на нагрузку, которую он передает в процессе работы.
2. Заклинивание игольчатых подшипников крестовины, отсутствие смазки, несоответствующий тип используемого смазочного материала.
3. Установка некачественных крестовин, при ремонте карданного вала.

Устранение неисправности:

1. Проверить мощностные характеристики рабочего устройства. Не превышайте величину крутящего момента и скорости вращения, предписанных в инструкции на сельскохозяйственную технику, на которой применяется карданный вал.
2. Увеличить интервалы обслуживания крестовины. Использовать соответствующую смазку, для шарнирных соединений карданного вала.
3. Ремонт кардана, следует производить в специализированных мастерских, при использовании оригинальных крестовин.

Чрезмерный износ профильных труб или шлицевых соединений.

Причины возникновения неисправности:

1. Недостаточное количество смазки в профильной трубе или шлицевом соединении карданного вала.
2. Неверно подобрана длина кардана.
3. Поврежден защитный кожух или пыльник кардана, влечет за собой попадание грязи в профильную трубу, шлицевую часть, происходит выкидывание смазки.

Устранение неисправности:

1. Увеличить интервалы смазки шлицевого соединения, профильной трубы кардана.
2. Проверить длину карданного вала. Заменить его на более длинный.
3. Произвести замену защитного кожуха, пыльника шлицевого соединения.

Техника безопасности установки карданных валов и их технического обслуживания.

Перед началом эксплуатации, необходимо изучить инструкцию по установке и эксплуатации карданного вала, а так же руководство по эксплуатации трактора и сельскохозяйственной машины.

1. Установка карданного вала, производится при выключенном двигателе трактора, вращающиеся части неподвижны. Не производите установку, обслуживание карданных валов, при включенном двигателе и работающем валом отбора мощности.
2. Во время работы техники, не приближайтесь к вращающемуся кардану.
3. Ремонт карданного вала, осуществляется в специализированных мастерских. Установка карданного вала, требует наличие специального инструмента и требующих навыков работы с узлами трансмиссии.
4. Вращающиеся части сельхоз кардана, должны иметь защитные кожухи. Убедитесь, что на защитном кожухе нет следов повреждения. Защитный кожух не должен вращаться вместе с силовой частью.
5. После установки карданного вала, убедитесь что, защитные козырьки трактора и рабочего устройства обеспечивают единую систему с защитным кожухом кардана.
6. Не используйте карданную передачу в качестве ступенек или подставок.
7. Транспортировка карданных валов, осуществляется в горизонтальном положении. При транспортировке не рассоединяйте части карданного вала.

Кардан ВалТехно, осуществляет поставки карданных валов, универсальных крестовин, широкоугольных крестовин, профильных труб, шлицевых соединений для сельскохозяйственных машин. Ежемесячные поставки запчастей из Европы.

Из истории карданных валов

Вал стали называть карданным по имени изобретателя, который работал над его созданием. Этот был итальянский специалист по медицине и математике – Джироламо Кардано. Именно он впервые придумал механизм на шарнирах, с помощью которого сегодня можно соединять вращающиеся детали и узлы.

Специалисты-историки считают, что впервые кардан был придуман Леонардо да Винчи. Очень интересно здесь то, что автором данной разработки хотел быть еще один человек. Это Роберт Хук, но свой патент он получить сразу не смог. Ему его выдали несколько позже.

Использовать эту конструкцию в автомобилях стали в 1898 году. Первым был Луи Рено.

Шлицевые элементы

Даже при соблюдении условий эксплуатации всегда присутствует вероятность срезания шлиц. Этому способствует формирование люфта в результате растяжения раздаточной цепи. Цепь в это время начинает перескакивать по зубьям раздатки и формировать высокую ударную нагрузку на шлицевые элементы раздатки и кардана. Возникновение подобной поломки можно определить по металлическому резкому шуму, который доносится из-под автомобиля. Срезание шлиц возможно как на бюджетных, так и на оригинальных элементах, поэтому необходимо своевременно менять деталь для обеспечения полного хода вала. Шарнир карданный 1/2 во время движения авто совершает возвратно-поступательные движения по отношению к раздатке, этому способствует растяжение и обратное сокращение кузова.

Компенсация изменения расстояния от КПП до моста

Еще одна проблема, которую автопроизводители решают различными способами – изменение расстояния от КПП до моста. Когда автомобиль движется по пересеченной местности, высота моста постоянно меняется, что приводит к изменению расстояния. Если не компенсировать изменение расстояния, то нагрузка на игольчатые подшипники крестовины возрастет, что приведет к сокращению ресурса и росту потерь мощности. На грузовых трехосных автомобилях с этой проблемой справились с помощью особой конструкции заднего моста, снижающей вертикальную подвижность редуктора.

Вместо одновременного движения вверх или вниз обеих сторон моста, он поворачивается таким образом, что одна из сторон поднимается, а другая опускается. С какой стороны движению препятствует кочка или бугор, та и поднимается. С какой стороны яма, та и опускается. На легковых автомобилях для компенсации расстояния используют особую конструкцию вала, состоящего из трубы со шлицевым наконечником и скользящей вилки, которая передвигается по шлицам. Когда расстояние между КПП и мостом увеличивается, вилка сдвигается в сторону моста, компенсируя изменение длины. Когда расстояние уменьшается, вилка сдвигается в сторону КПП.

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 автомоблей с задним и полным приводом. В данном случае шарнир неравных угловых скоростей уступает более соершенной 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, карданные шарниры. Шрус – назначение, устройство

_____________________________________________________________________________________________________________________

Карданные передачи используются во многих как грузовых, так и легковых автомобилях. А если учесть всевозможную сельскохозяйственную технику, то там карданная передача нашла весьма широкое применение. Как известно, подвеска автомобиля имеет подвижное крепление, поэтому как ведущие, так и управляемые колеса машины имеют возможность перемещаться относительно кузова в вертикальной плоскости. Однако силовой агрегат и коробка передач имеют эластичное, но довольно жесткое крепление к кузову автомобиля. Тем не менее, коробка передач и ведущие колеса связаны друг с другом. И эта связь осуществляется посредством карданной передачи.

Основным предназначением карданной передачи является передача вращения от силового агрегата через КПП к ведущим колесам машины, которые к тому же, могут быть и управляемыми.

Карданная передача обеспечивает жесткую связь колес и выходного вала КПП и не препятствует работе подвески.

Другими словами, карданная передача автомобиля позволяет передать крутящий момент при переменной соосности сочлененных агрегатов.

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.

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.

Требования, предъявляемые к устройству карданных передач

Фрикционные диски АКПП- Устройство и принцип работы • 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.