Все о карданном валу: устройство, диагностика, ремонт
Рассмотрены общие положения о функциях карданного вала, а также его узлах и диагностике неисправностей
Фото: Шаттерсток
- Что такое карданный вал
- Виды карданных валов
- Устройство карданного вала
- Общее устройство кардана на крестовинах
- Общее устройство кардана на ШРУСах
- Неисправности карданного вала
- Вибрация. Причинами вибраций кардана может быть следующее.
- Щелкающие звуки. Часто схожи с обычным ударом металлом по металлу (по сути, так и есть).
- Как проверить состояние карданного вала — рекомендации экспертов
- Как самостоятельно определить, что требуется ремонт или замена?
- Есть ли возможность починить карданный вал вместо замены его целиком?
- Можно ли временно снять карданный вал на полноприводном автомобиле и ездить без него (до замены узла на новый)?
Что такое карданный вал
Приводной вал (также известный как просто «кардан») — это устройство, предназначенное для передачи крутящего момента между элементами трансмиссии. Глобально можно выделить два компоновочных расположения карданного вала легковых автомобилей. Первый: между коробкой передач и дифференциалом заднего моста. Это классическая компоновка «двигатель спереди, ведущие колеса сзади». Типичный представитель – заднеприводный седан BMW или Mercedes-Benz. Вторая схема предполагает, что кардан расположен между раздаточной коробкой и дифференциалами передней и задней оси. Используется на внедорожниках с раздаточной коробкой – например, Toyota Land Cruiser, Mitsubishi Pajero, УАЗ «Патриот» и им подобных. Переднеприводные автомобили не имеют приводного вала.
Виды карданных валов
По своей принципиальной конструкции карданные передачи можно разделить на несколько основных типов.
Кардан с шарнирами с разной угловой скоростью (СНУС). Более известен как подвес с поперечинами. Несмотря на моральный износ, это до сих пор самый распространенный тип карданной передачи на автотранспорте. Основные преимущества заключаются в низкой чувствительности важнейших сопрягаемых элементов (вилки и крестовины) к пыли, грязи и механическим воздействиям в сложных дорожных условиях. Именно из-за своей полной выносливости этот тип карданной передачи до сих пор не имеет альтернативы в тяжелой технике. Серьезным недостатком приводного вала на крестовинах является неравномерное вращение. Как следует из названия, скорость вращения такого подвеса нелинейна: за один оборот ведущей вилки ведомая вилка ускоряется и замедляется дважды. Эта функция определяет относительно небольшой средний угол для комфортной работы поперечного карданного вала: ок. 15-18 градусов. В противном случае узел будет испытывать повышенную нагрузку, что приведет помимо дискомфорта от вибраций, к резкому сокращению срока службы.
Кардан с ШРУСом (ШРУС). Более современное и технически выгодное устройство соединения деталей карданной передачи. Вместо вилок и крестовин используется шаровая опора – подобная той, что давно прижилась в приводных валах управляемых колес. В отличие от своего старшего «родственника» — крестовины, ШРУС обеспечивает синхронное вращение ведущего и ведомого валов. При этом максимально допустимый рабочий угол, по сравнению с классическим карданным валом на крестовинах, существенно выше: до 50 градусов. К недостаткам можно отнести уязвимость резинового пыльника, защищающего подвижный шарнир ШРУСа. Но в современных качественных решениях эта проблема во многом устранена. Вместо открытого пыльника «гармошка» используется герметичная резинометаллическая клипса, все больше обрамляющая шарнир. С одной стороны, он защищает ШРУС от воздействия воды и абразивов, а с другой – гораздо более устойчив к механическим воздействиям, чем обычный резиновый пыльник конической формы. В качестве второго аргумента в пользу классики можно упомянуть фактор неравномерного распределения нагрузки внутри шаровой опоры, в отличие от крестовины. Что-то, что формирует область применения ШРУСов как более «гражданскую».
Защищенный резинометаллический пыльник (Фото: Ozon)
Полукарданный шарнир с муфтой, также известный как муфта «Гуибо». Этот тип можно считать своеобразным гибридом классических карданных передач и амортизаторов. Если кратко, то главная особенность – это отсутствие жесткой связи между ведущим и ведомым мостами. Они соединены прочной упругой муфтой – промежуточным звеном передачи крутящего момента. Эта же муфта выполняет функции гасителя крутильных колебаний и компенсатора осевых перемещений ведомого вала. Полукарданные шарнирно-сочлененные передачи применяются в автомобилях относительно редко – это связано с малой универсальностью устройства. Во-первых, ограниченность использования связана с очень малым рабочим углом: менее 10 градусов. Поэтому валы, соединенные гибкими муфтами, часто используются в качестве прямых или почти прямых промежуточных звеньев, что снижает вибрации и акустические нагрузки в трансмиссии.
Жесткий полукарданный шарнир. Например, зубчатая муфта. Допустимые рабочие углы практически отсутствуют (до 2 градусов), как и ход осевых перемещений. Так же, как и муфта Guibo, это скорее промежуточное звено муфты, чем полноценное устройство для передачи крутящего момента под углами. В автомобилестроении применяется крайне редко.
Зубчатая муфта (Фото: rw-brazil.com)
Устройство карданного вала
Опустим подробное описание экзотических карданных валов типа «Гуибо», или жестких полукарданных валов, и остановимся на двух типах приводных валов, которые составляют абсолютное большинство используемых в промышленности.
Общее устройство кардана на крестовинах
- Фланцы вилки. Самые крайние части карданного вала. Одна сторона (фланцы) прикреплена к узлам, между которыми передается крутящий момент. Другая сторона (вилка) соединена с поперечинами.
- Крест. Это буквально металлические кресты, на четырех концах которых имеются игольчатые подшипники. Подшипники вставляются в соответствующие отверстия в вилках: одна пара подшипников каждой крестовины вставляется во фланец вилки, другая пара — в вилку карданной трубки.
- Трубка карданного вала. Он всегда состоит из двух частей, имеющих осевую свободу перемещения относительно друг друга за счет шлицов. Это необходимо для компенсации изменения расстояния между агрегатами во время работы. Например, при движении по неровной поверхности расстояние между фланцами раздаточной коробки и мостом постоянно меняется из-за движений подрессоренного моста. На конце каждой секции трубки приводного вала имеется вилка.
Фото: Шаттерсток
Общее устройство кардана на ШРУСах
Конструкция приводного вала ШРУСа практически идентична обычному приводу ШРУСа.
- Внешний шарнирный корпус. Они играют роль вилочных фланцев для своего классического аналога и жестко прикреплены к валам ведущего и ведомого агрегатов. В одном из случаев внутренняя часть шарнира имеет осевую свободу перемещения – это аналог шлицевого соединения кардана на крестовинах.
- Сепаратор с шариками и зажимами. Все вместе это образует подвижный шарнир. Здесь можно провести аналогию с поперечинами классического подвеса.
- Трубка. Внутренняя часть подвеса. Поскольку изменение общей длины оси реализовано за счет подвижности в одном из корпусов ШРУСа, трубка выполнена из единого жесткого элемента.
Неисправности карданного вала
Стоит сказать несколько слов об основных признаках неисправности карданного вала и их причинах.
Вибрация. Причинами вибраций кардана может быть следующее.
- Дисбаланс приводного вала. Типичное последствие ремонта устройства или его восстановления без последующей балансировки на стенде.
- Износ крестовин, деталей петель или шлицевых соединений.
- Заклинивание из-за отсутствия смазки в парах трения. Актуально как для поперечных/петлевых, так и для шлицевых соединений труб.
Щелкающие звуки. Часто схожи с обычным ударом металлом по металлу (по сути, так и есть).
Этому способствуют следующие факторы.
- Износ соединений, шарниров или шлицев оси. Здесь все то же самое, что и с вибрацией. Не исключено, что во время движения могут сочетаться толчки и вибрации.
- Самозавинчивание болтов крепления фланцев карданов к агрегатам трансмиссии.
Фото: Шаттерсток
Также износ деталей трансмиссии может проявляться в виде всевозможных скрипов и визгов. Стоит помнить, что в последнем случае причиной звуков кардана может быть не сам вал, а его подшипник подвески (если он есть).
Как проверить состояние карданного вала — рекомендации экспертов
Как самостоятельно определить, что требуется ремонт или замена?
Роман Тимашов, директор сервиса «Автодом Алтуфьево»:
«Определить работоспособность карданного вала можно самостоятельно. Триггером для проверки может служить то, что при трогании автомобиля слышны щелкающие звуки. С увеличением скорости характерный шум подшипника увеличивается (подшипник подвесного мотора должен виноват).При движении по трассе появляются вибрации по всему кузову автомобиля.При наличии одного из признаков рекомендуется осмотреть автомобиль на подъемнике.Что ищем: разъемы на наличие трещин, изломов, признаков износа. Проверяем люфт в крестовинах. Оцениваем сальники на предмет течей, масла и смазки. Ставим машину на нейтраль и вращаем ось, оцениваем плавность вращения.»
Есть ли возможность починить карданный вал вместо замены его целиком?
Вадим Стрельбицкий, директор ремонтно-механического цеха «Авилон КИА»:
«Да, в большинстве случаев полная замена конструкции не требуется. Если говорить о возможных ремонтных ситуациях, то специалисты сервисного центра могут, например, заменить крестовину карданного вала (если проблема именно в этом), отремонтировать сальники и муфт (тем самым устраняя утечку смазки или износ), отбалансируйте приводной вал (если возникали вибрации, обнаруженные при осмотре) и т д. Но в некоторых случаях повреждение механизма может быть слишком серьезным, и тогда необходима полная замена приводной вал будет необходим».
Можно ли временно снять карданный вал на полноприводном автомобиле и ездить без него (до замены узла на новый)?
Вадим Стрельбицкий:
«Да, иногда это технически возможно сделать в случае с полноприводными моделями. Однако ездить без приводного вала я не рекомендую, т к этот механизм (особенно его отсутствие) напрямую влияет на безопасность дорожного движения. Если такое решение все же было принято, в данной ситуации необходимо учитывать следующие моменты.
Во-первых, автовладелец должен проявлять осторожность, так как отсутствие карданного вала может повлиять на балансировку и устойчивость автомобиля. Это особенно критично, если он используется на высоких скоростях и на неровных поверхностях. Во-вторых, отсутствие приводного вала может негативно сказаться на техническом состоянии коробки передач и других узлов».
В некоторых случаях владелец может самостоятельно диагностировать и даже устранить проблему, заменив изношенные детали. Однако после ремонта любой степени сложности настоятельно рекомендуется доставить композитный карданный вал на балансировку в специализированный сервисный центр.
- Хотите связаться со мной?
