В повседневной речи владельцев автомобилей с пробегом, встречаются два термина на одну тему: кардан и крестовина. К этому стоит добавить понятия карданного шарнира, вала и передачи, что позволит полностью прояснить всё, что связано в машине с доставкой вращения от одного узла к другому в определённых условиях.
Зачем в машине нужен карданный вал
В простой конструктивной ситуации крутящий момент может быть обеспечен различными видами передач – ременной, шестерёнчатой, цепной и многими другими, вплоть до электричества и гидравлики. Одну из них практически в каждом автомобиле применяют для передачи вращения под углом, отличающимся от нуля или 90 градусов.
Далеко не все элементы автомобиля связаны друг с другом жёстко, а значит потребуется соединение, гибкое с точки зрения механики, хотя обычно оно состоит из вполне твёрдых деталей. Например, валов, откуда и пошло название карданного вала.
В данном случае вал соединяет между собой карданные шарниры, образуя вместе с ними функционально законченную карданную передачу.
Но потребитель не обязан знать все терминологические нюансы. Для него вся тема, кардан и передача — это карданный вал, а шарнир ограничивается крестовиной.
Если же карданная передача устроена сложнее, работает плавно и без вибраций, то её называют как угодно, только не упоминая про кардан.
Например, привода передних колёс в легковых автомобилях. Теоретически это тоже карданные передачи.
Предназначение карданной передачи
Основное и самое первое появление карданных валов с шарнирами в автомобиле связано с передачей момента от вторичного вала коробки передач к заднему мосту на машинах классической заднеприводной компоновки.
Балка моста там подвешена на рессорах, позже пружинах и перемещается относительно кузова на значительные расстояния.
Изменяется тут всё:
- угол работы в вертикальной плоскости, если соединить прямой линией хвостовики вторичного вала коробки и ведущей шестерни редуктора моста, то при ходах подвески на неровностях будет видно, как меняется наклон этой прямой к горизонтали;
- угол в горизонтальной плоскости из-за упругости направляющего аппарата задней подвески и мягких подушек силового агрегата;
- длина карданного вала с шарнирами.
Значительная длина передачи на некоторых автомобилях заставляет использовать довольно сложные валы с несколькими шарнирами, причём разного типа.
Устройство
Передача состоит из нескольких структурных единиц:
- карданных шарниров, простых крестовин и более сложных, функционально совершенных или дешёвых эластичных;
- жёстких трубчатых валов, соединяющих шарниры;
- дополнительных креплений в виде подвесных подшипников и муфт;
- шлицевых соединений, компенсирующих изменение длины.
У простых валов имеются врождённые недостатки в виде вибронагруженности и неравномерности вращения.
Виды
Расчёт карданной передачи производится при компоновке автомобиля, после чего выбираются конкретные технические решения по шарнирам и подвесам.
Асинхронные
Шарнир, обеспечивающий изменение угла в двух плоскостях, называют асинхронным, поскольку в нём теоретически невозможно получить равенство мгновенных угловых скоростей и крутящих моментов при любых углах поворота вала.
Причём чем больше угол наклона в шарнире, тем этот неприятный эффект сильнее проявляется в виде вибраций при движении.
Некоторая компенсация неравномерности обеспечивается использованием двух крестовин, по одной на каждом конце вала, развёрнутых относительно друг друга на 90 градусов. Но полностью устранить проблему это не позволяет, поскольку параллельность осей входного и выходного хвостовиков (фланцев) соблюсти невозможно.
Синхронные
Синхронный шарнир иначе называется шарниром равных угловых скоростей (ШРУС). Они обычно имеют конструкцию в виде нескольких шариков, перемещающихся между внутренней и наружной обоймами шарнира по точно рассчитанной траектории, обеспечивающей равенство момента и плавность работы при больших углах.
Такая передача работает без вибраций, но обходится значительно дороже, являясь узлом точной механики.
Гибкая и жесткая полукарданная передача
Иногда целесообразно не использовать крестовину или ШРУС, поскольку угол отклонения оси незначителен, а применить эластичную резиновую муфту, компенсирующую отклонение за счёт внутреннего перемещения слоёв.
Помимо дешевизны такой шарнир отличается бесшумностью работы, сглаживанием крутильных колебаний и не требует смазки. Поэтому муфты можно встретить даже на дорогих автомобилях, где фактор цены не так важен.
Основные неполадки кардана
В карданной передаче изнашивается при работе всё, кроме валов. Как крестовины, так и ШРУС, подобны по своему строению подшипникам качения, поэтому ход износа очень похож.
Это усталостные явления в материале тел качения, истирание канавок, коррозия. Шарниры требовательны к смазке, что не всегда удаётся обеспечить на долгий срок службы.
Аналогично страдают и шлицевые соединения. Эластичные муфты выходят из строя по мере старения материала, усталостного или от времени.
Утечка масла
Смазываются шарниры обычно консистентной смазкой, характеристики которой индивидуальны для игольчатых подшипников крестовин, шариков ШРУС или трения скольжения шлицов.
Читайте также: Что такое раскоксовка двигателя и как ее сделать своими руками
Все эти узлы стараются защитить чехлами и сальниками, но в сложных условиях работы под днищем машины это помогает лишь временно. Смазка вытекает из-за разогрева или вымывается попавшей водой. После чего износ шарнира приобретает критическую скорость.
Вибрация при разгоне и стуки в КПП
Проявление износа носит на первых порах чисто акустический характер, по которому и диагностируется карданная передача.
Скрип во время ускорения
Самое известное проявление износа крестовин – это скрип, начинающийся сразу после старта с места и усиливающийся при наборе скорости.
Момент в таких условиях максимален, поэтому ржавые иголки в чашке крестовины нагреваются, вибрируют и издают скрип. Характерно, что это происходит в такт вращению кардана, а не колёс, скорости тут различаются в несколько раз из-за передаточного числа редуктора моста.
Проблемы с подвесным подшипником
Промежуточный подвес составного кардана реализуется в виде обычного подшипника качения, заключённого в упругую резиновую муфту, прикреплённую к кузову или раме металлической оболочкой с кронштейном.
Подшипник используется закрытого типа с резинометаллическими защитными кольцами и пожизненным запасом смазки. Но полной герметичности нет, смазка стареет и вымывается, корродирующий подшипник выходит из строя. Проявляется это обычно гулом и воем.
Если же разорвана эластичная муфта подвесного подшипника, то карданный вал получает свободу в поперечном направлении, начинаются сильнейшие стуки и вибрации. Ситуация опасна, поскольку чревата разрушением вала в сборе с непредсказуемыми последствиями.
Замена крестовины карданного вала
Чтобы заменить крестовину надо обладать определённым навыком. К тому же есть опасность, что весь вал будет разбалансирован при малейшем смещении чашек крестовины относительно вилок вала.
Лучше довериться специалистам. К тому же изготовители автомобилей стараются операцию замены крестовин вообще не предусматривать, только вал в сборе, что очень дорого.
Но если производить эту операцию самостоятельно, то надо учесть несколько особенностей:
- надо точно пометить положение всех составных частей, стараясь максимально сохранить балансировку, когда начнутся вибрации, придётся потратиться на специалистов с балансировочным станком;
- потребуется пресс и оправки нужного калибра, только очень опытные мастера способны правильно выполнить работу молотком, нанося строго нормированные удары;
- во время работы надо следить за сохранностью сальников, которые легко повредить;
- очень желательно иметь возможность регулировать натяг чашек в вилках, для чего располагать стопорными кольцами нескольких размеров;
- ремонтные крестовины могут иметь иную конструкцию стопорения, если нет возможности её правильно обеспечить, лучше обратиться на СТО, разрушение шарнира при движении – опасная ситуация.
Конструкции карданов совершенствуются, и сейчас далеко не все из них допускают самостоятельную замену крестовин.
Обслуживание
Крестовины в некоторых валах предусматривают смену смазки через пресс-маслёнки. Для нагнетания используется шприц, нагнетающий смазку под давлением.
Сама смазка должна быть именно предназначенной для крестовин, универсальные составы здесь работают плохо. То же касается и смазывания шлицевых соединений.
Операции обслуживания лучше проводить после каждого попадания в тяжёлые дорожные условия, когда на шарнир попадает жидкая грязь и вода. Шприцевать шарнир надо до начала выхода из-под сальников всех четырёх чашек чистой нагнетаемой смазки.
