Сама идея шарнира равных угловых скоростей (ШРУС) известна очень давно. Но особой необходимости применять их в автомобиле не было, а сложность шарниров означала высокую цену. Изменить ситуацию смог лишь массовый перевод серийных автомобилей широкого применения на передний привод.
Преимущества подобной компоновки легко окупали любые мыслимые затраты на внедрение ШРУС в автопромышленности в серьёзных масштабах, а это практически весь существующий рынок легковых автомобилей, кроссоверов и даже лёгких грузовиков.
Зачем в машине нужен ШРУС
Передний привод и поперечное расположение двигателя совершили революцию в автомобилестроении. Можно долго спорить о преимуществах и недостатках различных схем привода для водителей и дорог, но с точки зрения производителей такое сочетание стало безусловным благом:
- компоновка машины обрела дополнительную свободу для конструктора за счёт чёткой локализации силового агрегата и трансмиссии;
- моноблок из двигателя, коробки передач и ведущего редуктора с дифференциалом максимально компактен, обладает хорошей жёсткостью и минимальной массой;
- снимается много проблем, связанных с вибронагруженностью трансмиссии;
- у кузова можно сделать ровный пол, без тоннеля под карданный вал к заднему мосту;
- отсутствие редуктора ведущего заднего моста и полуосей позволяет более плотно упаковать подвеску, обеспечив объёмный и глубокий отсек под багаж;
- пространство для задних пассажиров увеличилось;
- топливные баки стали наращивать объём без ущерба для багажника;
- высвободилось дополнительное место под запасное колесо, а при его отсутствии отсек можно было использовать как добавочный багажный органайзер;
- кажущаяся устойчивость переднеприводной машины на дороге обеспечила прекрасный рекламный эффект, навсегда замаскировавший истинные причины появления массового переднего привода.
При таком количестве влияющих факторов решение проблемы передачи крутящего момента на управляемые колёса стало делом техники. Начали появляться поначалу не очень совершенные, а затем и современные шарнирные валы переднего привода.
Качество поднималось, а цена снижалась, в результате сейчас аналогичные конструкции используются и в заднем приводе, что позволяет значительно усовершенствовать заднюю подвеску.
Устройство шарнира равных угловых скоростей
Положение силового агрегата относительно кузова практически неизменно. Небольшие отклонения за счёт упругости подушек можно в счёт не принимать, а вот ответная часть — ступица ведущего, да ещё при этом и управляемого колеса, испытывает целый ряд перемещений.
Читайте также: Что такое вискомуфта, принцип работы, устройство и проверка
Приводной вал состоит из металлического стержня, сплошного или полого внутри, заканчивающегося шлицевыми соединениями, на которые надеты два шарнира. Каждый из них должен обладать качеством равномерной передачи вращения в расчётном диапазоне углов изгиба вала в целом.
Это и отражено в названии, угловая скорость не должна меняться даже в пределах одного оборота, иначе возникнут колебания момента и вибрации. Оба ШРУС неодинаковы, каждый разработан под специфические функции.
Внутренний
Внутренним считается тот, что расположен со стороны выхода трансмиссии, обычно это коробка передач, внутри которой размещён дифференциал. Внутренний ШРУС своим выступающим шлицованным валом вставляется в одну из полуосевых шестерён дифференциала. Здесь же расположена проточка, по которой работает уплотняющий сальник, герметизирующий масляный картер коробки.
Устроен этот шарнир может быть различными способами, поскольку требования по максимальному углу отклонения вала привода по отношению к оси дифференциала небольшие (обычно это несколько градусов).
За счёт длины привода большой ход колеса вызывает небольшое угловое отклонение вала, хотя на некоторых машинах, например, если коробка обладает значительными размерами или рядом расположен угловой редуктор отбора мощности на задний мост, ставится удлинительный вал, а привод укорачивается. Тогда требования к углам работы внутренних ШРУС ужесточаются.
По теме: Что такое дифференциал (принцип работы, устройство и виды блокировок)
Отличительной особенностью внутреннего шарнира стала возможность за счёт его внутренних перемещений компенсировать изменение длины всего привода. Поскольку он являет собой гипотенузу треугольника, одним из катетов которого будет ход подвески, то при изменении этого хода длину вала также надо менять.
Это учитывается в конструкции внутреннего ШРУС. Реально на автомобилях можно встретить шариковый или трипоидный шарнир.
Наружный
От наружного изменение длины не требуется, зато его диапазон углов работы значительно шире. Это связано с обеспечением максимального угла поворота колеса, определяющего манёвренность автомобиля в стеснённых условиях.
Современные шарниры настолько совершенны, что переднеприводные машины уже практически превзошли показатели старых заднеприводных автомобилей, где шарниров не было вовсе, а угол поворота ограничивался компоновкой колёсных арок.
Именно по этой причине трипоид здесь никогда не применяется. На больших углах он не является ШРУС, создавая непреодолимые вибрации. Почти везде установлены шестишариковые шарниры, лишь на некоторых тяжёлых вездеходах ставятся кулачковые или карданные ШРУС.
Виды и виды конструкций
Вполне возможно создать универсальный шарнир, который перекроет все потребности. Но вопрос цены и прочности иногда заставляет применять компромиссные решения, которые с точки зрения чистой техники несовершенны.
Кулачковые
Такие шарниры состоят из двух фигурных вилок, входящих одна в другую, между которыми расположены вкладыши и диск, передающие вращение без рывков под значительными углами.
При всей примитивности шарнира выполняется он достаточно точно, способен передавать значительные моменты при компактности конструкции, прочен и надёжен. Но потери в нём высоки, что превращается в проблему на высоких скоростях. Поэтому используются кулачковые ШРУС только на тяжёлой тихоходной технике.
Трипоидные
Имеют трёхшиповую конструкцию, а на каждый шип надет игольчатый подшипник со сферической наружной обоймой. Эти обоймы скользят по направляющим канавкам, выполненным изнутри наружного корпуса ШРУС.
Очень прочны, долговечны, терпимы к качеству смазки, но плохо работают при больших отклонениях вала, вызывая вибрации. Поэтому используются обычно на легковых машинах с небольшими ходами подвесок в качестве внутренних ШРУС.
Шариковые
Наиболее распространённые и совершенные конструкции. Шестишариковый ШРУС можно встретить практически на каждом автомобиле, имеющем передний привод, в качестве наружного шарнира.
Шарнир состоит из:
- корпуса, играющего роль наружной обоймы, в которое нарезаны направляющие для связывающих шарнир стальных шариков;
- внутренней обоймы, также обладающей пазами под шарики;
- сепаратора, ограничивающего лишнюю подвижность шариков;
- чехла-пыльника, играющего большую роль в сохранении смазки, чистоте и долговечности всего устройства.
Шарнир прекрасно работает на любых скоростях, имеет высокий КПД и достаточно долговечен. Из недостатков только высокая цена, обусловленная качественными материалами и точностью изготовления.
Карданные
ШРУС на основе карданного шарнира может считаться таковым только если в нём применены две крестовины, развёрнутые относительно друг друга на прямой угол. Тогда неравномерность вращения одной компенсируется работающей в паре.
Конструкция громоздкая, тем не менее часто применялась из-за своей прочности, неприхотливости и ремонтопригодности. В основном на внедорожниках.
Возможные неисправности шарнира
Почти всегда проблемы со ШРУС связаны с нарушением условий смазки. Заложена она туда на весь срок службы, но только при условии сохранения герметичности чехла, а именно он и является слабым местом шарнира.
Пыльник открыт всем дорожным неприятностям, может быть повреждён или просто дать трещину из-за состарившегося материала. Моментально в шарнир попадёт пыль, вода, смазка превратится в ржавую грязь, а точно выполненные шарики и канавки потеряют свою идеальную форму. Ремонту такой шарнир уже не подлежит.
Возможны и поломки из-за перегруза. Шарниры очень не любят резких ускорений при максимальных углах работы. Особенно если ШРУС уже поработал и приработался под определённые условия. Получив такую экстремальную нагрузку, он начнёт подклинивать, скорее всего лопнет стальной закалённый сепаратор, шарики обретут свободу и ШРУС разрушится.
Естественный износ тоже наступает, но очень нескоро. Если следить за состоянием чехлов и сохранностью смазки, а ещё лучше иногда её менять вместе с пыльником, промывая узел, то ресурс тут будет сравним с двигателем или коробкой передач.
Что будет, если не менять неисправный ШРУС
При работе изношенный или повреждённый шарнир будет издавать характерный хруст, переходящий в звонкие стуки при разгоне в повороте или прохождении его на высокой скорости с креном автомобиля.
Это означает, что шарики подклинивают и испытывают пиковые разрушающие нагрузки. Закончится это поломкой и отказом передавать момент на колесо, как говорят, привод срезан.
Момент очень опасный, поскольку произойти это может в повороте, где тяга критически важна, да и оторвавшийся вал привода способен создать большие неприятности, а выскочивший внутренний шарнир лишит коробку герметичности, и она потеряет масло. Без эвакуатора автомобиль передвигаться не сможет.
