Карданный вал в автомобиле¶
Карданный вал (кардан) — элемент трансмиссии автомобиля, служащий для передачи вращающего момента между валами, расположенными под углом друг к другу и меняющим его величину в процессе работы. Применяется преимущественно в заднеприводных и полноприводных автомобилях для соединения коробки передач (или раздаточной коробки) с ведущим мостом.
¶История
Принцип шарнирной передачи вращения предложен итальянским математиком и инженером Джероламо Кардано в XVI веке, однако конструктивно шарнир был реализован позднее — английским инженером Ричардом Робертсом в 1844 году. В автомобилестроении карданный шарнир впервые применил Альфред Хичкок в 1902 году для привода ведущего моста. В России первые карданные передачи появились на автомобилях Руссо-Балт начала XX века.
¶Устройство
Классическая карданная передача состоит из следующих элементов:
- Валы — промежуточный и конечный, соединённые шарнирами;
- Карданные шарниры — обеспечивают передачу момента при изменяющемся угле между валами;
- Крестовины — крестообразные элементы шарниров, на концах которых установлены игольчатые подшипники;
- Шлицевое соединение — компенсирует изменение длины вала при работе подвески;
- Фланцы — элементы крепления к коробке передач и ведущему мосту.
Основной карданный шарнир классической конструкции состоит из крестовины и четырёх вилок: две из них являются частью вилок валов, две — частью крестовины. На концах крестовины установлены игольчатые подшипники, закреплённые стопорными кольцами или пружинными зажимами.
¶Виды карданных шарниров
| Тип | Особенности | Применение |
|---|---|---|
| Шарнир Рцеппа | Два шариковых подшипника вместо крестовины, снижение вибраций | Легковые автомобили |
| Шарнир Бирфильда | Аналог Рцеппа, повышенная нагрузочная способность | Грузовые автомобили |
| Шарнир Трипод | Три роликовых подшипника, допускает осевое смещение | Приводы передних колёс |
| Классический шарнир на крестовине | Простая конструкция, ремонтопригодность | Грузовой транспорт, ведущие мосты |
| Шарнир с упругой муфтой | Компенсация вибраций за счёт резиновых элементов | Раздаточные коробки |
¶Принцип работы
Карданный шарнир классической конструкции при передаче момента под углом приводит к неравномерности вращения: угловая скорость ведомого вала меняется дважды за оборот. Для компенсации этого эффекта применяют пару шарниров с симметричным расположением относительно промежуточного вала, что обеспечивает равномерное вращение. При больших углах (более 3°) применяют шарниры Шарно, допускающие работу под углами до 45°.
¶Неисправности и обслуживание
Основные признаки неисправности карданного вала:
- Стук при трогании с места или переключении передач;
- Вибрация на определённых скоростях;
- Посторонний шум при движении.
Наиболее частые неисправности — износ игольчатых подшипников крестовин, биение вала, разрушение эластичной муфты, износ шлицевого соединения. Для продления срока службы шарниры необходимо своевременно смазывать через пресс-маслёнки, а при появлении люфта — заменять крестовины в сборе с подшипниками.
¶Применение
Карданные валы устанавливаются на заднеприводных автомобилях (ВАЗ-2101—2107, ГАЗель, УАЗ) для передачи момента от коробки передач к заднему мосту. В полноприводных автомобилях карданы соединяют раздаточную коробку с передним и задним ведущими мостами. В переднеприводных автомобилях карданные валы отсутствуют — функцию передачи момента выполняют приводные валы со шарнирами равных угловых скоростей (ШРУСы).
Исторические примеры карданных валов в отечественном автомобилестроении — валы автомобилей ЗИС-101, ЗИЛ-130, КамАЗ-5320, где применялась классическая конструкция с крестовинами и промежуточной опорой.
Исторические источники: «Автомобильные карданные валы», под ред. А. С. Литвинова; «Конструкция автомобиля», В. А. Бендеров и др.