Возможные неисправности карданной передачи

Характерной неисправностью карданной передачи является биение (вибрация) карданного вала, которое сопровождается ускоренным износом деталей передачи. Вибрация карданного вала обычно проявляется гулом и шумом, усиливающимися с повышением скорости движения автомобиля. Чаще всего вибрация является следствием нарушения балансировки карданных валов, что может быть, вызвано большим износом карданных шарниров и шлицевых соединений, деформацией вала (прогибами и вмятинами), потерей балансировочных пластин, неправильной установкой деталей после разборки соединений карданной передачи.

Ослабление креплений вилок приводит к появлению зазоров в соединениях их фланцев, разработке отверстий во фланцах и поломке болтов их крепления.

При появлении значительных бокового и торцевого люфтов крестовины в подшипниках изношенные детали (крестовина, подшипники со стаканом) заменяются. При больших износах в шлицевом соединении вала и подвижной вилки, что определяется по значительному люфту в соединении, карданный вал заменяется.

Назначение, устройство и принцип работы ШРУС ведущих мостов.

Шарнир равных угловых скоростей (сокращённо ШРУС) обеспечивает передачу крутящего момента при углах поворота до 70 градусов относительно оси.

Используется в системах привода управляемых колёс легковых автомобилей с независимой подвеской и, реже, задних колёс.

Типы шарниров равных угловых скоростей

Существуют различные конструкции ШРУСов. Различают обычно:

• Шариковые («Бендикс-Вейс»,«Рцеппа»,«Бирфильд») — наиболее распространены сегодня, первые варианты были разработаны в 1920-е годы;

• Триподные (типа «Tripod») — часто используются как внутренние, допускают бо́льшие осевые перемещения, но при этом — нелинейное изменение скорости при вращении под углом;

• Сухариковые — были разработаны французом Грегуаром и запатентованы как «Тракта» в начале 1920-х, в наше время применяются в основном на грузовиках;

Спаренный кардан

• Спаренные карданные — представляют собой состыкованные друг с другом два карданных шарнира, которые взаимно компенсируют неравномерность вращения друг друга; применялись редко, например, на ряде американских автомобилей двадцатых годов, вроде Miller 91 или Cord L29, а также французских «Панарах» пятидесятых-шестидесятых годов.

Наиболее распространённый сегодня шариковый ШРУС состоит из шести шариков, внешнего и внутреннего колец с прорезями под шарики, которые соединяются с приводным валом шлицевым соединением, и сепаратора, удерживающего шарики.

Эта система не терпит грязи и становится более хрупкой при больших углах поворота.

Карданные шарниры неравных угловых скоростей. Карданные шарниры неравных угловых скоростей при­меняются в карданных передачах для передачи крутящего момента от ко­робки передач (раздаточной коробки) на главную передачу ведущего моста под постоянно изменяющимся углом. Карданный шарнир неравных угловых скоростей отличается тем, что при равномерном вращении ведущего вала скорость ведомого вала посто­янно изменяется. За один оборот карданного вала ведомая вилка при вра­щении дважды обгоняет ведущую и дважды отстает от нее. Вследствие не­равномерности возникают дополнительные нагрузки на детали механизмов ведущего моста, увеличивая интенсивность изнашивания. Чтобы устранить неравномерность вращения ведомой части, устанавливают несколько кар­данных шарниров. Для компенсации осевых удлинений используют шлицевое соединение одной из вилок карданного шарнира с валом. Промежуточная опора снижает вибрацию и пре­дотвращает возникновение нагрузок в промежуточном валу, которые воз­никают из-за неточности монтажа опоры и деформации рамы. Шарниры равных угловых скоростей применяются для передачи крутящего момента от дифференциала на ведущие управляемые колеса. При соединении валов шарнирами равных угловых скоростей ведо­мый вал вращается равномерно с постоянной угловой скоростью, соответ­ствующей угловой скорости ведущего вала. Чаще применяют шариковые, кулачковые и трехшиповые шарниры.

Шариковый шарнир равных угловых скоростей (шарнир Вейса) состоит из следующих элементов: • ведущего вала со шлицами, входящими в зацепление с полуосевым зубчатым колесом дифференциала и вилкой с делительными канав­ками; • ведомого вала со шлицами, входящими в зацепление с ведущим фланцем ступицы колеса и вилкой с делительными канавками; • четырех ведущих шариков, расположенных в делительных канавках вилок; • центрирующего шарика вилок, помещенного в сферические углубле­ния на торцах вилок. Центрирующий шарик имеет лыску, которая располагается при сборке против вставленного ведущего шарика. Шарик стопорят шпилькой, распо­ложенной в осевом канале ведомой вилки, одним концом входящей в отвер­стие центрирующего шарика, таким образом запирая собранный карданный шарнир. Делительные канавки имеют специальную форму, при которой ве­дущие шарики независимо от угловых перемещений вилок всегда располага­ются в плоскости, делящей пополам угол (биссекторная плоскость) между осями ведущей и ведомой вилок. Благодаря этому обе вилки имеют одина­ковую частоту вращения. Предельный угол между осями валов 32—33° Шариковый шарнир равных угловых скоростей (шарнир Рцеппа) состоит из двух кулаков: внутреннего, связанного с ведущим валом, и наружного, связанного с ведомым валом. В обоих кулаках имеется по шесть тороидных канавок, расположенных в плоскостях, проходящих через оси валов. В ка­навках находятся шарики, положение которых задается сепаратором, взаи­модействующим с валами через делительный рычажок. Один конец рычаж­ка поджимается пружиной к гнезду внутреннего кулака, другой скользит в цилиндрическом отверстии ведомого вала. При изменении относительного положения валов рычажок наклоняется и поворачивает сепаратор, который в свою очередь, изменяя положение шариков, обеспечивает их расположе­ние в бисекторной плоскости. В данном шарнире крутящий момент переда­ется через все шесть шариков. Предельный угол между осями валов 35—38° Шариковый шарнир Рцеппа без делительного рычажка. Ус­тановка шариков в бисекторную плоскость происходит благодаря эксцен­тричности сфер, в которых располагаются оси тороидальных канавок кула­ков. Центры сфер, в которых лежат оси канавок наружного (ведомого) и внутреннего (ведущего) кулаков, расположены так, что при повороте оси ведомого вала по часовой стрелке верхний шарик выталкивается из сужаю­щегося пространства между кулаками, а нижний с помощью сепаратора перемещается в увеличивающееся пространство с другой стороны шарни­ра. Остальные шарики занимают промежуточное положение. Работа дан­ного шарнира подобна работе шарнира Рцеппа, имеющего делительный рычажок, однако характеризуется менее точной кинематикой. Простота и надежность конструкций, высокая несущая способность при небольших габаритных размерах способствуют их широкому применению на передне­приводных автомобилях. Кулачково-дисковый шарнир равных угловых скоростей (шарнир Тракта) состоит из связанных с ведущим и ведомым валами полуци­линдрических вилок и вставленных в них цилиндрических кулаков, в пазы которых входит диск, передающий крутящий момент от ведущей вилки к ве­домой. Максимальное значение угла между валами до 45° Большая контакт­ная поверхность деталей, воспринимающая усилия, и высокая несущая спо­собность обуславливают их применение на тяжелых грузовых автомобилях. Трехшиповые шарниры. В трехшиповом шарнире крутящий момент от ведущего вала передают три сферических ролика, которые установлены на радиальных шипах, жестко связанных с корпусом шарнира ведомого вала. Шипы относительно друг друга располагаются под углом 120° Ведущий вал имеет трехпальцевую вилку, в цилиндрические пазы которой входят ролики. При передаче момента между несоосными валами ролики перека­тываются со скольжением вдоль пазов и одновременно скользят в радиаль­ном направлении относительно шипов. Предельный угол между осями ва­лов до 40° Особенностью данного шарнира является то, что в отличие от шариковых шарниров передача момента от ведущих элементов на ведомые происходит не в бисекторной плоскости, а в полости, проходящей через оси шипов. Равенство частот вращения ведущего и ведомого валов обеспе­чивается при любом взаиморасположении их осей.

Обычный карданный шарнир имеет две вилки и крестовину. Вилки могут покачиваться относительно шипов крестовины, что дает возможность передавать крутящий момент от одного вала к другому при угловом несовпадении их осей.

Рис.3. Кинематика карданного шарнира неравных угловых скоростей.

Полукарданные шарниры

Упругий полукарданный шарнир допускает передачу крутящего момента от одного вала к другому, расположенному под некоторым углом, благодаря деформации упругого звена, связывающего оба вала. Упругое звено выполнено из резинотканевого или резинового материала (рис. 6-а), усиленное стальным тросом. Достоинствами полукарданного шарнира являются: снижение динамических нагрузок в трансмиссии при резких изменениях частоты вращения (например, при резком включении сцепления); отсутствие необходимости обслуживания в процессе эксплуатации. Благодаря эластичности такой шарнир допускает небольшое осевое перемещение карданного вала. Упругий полукарданный шарнир должен центрироваться, иначе балансировка карданного вала может нарушиться.

В качестве примера применения упругого карданного шарнира на рис. 6-б приведена карданная передача автомобиля ВАЗ-2105. Здесь упругий полукарданиый шарнир установлен на переднем конце промежуточного карданного вала. Упругое шестигранное звено (резиновая муфта) имеет шесть отверстий (рис. 6-а), внутри которых привулканизированы металлические вкладыши.

Рис.6-а. . Упругое звено (резиновая муфта) полукарданного шарнира.

Рис.6-б. Карданная передача автомобиля ВАЗ-2105.

Резиновое звено перед установкой на болты фланцев предварительно стянуто по периферии металлическим хомутом, без чего отверстия в муфте не совпадут с болтами (после сборки хомут снимается). Таким образом, резиновое звено получает предварительное напряжение. Резина работает лучше на сжатие, чем на растяжение, поэтому данное мероприятие снижает напряжение растяжения при передаче через шарнир крутящего момента.

Жесткий полукарданный шарнир, представляющий собой соединение, компенсирующее неточность монтажа, в настоящее время на автомобилях применяется крайне редко. Причиной этого являются недостатки, присущие такому шарниру: быстрое изнашивание, трудоемкость изготовления, шум при работе.