Карданная передача

Карданная передача

1.

Введение

Карданная передача— конструкция, передающая крутящий момент между валами, пересекающимися в центре карданной передачи и имеющими возможность взаимного углового перемещения. Широко используется в различных областях человеческой деятельности, когда трудно обеспечить соосность вращающихся элементов. Подобные функции может выполнять также зубчатая муфта.

Название передача получила от имени Джероламо Кардано, который описал её в XVIв. (но, скорее всего, не изобретал).

В автомобиле карданный вал служит для передачи крутящего момента от коробки передач (раздаточной коробки) к ведущим мостам в случае классической или полноприводной компоновки. Также используется в травмобезопасной рулевой колонке для соединения рулевого вала и рулевого исполнительного механизма (рулевого редуктора или рулевой рейки).

Карданная передача имеет существенный недостаток— несинхронность вращения валов (если один вал вращается равномерно, то другой— нет), увеличивающуюся при увеличении угла между валами. Это исключает возможность применения карданной передачи во многих устройствах, например, в трансмиссии переднеприводных автомобилей. Отчасти этот недостаток может быть скомпенсирован использованием на одном валу парных шарниров, повёрнутых на четверть оборота друг относительно друга. Однако там, где требуется синхронность, как правило, используется не карданная передача, а шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) — более совершенная, однако и более сложная конструкция того же назначения.

Ведущие мосты автомобиля устанавливаются на раме или на кузове автомобиля с помощью упругих элементов подвески и во время движения мосты изменяют свое положение относительно мест крепления. Чтобы передать крутящий момент в таких условиях от коробки передач к ведущему мосту, применяют карданные передачи. Их используют и в приводе к передним управляемым и ведущим колесам. Карданная передача к ведущему мосту состоит из карданного вала, шарниров и промежуточной опоры. Карданные шарниры обеспечивают передачу крутящего момента между валами, оси которых пересекаются под изменяющимися углами. В трансмиссии автомобилей применяют жесткие карданные шарниры неравных и равных угловых скоростей.

2.Устройство и принцип работы Коробка передач через картер сцепления связана с двигателем и по отношению к кузову автомобиля занимает определенное неподвижное положение. Задний же мост, в котором смонтирована главная передача, подвешен к раме или кузову автомобиля при помощи листовых рессор или пружин. При прогибе рессор задний мост изменяет свое положение, поэтому соединять коробку передач и задний мост между собой жестко нельзя. Для передачи крутящего момента от ведомого вала коробки передач ведущему валу главной передачи под изменяющемся углом и служит карданная передача.

К карданной передаче относятся валы, шлицевая втулка, карданные шарниры и промежуточная опора с подшипником. Валы карданной передачи изготовлены из тонкостенных стальных труб.

Устройство кардана и принцип работы карданной передачи показаны на рис. 1. На крестовину кардана ставят проушинами две вилки: одна является частью трубы карданного вала, другая частью фланца. После этого в проушинах размещают игольчатые подшипники в обоймах. Они охватывают шейки крестовины и закрепляются в проушинах стальными стопорными кольцами. При наличии таких карданов передача способна передавать вращение под различными, изменяющимися при движении автомобиля углами.

Рис. 1. Карданная передача, главная передача и дифференциал Такая передача из-за большой длины карданного вала часто вибрирует. Кроме того, пол кузова некоторых легковых автомобилей имеет арку для карданного вала, а это создает неудобства для пассажиров. Поэтому на легковые автомобили стали ставить карданную передачу с укороченным карданным валом. Коробка же передач осталась на своем месте. Получился разрыв между ведомым валом коробки передач и передним фланцем карданной передачи. Для компенсации этого разрыва и чтобы длина карданного вала была меньше нужен был дополнительный вал.

Так появился у карданной передачи промежуточный вал, передний конец которого при помощи кардана связан с ведомым валом коробки передач, а задний конец — с передним концом карданного вала при помощи шлицевого соединения и кардана. При этом задний конец проходит через шариковый подшипник опоры — кронштейна, жестко закрепленного снаружи на днище кузова. Пол кузова стал более ровным, возможности появления вибраций карданной передачи уменьшились.

3.Разновидности карданных передач Карданный шарнир неравных угловых скоростей состоит из жестких деталей (рис. 2а): ведущей 1 и ведомой 4 вилок, крестовины 2, на шипы которой надеты игольчатые подшипники 3. Крутящий момент передается от вилки 1 к вилке 4 через крестовину 2. При такой конструкции и равномерном вращении вилки ведущего вала угловая скорость ведомой вилки будет изменяться два раза за каждый оборот, увеличиваясь и уменьшаясь. Поэтому такой шарнир называют шарниром неравных угловых скоростей.

Рис. 2. Жесткие карданные шарниры.

Чтобы устранить неравномерность вращения ведомого вала в карданной передаче, применяют обычно два шарнира неравных угловых скоростей, располагаемых на концах карданного вала. Тогда неравномерность вращения, возникающая в первом ведущем шарнире, компенсируется неравномерностью вращения второго шарнира и ведомый вал передачи вращается равномерно с угловой скоростью ведущего вала. Такая карданная передача называется двойной. Одинарные передачи с одним жестким карданным шарниром практически не применяются.

В приводе передних управляемых и ведущих колес автомобилей повышенной проходимости применяют шарниры равных угловых скоростей двух типов: шариковые и кулачковые.

Шариковый карданный шарнир (рис. 2б) состоит из двух фасонных кулаков 5 с овальными канавками, куда закладывают ведущие шарики 7. Для центрирования вилок используют сферические впадины на их внутренних торцах, в которых устанавливается центрирующий шарик 6.

При передаче крутящего момента ведущие шарики располагаются независимо от угловых перемещений вилок в их овальных канавках в плоскости, делящей угол между осями пополам. В результате обе вилки вращаются с одинаковой угловой скоростью.

Кулачковый карданный шарнир равных угловых скоростей применяют в приводе переднего колеса автомобиля «Урал-375» (рис. 2в). Конструкция шарнира включает наружную полуось 8 колеса, которая входит шлицевым концом в вилку 9 шарнира. Внутренняя полуось выполнена как одно целое с вилкой 9 шарнира, а ее наружный конец стыкуется с шестерней дифференциала шлицевым соединением. В вилки 9, установлены кулаки 10, в пазы которых заложен стальной диск 11. При работе шарнира полуоси вращаются вместе с вилками вокруг кулаков в горизонтальной плоскости, а вместе с кулаками вокруг диска в вертикальной плоскости. Таким образом обеспечивается передача крутящего момента на ведущие и управляемые передние колеса. Недостатком рассмотренного шарнира является повышенное трение в местах сопряжения диска и кулаков с вилками, в результате чего снижается коэффициент полезного действия и повышается нагрев и износ шарнира во время работы.

4.Неисправности и их устранение Основными признаками неисправности карданной передачи являются стуки и рывки при трогании с места и переключении передач, вибрации и шумы. Сильные вибрации карданной передачи проявляются на определенных скоростях движения автомобиля, когда уровень вибрации и шума может достигать максимальной величины. (Обычно это скорость 80…90 км/ч.) Весь автомобиль охватывает мелкая дрожь и слышится монотонный гул. Ездить с вибрирующей карданной передачей недопустимо.

Неисправности в карданной передаче заключаются в ослаблении затяжки болтов крепления фланцев карданов, в износе деталей карданов и, в частности, подшипников, из шлицевого соединения карданного вала. Эти неисправности надо устранять, так как это опасно для движения автомобиля.

Почувствовав неисправность карданной передачи, следует остановить автомобиль, проверить и, если необходимо, подтянуть болты крепления фланцевой вилки к фланцу ведущей шестерни заднего моста, болты крепления упругой промежуточной опоры, а также болты крепления упругой муфты к фланцу ведомого вала коробки передач. При проверке необходимо убедиться, что нет повышенного биения фланца ведущей шестерни заднего моста, люфта в кардане, задиров в шлицевых соединениях и не погнут карданный вал. Если при контроле окажется, что биение фланца больше (превышает 0,15 мм), то снять фланец с шестерни, повернуть на 180° и снова установить. Если этим биение не устранено, то выправить или заменить фланец. Наличие люфта в кардане можно проверить, толкая его снизу вверх. При наличии люфта в подшипниках кардана надо заменить крестовину и подшипник.

При установке подшипников необходимо убедиться в том, что все иглы вставлены в стаканчик. Отсутствие хотя бы одной иглы будет причиной разрушения подшипника вследствие перекоса игл.

Возможные неисправности карданной передачи, их причины и способы устранения

5.Разборка Перед разборкой карданную передачу промывают керосином, а на разделяемые летали краской наносят метки, чтобы при сборке соединить детали в том же положении и сохранить балансировку валов.

Перед разборкой карданную передачу промывают керосином, следует произвести маркировку деталей карданных валов, как указано на рис. 3, или отметить краской взаимное положение всех деталей чтобы при сборке соединить детали в том же положении и сохранить балансировку валов.

Рис. 3. Расположение меток и масленок на карданных валах:

1 — метки положения фланца промежуточного карданного вала; 2 — метки взаимного положения валов; 3 — метки положения скользящей вилки; 4 — метки положения вилок относительно крестовин; 5 — расположение масленок карданной передачи карданный передача перемещение неисправность Разборку карданов производят в следующей последовательности: снятие стопорных колец игольчатых подшипников; выпрессовка двух противоположных игольчатых подшипников — один наружу, а другой внутрь вилки; разборка крестовин. Стопорные кольца снимают отверткой.

Перед разборкой вала через алюминиевую оправку слегка постукивают по дну каждого корпуса игольчатых подшипников и круглогубцами снимают пружинные кольца. Для выпрессовки корпусов подшипников из вилок пользуются тисками, струбциной, прессом или выколоткой. На крышку подшипника устанавливают кусок трубы, а на противоположную сторону крестовины устанавливают головку. Диаметр головки должен быть немного меньше диаметра крышки.

Тисками или прессом выдавливают корпус подшипника из проушины внутрь трубы, перемещают головки на другую сторону и выпрессовывают второй подшипник.

Выпрессовку корпусов подшипника можно выполнить и ударами молотка по оправке, поставив карданный шарнир на подставку или тиски. При этом способе выпрессовки нужно быть осторожным и внимательным, так как даже при использовании мягкой оправки можно повредить подшипники и крестовины. После такого повреждения при сборке их больше не используют.

6.Проверка технического состояния карданной передачи Проверка эксцентричности ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

1. Установите передний (задний) карданный вал в центрах и, проворачивая его, проверьте биение трубы, которое не должно превышать:

— 0,5 мм на расстоянии 50 мм от концевых сварных швов;

— 0,3 мм в средней части.

2. Если биение превышает указанные величины, выправьте вал под прессом или замените его.

ШЛИЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

1. Проверьте зазор в шлицевом соединении скользящей вилки переднего и заднего валов. Предельно допустимый окружной зазор по среднему диаметру шлиц 0,30 мм.

2. Проверьте наличие заглушки в вилке 5 (см. рис. Детали переднего карданного вала), состояние обоймы 7 и сальника 6 скользящей вилки.

3. При необходимости замените сальник, а при повреждении и обойму.

КАРДАННЫЕ ШАРНИРЫ ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

1. Проверьте состояние корпусов подшипников, игл, шипов крестовины, сальников, торцевых шайб.

2. Если повреждены или изношены корпуса подшипников, иглы и шипы крестовины, а также сальники или торцевые шайбы, замените крестовину в сборе с подшипниками.

3. Диаметр отверстия вилки под игольчатый подшипник не должен превышать 28,021 мм.

4. При повреждении или износе рабочих поверхностей деталей шарнира промежуточного вала более 0,1 мм, замените шарнир в сборе.

ЭЛАСТИЧНАЯ МУФТА ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

1. Проверьте состояние резиновых элементов эластичной муфты.

2. При наличии трещин или отслоения резины от металлических вкладышей эластичную муфту замените.

ФЛАНЕЦ ЭЛАСТИЧНОЙ МУФТЫ ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

1. Проверьте состояние центрирующей втулки фланца эластичной муфты.

2. При износе или повреждении втулки замените ее.

Промежуточная опора ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

1. Проверьте состояние подшипника, проворачивая внутреннее кольцо в обоих направлениях и одновременно прижимая его к наружному кольцу. При этом внутреннее кольцо подшипника должно вращаться плавно, без заедания.

2. Проверьте состояние уплотнителей подшипника.

3. Если подшипник изношен или поврежден, замените его новым.

4. Проверьте, нет ли повреждений или деформаций промежуточной опоры, при необходимости замените ее новой.

7.Сборка кардана Сборку карданных валов производят в порядке, обратном разборке. Перед сборкой шлицевые соединения смазывают. Выполняя сборку, вначале собирают узлы, а потом проводят сборку карданной передачи. После сборки проверяют, легко ли вращаются шипы крестовины в каждом из подшипников кардана. Чтобы при сборке не образовалась подушка, шипы крестовины не смазывают. После сборки карданную передачу подвергают динамической балансировке на специальном станке.

Сборку кардана лучше всего производить на ручном прессе. Перед сборкой все детали должны быть промыты. Наполнить нигролом или гипоидным маслом каждый игольчатый подшипник, провертывая иглы и смазав сальники.

Сборку производить в следующем порядке:

ввести крестовину (с ввернутыми в нее клапаном и масленкой) во фланец так, чтобы клапан был со стороны болтовых отверстий;

вставить в отверстия ушков фланца игольчатые подшипники, надевая их на шипы крестовины (рис. 4, а);

фланец вставить в тиски и сжимать их, пока один из подшипников не запрессуется заподлицо с торцом ушка;

вставить стопорное кольцо в канавку полностью запрессованного подшипника;

приставить к торцу ушка фланца со стороны подшипника кольцо 1 (рис. 4, б), вставить в тиски и сжать, пока стопорное кольцо 2 не дойдет до внутреннего торца ушка фланца (рис 4, в);

Рис. 4. Сборка кардана: а — установка подшипников; б — запрессовка правого подшипника; в — запрессовка левого подшипника. 1 — кольцо; 2 — стопорное кольцо:

Рис. 5. Оправка для обжимки сальников вставить второе стопорное кольцо. Оба кольца развернуть усиками в сторону болтовых отверстий;

ввести фланец с крестовиной в проушину вилки так, чтобы подшипники и масленка встали по меткам, и вставить в отверстия игольчатые подшипники, надевая их на шипы крестовины. Запрессовать подшипники и вставить кольца.

После сборки карданов все три масленки заднего вала должны лежать в одной плоскости. Масленка промежуточного карданного вала после его присоединения должна лежать в этой же плоскости. После сборки кардана проверить, легко ли вращаются шипы крестовины в каждом из подшипников, повернув фланец до упора в вилку. Смазать масленки шприцем до полного открытия клапанов.

Подшипники как запасные части, поставляются с запрессованными в них сальниками. Если потребуется запрессовать сальник, то следует применить оправку (рис. 5) для обжимки иглодержателя вокруг сальника. Величина обжимки должна быть приблизительно 0,3 мм на сторону. Щуп 0,1 мм не должен проходить между иглодержателем и подшипником. При посадке иглодержателя в подшипник можно применить герметизирующую пасту или шеллак, избегая их попадания в иглы.

8.Техническое обслуживание Карданные передачи работают в тяжелых и неблагоприятных условиях. Они расположены в зонах наибольшего воздействия влаги и грязи, передают крутящий момент при постоянно изменяющихся углах и нагрузках. Высокая точность изготовления деталей, применение высококачественных материалов и смазки могут обеспечить надежную работу карданной передачи, но только при условии ее полной герметичности.

Поэтому уход за карданной передачей сводится в основном к тщательному и периодическому осмотру и проверке состояния деталей и защитных устройств. Случается так, что неудачно вылетевший из-под колеса автомобиля камень попадает по карданному валу или по резиновым защитным чехлам. Этого бывает достаточно, чтобы нарушилась балансировка карданной передачи или разгерметизировались шарниры.

Следует помнить, что карданная передача является устройством, влияющим на безопасность движения. Поломка карданной передачи может привести к аварии.

Для поддержания карданной передачи в работоспособном состоянии у автомобилей классической компоновки необходима очистка от грязи и периодическая смазка шлицевого соединения, подтягивание креплений фланцев и промежуточной опоры, а у переднеприводных автомобилей необходимо периодически проверять состояние защитных чехлов шариковых шарниров.

Карданная передача, как никакой другой механизм, требует систематической подтяжки крепления и смазки, потому что даже небольшое ослабление крепления фланцев, маленький люфт в карданных шарнирах вызывают биение карданного вала, а поврежденные сальники и защитные грязеотражатели приводят к повышенному износу подшипников и шлицевого соединения.

В процессе эксплуатации для обеспечения хорошей износостойкости игольчатых подшипников, карданных шарниров их необходимо периодически смазывать нигролом или другой жидкой смазкой такой же вязкости. Причем нагнетают нигрол через прессмасленку до выхода излишка свежей смазки через предохранительный клапан крестовины (если он имеется) или до появления масла из сальника.

Скользящее соединение карданного вала, помещенное в удлинитель коробки передач, смазывается маслом, имеющимся в полости удлинителя, и дополнительной смазки не требует.

При техническом обслуживании ТО-2:

· проверить состояние шарниров карданного вала и зазор в них, устранить неисправности. Ощутимый зазор в шарнирах (при качании руками фланцев в радиальном направлении) не допускается. При значительном радиальном и торцовом зазорах в подшипниках крестовины разобрать шарнир и заменить подшипники и крестовину. При сборке шарнира затянуть болты крепления опорных пластин подшипников с моментом затяжки 14−17 Н. м (1,4−1,7 кгс. м);

· закрепить фланцы карданного вала;

· смазать крестовины (при ТО-2) и шарниры и шлицы карданного вала (при СТО). Крестовины смазывать до появления свежей смазки из-под кромки уплотнения хотя бы одного подшипника, в шлицевое соединение сделать (10−15) «качков» шприца или (30−40) г смазки из нагнетателя.

При сезонном техническом обслуживании (СТО) нужно проверить наличие зазоров в шлицевом соединении карданных валов и в крестовинах. Ощутимый зазор не допускается. Снимать и разбирать карданные валы необходимо только в случае неисправности для замены деталей.

Рис. 6. Схема смазки подшипников карданного шарнира

9.

Литература

Афанасьев Л. Л., Илларионов В. А. «Справочник автомобильного механика» М., Машиностроение 1989 г.

В.Б. Реутов, О. И. Пелюшенко «Устройство автомобиля ВАЗ» Москва, Транспорт, 1998

В.М. Кленников «Автомобиль категории В «Москва, Транспорт, 1997

А.М. Бутусов «Автомобиль ВАЗ. Устройство, ТО, ремонт. «Москва, Транспорт, 1997

Гришкевич А.И. — Проектирование трансмиссий автомобилей: справочник. — М.: Машиностроение, 1984.

Вахламов В.К. — Конструкция, расчёт и эксплуатационные свойства автомобиля: учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений. — М.: Издательский центр «Академия», 2007.