Что такое карданный вал: ключевые функции, устройство и некоторые неисправности |

Содержание

Карданный вал передний

Чаще всего карданный вал определяют, как обязательный элемент трансмиссии заднеприводных или полноприводных автомобилей, между тем, в переднеприводных моделях тоже иногда используются карданы. В то же время, на некоторых машинах, где по утверждению потребителя стоят кардан-передачи, их нет в принципе. Как такое может получиться, и почему карданный вал передний совсем необязательно располагается спереди, мы и поговорим.

Что такое кардан

Любой более-менее опытный автолюбитель, а тем паче механик знает, что карданами называют особый тип соединений, которые используются для передачи крутящего момента между несоосными валами. Придумали такую передачу еще средневековые строители, и выдающийся инженер 16 века Джироламо Кардано первым описал эту конструкцию, за что ее и назвали в его честь.

Технически, описанное соединение, это шарнир неравных угловых скоростей, который состоит из пары вилок, перпендикулярно и подвижно установленных на общей крестовине. И уже от кардан-шарнира карданными начали называть валы и составные передачи, в которых они используются. То есть, можно в такой конструкции поменять любую составляющую – трубу, фланцы, шлицевое, но он будет оставаться карданом. А если заменить чем-то другим шарнир, то это будет уже совсем другой тип соединений.

Карданный вал шрусовой

Есть у кардан-передачи одна неприятная особенность – чем больше угол между сопрягаемыми валами, тем выше несинхронность вращения и потери крутящего момента. Если такой угол превысит 35 градусов (для двойного 42), то его функционал окажется под угрозой. Именно поэтому в автомобилях с переднемоторной компоновкой и приводом только на переднюю ось карданы не используются, а ставятся шарниры равных угловых скоростей – ШРУСы.

В то же время, на полноприводных машинах в конструкцию трансмиссии включен дополнительный редуктор – раздаточная коробка. Она обычно располагается на достаточном удалении от переднего моста и потому здесь его привод может быть карданным, но не всегда. Например, на некоторых моделях внедорожников в штатной комплектации или после модернизации передний кардан не является таковым, потому что в нем вместо классического шарнира стоит ШРУС.

Впрочем, стоит уточнить, что если применяется комбинация, где в передней части передачи расположен шарнир равных угловых скоростей, а в задней неравных, то такая конструкция имеет право называться карданом.

Теперь перейдем к моменту, когда карданный вал передний является карданом, но расположен не спереди, а в центральной или даже задней трети автомобиля. Суть в том, что на большегрузном транспорте или просто машинах с достаточно длинной базой расстояние от коробки передач или раздатки до редуктора ведущего моста получается весьма значительным, и чтобы минимизировать потери, биения и риск повреждений, используются составные конструкции из нескольких валов.

Технически, первая по ходу автомобиля часть такой карданной передачи является передним карданом. Но если это автомобиль с полным приводом, то таковым он может считаться только в пределах отдельно взятого участка трансмиссии. Мало того, хоть и очень редко, но бывает, что составная конструкция используется в приводе передней оси, и тогда совсем беда – ее вторая часть это задний кардан, а передний, одновременно первая половина и вся конструкция в сборе.

Полезная информация

Но хуже всего то, что в любом автомобиле вне зависимости от количества и размещения карданов трансмиссии может быть так, что ни один из нельзя будет назвать передним в рамках общей конструкции. Особенно справедливо это по отношению к авто с бескапотной компоновкой, где реально самый первый по ходу движения кардан, то есть передний, расположен в рулевом управлении, а именно в соединении колонки с механизмом.

К счастью, его обычно так и называют, рулевым карданов или вовсе карданчиком, поэтому возможная путаница здесь исключена. А именно из-за этого мы и взялись напоминать прописные истины и запутывать пространственной «пропиской» каждой составляющей. Очень часто, когда покупатель не знает общепринятый каталожный номер (артикул) детали, он использует бытовые обороты, и у оператора, принимающего заявку, начинаются сложности. А бывает и так, что по заказу отправляется совсем не тот узел, который нужен.

Поэтому, мы напоминаем, что если вы хотите самостоятельно заказать карданный вал с помощью автоматической онлайн-формы на сайте нашего интернет-магазина ООО «Лидер», обязательно убедитесь в соответствии и применяемости выбранного товара. А когда оформляете покупку через менеджеров, подробно объясняйте, что именно требуется.

Карданный вал: составляющие конструкции

Сегодня невозможно представить наземный, морской или любой другой транспорт без определённых узлов и деталей, в число которых входит и карданный вал. Его конструкция обязательно предполагает наличие шарнира и остаётся неизменной, несмотря на тип технических средств, в которые он устанавливается. Механизм, включающий один или несколько карданных валов, используемых для передачи силы крутящего момента от основного агрегата к деталям исполнительного узла, оси которых не соприкасаются и способны менять положение, называется карданной передачей.

Конструкция современного карданного вала содержит несколько деталей, которые невозможно заменить или исключить:

фланец;
приварную вилку;
крестовину;
подвижное шлицевое соединение;
неподвижный шлицевый комплект;
подвесной подшипник;
трубу.

Предлагаем рассмотреть каждую из перечисленных деталей подробнее. Это позволит лучше понять особенности строения карданного вала.

Фланец

Для изготовления этой детали используется горячая штамповка. Финишная отделка с учётом заданных параметров выполняется посредством металлорежущего инструмента. Центровочная посадка, как и отверстия под крестовину, протачивается за одну установку. А для протачивания мест под стопорные кольца применяется способ координатных измерений, исключающий большую погрешность.

Правильная установка карданного вала — обязательное условие для нормальной работы механизма. Но его невозможно соблюсти без использования фланца-вилки, который играет роль звена, связывающего взаимозависимые детали.

Типичные варианты современных фланцев

Таковыми являются:

Фланец с торцевыми шпицами KV/XS. Оснащается зубьями с разной направленностью, согласно стандарту ISO 12667, применяемому для фланцев, изготавливаемых по стандарту ISO 8667.
Фланец SAE. Представляет собой соединение с наружной проточкой для фланцев, изготовление которых выполняется согласно стандарту ISO 7647.
Фланец DIN ‒ соединение с проточкой на внутренней стороне для фланцев, изготавливаемых по стандарт у ISO 7646.

Фланец-вилка в крупногабаритном карданном вале

Карданный вал, эксплуатируемый в крупногабаритном оборудовании, способен передавать внушительную силу крутящего момента. Он рассчитан на колоссальные нагрузки, поэтому может отличаться от типичных вариантов посадкой фланца. Присоединительные фланцы в карданном вале промышленного типа могут достигать больших размеров — 100‒550 мм. Как правило, они исполняются в трёх вариантах:

с торцевыми шпицами;
с четырьмя гранями;
со шпонкой.

Вилки карданного шарнира

Такие детали подвергаются проточке на специальных станках с учётом заданных параметров, определяющих форму, габариты, гладкость поверхности. Фланец-вилка, приварные вилки под трубу и вилки шлицевых валов располагают проточенными отверстиями, предназначенными для посадки опорных подшипников крестовины. Пазы, необходимые для установки стопорных колец, изготавливаются с применением специальных расточных станков.

Крестовина

Этот узел состоит из нескольких элементов: крестовины, представляющей собой крестообразный шарнир, четырёх опорных подшипников и тавотницы, предусмотренной для смазывания. Крестовина обеспечивает правильное расположение осей отдельных составляющих. А стопорные кольца надёжно фиксируют подшипники, предотвращая их смещение. Они должны подбираться с учётом характеристик самого вала и возможного зазора между осями.

Крестовины, как и фланцы, изготавливаются горячей штамповкой. Основной материал, используемый для их создания, — легированная сталь. При финишной обработке поверхность и края крестовины шлифуются. После этого все поверхности тщательно проверяются на соответствие параметрам.

Габариты крестовины могут быть разными: всё зависит от мощности мотора, сферы применения транспортного средства/оборудования, крутящего момента. Особого внимания заслуживают крестовины крупногабаритных карданных валов. Они передают большую нагрузку на ведомые детали, поэтому и габариты имеют соответствующие. Соединение крестовины и вилок в промышленном карданном вале обычно осуществляется за счёт шлицевых бугелей под болты. Возможна также фиксация посредством стопорных колец.

Крестовины промышленных карданных валов могут иметь практически одинаковые габариты, но при этом отличаться по другим характеристикам. Например, по допустимому температурному режиму или функциональности.

Подвижное шлицевое соединение

Главная задача такой пары в карданном механизме — компенсация меняющегося расстояния между деталями. Этот узел состоит из вилки со шлицевым валом, втулки и грязезащитного пыльника. Все составляющие тоже создаются горячей штамповкой с дальнейшей обработкой металлорежущим инструментом.

Профиль, предназначенный для шлицевой втулки, вытягивается на специальном станке, а шлицевый профиль вала прокатывается роликами. Готовые втулка и вал шлицевого соединения могут защищаться полиамидным составом «Рильсан». Он уменьшает силу трения, зазор в шлицах и предотвращает разрушение деталей под неблагоприятным воздействием окружающей среды. Некоторые шлицевые соединения оснащаются тавотницей для смазки, но можно встретить и варианты, не нуждающиеся в обслуживании.

Грязезащитный пыльник

Практически все карданные валы, используемые в спецтехнике и оборудовании, работающем в сложных условиях, оснащаются грязезащитным пыльником. Он изготавливается из металла и покрывает всю рабочую часть шлицевой пары. Важной составляющей пыльника служит уплотнительное кольцо, выбор которого зависит от сферы применения и системы, предусмотренной для смазки.

Пыльник надёжно защищает шлицевую пару от любых загрязнений. При этом он может иметь разную форму и изготавливаться из разных материалов: сегодня в карданных валах нередко встречаются модели в виде резиновых гофр, металлических труб и т. д.

Неподвижное шлицевое соединение

Шлицевая пара неподвижного типа обычно включается в состав валов, собранных из нескольких крупных частей. Варианты с длинной базой могут оснащаться одним или несколькими подвесными подшипниками. Состоит такое соединение из нескольких элементов:

шлицевого вала;
фланца;
подвесного подшипника;
добавочной гайки.

Подвесной подшипник

Эта деталь представляет собой опоры, играющие в карданной передаче роль крепёжного узла. В сборках с длинной базой она имеется всегда. Все посадочные места вала должны отвечать габаритам элементов подшипниковой опоры. Иначе агрегат не будет нормально работать.

По техническим особенностям все подвесные подшипники можно разделить на три большие группы:

стандартные — устанавливаются в спецтехнику;
высокопрочные — эксплуатируются только в промышленных установках и машинах;
эластичные — монтируются на грузовики и легковые авто.

При изготовлении крупногабаритного оборудования и транспортных средств стандартные подвесные опоры выполняются в виде плавающих или стационарных подшипников. Варианты с гибкой опорой обычно находят применение только в автомобилестроении. При этом их подшипники качения защищаются прочным корпусом. Резиновый элемент подвесного подшипника обязателен, поскольку решает несколько важных задач:

воспринимает осевые и угловые перемещения;
поглощает шум и вибрацию;
воспринимает наклонные положения.

Труба карданного вала

Это ещё один конструкционный элемент карданного вала, важность которого переоценить невозможно. Он играет роль связующего звена и соединяет разные детали в рамках одного механизма (шлицевую втулку, подвижный/неподвижный шлицевый комплект, вилку). Сама труба является цельнотянутой деталью, которая имеет фаску под сварной шов. Её соединение с перечисленными составляющими вала выполняется на специальных станках.

При покупке карданных валов необходимо выбирать надёжного изготовителя, способного гарантировать качество своей продукции. У нас всегда имеются рассмотренные составляющие карданного механизма и карданные валы в собранном виде. Запчасти поставляются ежемесячно, поэтому долго ждать своей покупки вам не придётся. Все заказы в регионы России отправляются транспортными компаниями «Байкал сервис», «ПЭК», «Деловые линии», «РАТЭК».

Ограничения и опасности стояночных тормозов с карданным валом

Стояночные тормоза с карданным валом устанавливаются на многие грузовые автомобили легкой и средней массы (от 3,5 до 10 тонн), в основном японского производства (Mitsubishi, Isuzu и т.п.), а также другие транспортные средства.

Этот тип стояночного тормоза действует путем блокировки карданного вала на выходном валу коробки передач и может использовать либо один тормозной барабан, либо дисковый суппорт, конструкцию ротора и колодки. Тормозной барабан является наиболее распространенным и универсальным на грузовых автомобилях. Дисковые тормоза обычно устанавливаются на внедорожную технику, такую как телескопические погрузчики JCB и им подобные.

Узел стояночного тормоза с карданным валом установлен на задней части коробки передач.

Как правило, в системе стояночного тормоза с карданным валом для включения тормоза используется рычаг ручного тормоза с храповым механизмом и трос — аналогично тому, что вы найдете в своем автомобиле. Это также может быть рычаг «тянущего» типа рядом с рулевой колонкой.

Карданный вал Ограничения стояночного тормоза

Эти тормоза не так эффективны, как другие системы, воздействующие непосредственно на колесные тормоза автомобиля. Они имеют ограниченную вместимость по сравнению с другими системами и вряд ли смогут удерживать

неподвижное транспортное средство, особенно когда оно загружено и припарковано на любом значительном

склоне. Это как в прямом, так и в обратном направлении. Особую озабоченность вызывает то, что тормоза барабанного типа могут иметь только около 60% удерживающей силы, когда транспортное средство движется в гору, по сравнению с тем, когда оно направлено вниз.

В двух недавних авариях со смертельным исходом карданные стояночные тормоза правильно

обслуживались, регулировались и применялись правильно. Транспортные средства были припаркованы на склонах в пределах их рабочего диапазона.

Поскольку торможение осуществляется через дифференциал, любое проскальзывание одного колеса позволяет другому колесу катиться, и автомобиль «убегает».

Точно так же, если одно колесо поднято домкратом, торможение другого колеса пропадает, а на склоне автомобиль будет двигаться. Расположение этих тормозов делает их восприимчивыми к загрязнению, особенно из-за негерметичного выходного уплотнения редуктора. Любое такое загрязнение, скорее всего, снизит эффективность тормоза, и это не будет заметно водителю. У водителя нет практических способов эффективно проверить работу стояночного тормоза с карданным валом. Указанные изготовителем испытания на «срыв» неадекватно отражают требуемое требование удержания стояночного тормоза и тормоз, который удерживался стояночным тормозом в течение нескольких минут, прежде чем внезапно вышел из строя.

Это только стояночный тормоз. Их нельзя использовать для замедления или остановки движущегося автомобиля, так как это может серьезно повредить тормоз, коробку передач или трансмиссию.

Любое повреждение тормоза, скорее всего, еще больше снизит его эффективность, и это

может быть незаметно для Водителя. проходит такое испытание, все равно вряд ли удержится на каком-нибудь значительном уклоне, особенно если автомобиль гружен.

Практический результат

В настоящее время в эксплуатации находятся многие тысячи автомобилей, оснащенных стояночными тормозами с карданным валом. Несмотря на то, что отказы таких стояночных тормозов стали причиной ряда смертельных случаев и серьезных травм, знание ограничений и опасностей, присущих карданному валу

Стояночные тормоза значительно отсутствуют среди владельцев и пользователей затронутых транспортных средств.

Эти стояночные тормозные системы представляют собой

реальную и непосредственную опасность для пользователей транспортных средств и других людей, которые могут находиться в непосредственной близости от «катящегося» транспортного средства.

Снижение опасности

Проверьте свои автомобили, чтобы определить, установлены ли на них стояночные тормоза с карданным валом.

Если да, установите в кабине транспортного средства хорошо заметную табличку, сообщающую об установке такого стояночного тормоза, и включите эту информацию в это «предупреждение».

Информируйте всех пользователей об ограничениях и опасностях таких систем стояночного тормоза. В частности, сообщите им, что на стояночный тормоз нельзя полагаться, если автомобиль припаркован на склоне, особенно если он загружен.

По возможности следует избегать парковки на склонах.

Обеспечить и потребовать использования противооткатных колодок (оба задних колеса) во всех ситуациях парковки.

Противооткатные колодки должны составлять примерно 25% от диаметра шины автомобиля и плотно прилегать.

Обратите внимание, однако, что если транспортное средство находится на склоне, другой человек должен поставить колодки, в то время как Водитель удерживает транспортное средство неподвижно на рабочем тормозе.

Крайне важно использовать противооткатные упоры, если автомобиль поднимается домкратом.

Обращайте внимание на любые утечки жидкости под автомобилем и проверяйте их как можно скорее, чтобы избежать загрязнения стояночного тормоза.

Убедитесь, что стояночный тормоз правильно обслуживается и отрегулирован.

Сын Селвина, Грэм, погиб в результате несчастного случая на рабочем месте в начале прошлого года. Авария была непосредственно связана с выходом из строя должным образом обслуживаемого и правильно настроенного стояночного тормоза с карданным валом на телескопическом погрузчике JCB.

В ходе расследования аварии Селвин узнал, что такие стояночные тормоза имеют серьезные недостатки. Всего за девять месяцев до аварии с Грэмом один человек погиб, а другой получил серьезные травмы при очень похожих обстоятельствах, то есть из-за выхода из строя должным образом обслуживаемого и правильно настроенного стояночного тормоза с карданным валом на мусоровозе.

В то время как регулирующие органы знали о проблемах, связанных с этими типами стояночных тормозов, в течение ряда лет, ничего не было сделано для решения проблемы, и среди владельцев и пользователей соответствующих транспортных средств практически отсутствует информация.

Selwyn активно сотрудничает с Транспортным агентством Новой Зеландии (NZTA) для количественной оценки проблем, связанных с работой стояночных тормозов, включая первоначальные испытания нескольких легких и средних грузовиков. Эти испытания подтвердили ограничения стояночных тормозов с карданным валом. Задача сейчас состоит в том, чтобы обеспечить максимально широкое распространение этих знаний и заставить NZTA принять решительные меры для устранения ограничений и опасностей, связанных с этими типами систем стояночного тормоза.

Если у вас есть какой-либо опыт работы со стояночными тормозами с карданным валом, относящийся к усилиям Селвина, он был бы признателен, если бы вы могли связаться с ним соответствующим образом. wCompl}}

Забронируйте место сейчас

{{#Статья}} {{длинная дата}} {{/isArticle}} {{#isПодкаст}} {{длинная дата}} {{/isПодкаст}} {{#вебинар}} {{#wCompl}} {{длинная дата}} {{/wCompl}} {{/isВебинар}} {{этикетка}}

{{readingTime}} МИН ЧТЕНИЕ

{{durationOfThePodcast}} МИН.