Карданный вал автомобиля: назначение, виды, особенности ремонта

Карданный вал – это агрегат, который непосредственно передает крутящий момент (энергию вращения) колёсам. Новички иногда путают понятие «карданный вал» и «карданная передача». Чтобы этого не происходило, важно усвоить следующие вещи:

1. Карданный вал имеет две точки опоры, никаких промежуточных опор у него не существует.
2. Карданная передача может иметь несколько опор и включает в себя несколько карданных валов.

Карданные валы легко встретить на легковом транспорте (полноприводные и заднеприводные авто), малотоннажных грузовиках, автобусах, самосвалах, фурах, автокранах, погрузчиках, тракторах, квадроциклах. А вот у переднеприводных авто карданные валы непопулярны. Сложно добиться синхронного вращения валов. Исключение – транспорт с КВ со ШРУСом.

Что такое карданный вал

Кардан это механизм, передающий вращение от коробки передач на редуктор заднего моста. Задача усложняется тем, что эти два механизма расположены в разных плоскостях по отношению друг к другу. Карданами оснащаются все модели автомобилей, задние колеса которых являются ведущими.

Кардан трансмиссии устанавливается вдоль выхлопной системы автомобиля и выглядит в виде длинной балки, идущей от коробки передач до заднего моста. Он оснащен минимум двумя крестовыми шарнирами (по одной с каждой стороны), а в узлах с небольшим смещением осей – одним.

Подобная передача используется также в системе рулевого управления авто. Шарнир соединяет рулевую колонку с расположенным в другой плоскости рулевым механизмом.

В сельскохозяйственной технике такое устройство используется для подсоединения дополнительного оборудования к валу отбора мощностей трактора.

Из истории создания и применения кардана

Как большинству автомобилистов известно, карданным валом оснащаются только заднее- и полноприводные модели авто. Транспорту с передними ведущими колесами данная часть трансмиссии попросту не нужна. В этом случае крутящий момент передается непосредственно от коробки передач на передние колеса. Для этого в коробке передач имеется главная передача, а также дифференциал (о том, зачем он нужен в машине, и как работает, имеется отдельный подробный обзор).

Впервые о принципе карданной передачи мир узнал от итальянского математика, инженера и врача Джироламо Кардано в 16-м веке. Устройство, названное в его честь, стали использовать на закате 19 века. Один из первых авторазработчиков, который воспользовался данной технологией, был Луи Рено.

Автомобили Renault, оснащенные карданной передачей, получили более эффективную трансмиссию. В ней были устранены провалы крутящего момента в процессе передачи его на задние колеса, когда транспорт попадал на нестабильную дорогу. Благодаря этой модификации трансмиссии машины стали более мягкие во время движения (без рывков).

На протяжении десятилетий модернизации транспортных средств принцип карданной передачи остался в первозданном виде. Что касается конструкции такой трансмиссии, то в зависимости от модели авто она может сильно отличаться от родственных аналогов.

Устройство карданного вала

В механизм кардана входят следующие элементы.

1. Центральный вал. Он выполнен из полой стальной трубы. Пустота необходима для облегчения конструкции. С одной стороны трубы имеются внутренние или наружные шлицы. Они необходимы для установки скользящей вилки. С другой стороны трубы приварена вилка шарнира.

2. Промежуточный вал. В многосекционных модификациях карданов используется один или несколько таких элементов. Они устанавливаются на заднеприводные авто для устранения вибрации, возникающей при вращении длинной трубы на больших оборотах. С обеих сторон на них закреплены неподвижные вилки шарниров. В спортивных машинах устанавливаются односекционные карданы.

3. Крестовина. Это элемент шарнира с наконечниками, внутри которых расположен игольчатый подшипник. Деталь устанавливается в проушины вилок. Она передает вращение от ведущей вилки к ведомой. Дополнительно они обеспечивают беспрепятственное вращение двух валов, угол наклона которых не превышает 20 градусов. В случае большей разницы устанавливают еще одну промежуточную секцию.

4. Подвесной подшипник. Он монтируется в крепление дополнительной секции. Данная деталь фиксирует и стабилизирует вращение промежуточного вала. Число этих подшипников идентично количеству промежуточных секций.

5. Скользящая вилка. Она вставляется в центральный вал. Когда автомобиль движется, расстояние между мостом и КПП из-за работы амортизаторов постоянно меняется. Если закрепить трубу намертво, на первой же кочке нужно будет менять какой-то узел (тот, который будет слабее всего). Это может быть обрыв крепления вала или выход из строя деталей моста. Скользящая вилка оснащена шлицами. В зависимости от модификации она или вставляется в центральный вал (внутри него сделаны соответствующие пазы), или надевается сверху трубы. Шлицы и пазы нужны, чтобы труба вращала шарнир.

6. Вилки шарнира. Они соединяют центральный вал с промежуточным. Аналогичную форму имеет вилка-фланец, только устанавливается она на месте крепления всего механизма спереди к КПП, а сзади – к редуктору моста.

7. Эластичная муфта. Эта деталь смягчает удары кардана при его смещении во время езды. Она устанавливается между фланцем выходного вала коробки и вилкой-фланцем центрального вала кардана.

Как проверить свою работу

Проверить свою работу можно сразу после замены крестовины и установки кардана на автомобиль. Процесс проверки включает в себя те же манипуляции, как при поиске люфта крестовины. Так же кардан нужно осмотреть на наличие подтёков масла или смазки. Особое внимание уделить сальникам. Второй этап проверки – это проверка в движении. При пробной поездке можно сразу услышать вибрацию, шум или биение кардана.

Работа по замене крестовины кардана закончена, и вы сделали её самостоятельно, потратив деньги только на запчасти. Кроме того вы полностью сняли и установили кардан, теперь при выходе из строя любого узла кардана вам не составит труда заменить и его.

Источник

Какую функцию он выполняет?

Основная задача данного механизма это передача вращательных движений на оси, расположенные в разных плоскостях. Коробка передач расположена выше, чем мост задних колес автомобиля. Если установить прямую балку, из-за смещения осей она или сама сломается, или разобьет узлы коробки и моста.

Еще одна причина, по которой необходимо данное устройство, заключается в подвижности задней оси машины. Она закреплена на амортизаторах, которые при езде перемещаются вверх и вниз. При этом расстояние между коробкой и задним редуктором постоянно меняется. Скользящая вилка компенсирует такие перепады без потери крутящего момента.

Типы карданных передач

В основном большинство автомобилистов связывают понятие карданной передачи с работой трансмиссии заднеприводных машин. На самом деле она используется не только в этом узле авто. По аналогичному принципу работает рулевое управление и еще некоторые механизмы, которые соединяются с соседними под разным углом.

Существует 4 типа передач:

1. асинхронные;
2. синхронные;
3. полукарданная гибкая;
4. полукарданная жесткая.

Самый известный вид карданных передач – асинхронный. Основное применение – в трансмиссии. Еще она называется передача с шарниром неравных угловых скоростей. Такой механизм состоит из двух вилок, которые соединены крестовиной под прямым углом. Наконечники с игольчатым подшипником позволяют крестовине плавно перемещаться в соответствии с положением самих вилок.

Данный шарнир имеет одну особенность. Он передает неравномерный показатель крутящего момента. То есть скорость вращения подсоединенных валов периодически отличается (за полный оборот второстепенный вал два раза обгоняет и два раза отстает от главного). Для компенсации такой разницы используется еще один шарнир (на противоположной стороне трубы).

Как работает асинхронная передача, показано в видео:

Работа карданного вала. Work propeller shaft.

Синхронная передача оснащается ШРУСом. С данным устройством знакомы владельцы автомобилей с передним приводом. Шарнир равных угловых скоростей соединяет дифференциал со ступицей переднего колеса. Иногда данный им комплектуются трансмиссии более дорогих полноприводных авто. По сравнению с предыдущим типом синхронная передача менее шумная, но более дорогая в обслуживании. ШРУС обеспечивает одинаковую скорость вращения двух валов с углом наклона до 20 градусов.

Гибкая полукарданная передача предназначена для вращения двух валов, угол наклона которых не превышает 12 градусов.

В современной автомобильной промышленности жесткая полукарданная передача редко применяется. В ней шарнир передает крутящий момент при смещении угла наклона валов до двух процентов.

Существует также закрытый и открытый тип карданных передач. Отличаются они тем, что карданы первого типа помещаются в трубу и чаще состоят из одного шарнира (применяется в грузовых автомобилях)

Устройство и назначение крестовины кардана

Кардан служит для соединения коробки передач и заднего (в заднеприводном автомобиле) или переднего (в полноприводных) моста. Его задача – передать мосту или мостам вращение от двигателя. Узлом соединения для этих элементов является шарнир, главная часть которого – это крестовина. Она имеет форму креста, на концах которого имеются чашки с игольчатыми подшипниками. От корпуса подшипник отделяет уплотнительное кольцо из резины или пластика. Для каждой модели автомобиля размеры крестовин отличаются друг от друга.

Это интересно: Какой предохранитель на стоп сигнал ваз 2110

Проверка состояния карданного вала

Проверить кардан следует в следующих случаях:

• при разгоне появляется дополнительный шум;
• появилась протечка масла возле КПП;
• стук при включении передачи;
• на скорости ощущается увеличенная вибрация, передающаяся на кузов.

Диагностику необходимо проводить, подняв автомобиль на подъемнике или при помощи домкратов (как подобрать подходящую модификацию, смотрите в отдельной статье). Важно, чтобы ведущие колеса при этом могли свободно вращаться.

Вот какие узлы следует проверить.

• Крепление. Промежуточная опора и соединения фланцев должны быть затянуты при помощи болта с гроверной шайбой. В случае ее отсутствия гайка ослабится, что приведет к люфту и чрезмерной вибрации.
• Эластичная муфта. Она часто выходит из строя, так как резиновая часть компенсирует осевые, радиальные и угловые смещения соединяемых деталей. Проверить наличие неисправности можно при помощи медленного проворачивания центрального вала (по ходу вращения и обратно). Резиновая часть муфты не должна быть разорванной инее люфтить на месте крепления болтов.
• Скользящая вилка. Свободный поперечный ход в этом узле появляется из-за естественного износа шлицевого соединения. Если попытаться провернуть вал и муфту в противоположном направлении, и при этом наблюдается небольшой люфт между вилкой и валом, значит, этот узел необходимо заменить.
• Подобная процедура проводится с шарнирами. Между проушинами вилок вставляется большая отвертка. Она играет роль рычага, с помощью которого пытаются провернуть вал то в одну, то в другую сторону. Если при раскачивании наблюдается люфт, крестовину нужно заменить.
• Подшипник подвесного крепления. Его исправность можно проверить, взяв одной рукой вал перед ним, а другой – за ним и покачав в разные стороны. При этом промежуточная опора должна быть прочно зафиксирована. Если заметен люфт в подшипнике, то проблема решается его заменой.
• Балансировка. Ее выполняют, если диагностика не выявила никаких неисправностей. Данную процедуру выполняют на специальном стенде.

Вот еще одно видео, в котором показано, как проверять карданный механизм:

Подозрительные звуки в районе кардана, вибрация и т.д.

Обслуживание карданного вала

По рекомендациям производителей обслуживание кардана проводится через 5 тысяч километров пробега. При этом необходимо проверять эластичную муфту и крестовины. В случае необходимости износившиеся части заменяют на новые. Шлицы скользящей вилки смазываются.

Если в машине установлен кардан с обслуживаемыми крестовинами, их тоже нужно смазать. Определяется такая модификация по наличию тавотницы в крестовинах кардана (отверстие для подсоединения масляного шприца).

Частые неисправности и их устранение

Все неисправности можно разделить по возникающим признакам поломки:

1. Вибрация при движении — износились подшипники крестовины или скользящая втулка, нарушилась балансировка вала;
2. Стуки при трогании — износились шлицы скользящего соединения, ослабли болты крепления;
3. Вытекание масла из подшипников — износ сальников.

Для устранения вышеописанных неполадок «карданы» демонтируют и дефектуют, неисправные детали заменяют. При наличии дисбаланса требуется балансировка вала в динамических условиях.

Неисправности карданных валов

Так как данный механизм находится в постоянном движении, и он испытывает большие нагрузки, то и неисправности с ним встречаются довольно часто. Вот самые распространенные из них.

• На валу кардана появилось масло. Необходимо обратить внимание на сальники КПП. Их необходимо периодически менять из-за естественного износа. Эластичные уплотнители со временем теряют свои свойства и между валом и сальником появляются небольшие щели. Если течь появилась в районе скользящей вилки, нужно проверить состояние шлицев. Если на них есть шероховатости, то вилку необходимо заменить.

• Удары во время нагрузок на кардан обусловлены люфтом на соединениях. Если свободный ход появился в крестовинах или в подшипнике подвесного крепления, то эти детали меняются на новые. Вибрация может появляться из-за ослабления болтового соединения. В случае частого возникновения такой проблемы, следует проверить, установлен ли между гайкой и креплением гровер. Эта шайба не дает гайке отвинчиваться при постоянной вибрации.

• Скрипы при нажатии на педаль акселератора. Необходимо проверить шарниры. Из-за постоянного контакта с влагой и грязью, крестовина может выйти из строя. Если игнорировать скрипы, крестовина заклинит и шарнир сломается.

• Самая распространенная неисправность карданного вала – вибрации. Но прежде чем приступать к ремонту механизма, сначала следует проверить ходовую часть. Нарушенная балансировка колес тоже приводит к появлению вибрации на высоких скоростях. Если этот эффект исчезает при переключении да другую передачу, то кардан здесь не при чем. Вот по каким причинам может возникнуть вибрация в кардане:
  неисправность балансировочных колец (коррозия или обрыв);
• разрушение крестовин;
• повреждения центрального или промежуточного вала (деформация трубы приводит к разбалансировке механизма);
• неправильно собранные узлы механизма.

Утечка масла

Для смазки шарниров используется специальный консистентный материал. Обычно для ШРУСов, подшипников игольчатого типа, шлицевого соединения используется индивидуальная смазка, которая обладает нужными характеристиками.

Чтобы в полость трущихся или вращающихся элементов не попадала грязь, они защищаются пыльниками, а также сальниками. Но в случае деталей, расположенных под днищем машины, такая защита лишь временная. Причина в том, что защитные чехлы постоянно находятся в зоне активного агрессивного воздействия влаги, пыли, а в зимний период еще и химических реактивов, которыми посыпается дорога.

Если автомобиль часто передвигается по пересеченной местности, то дополнительно есть риск повредить такую защиту камнем или веткой. В результате повреждения агрессивная среда начинает воздействовать на вращающиеся и продольно перемещающиеся детали. Так как в процессе движения транспортного средства карданный вал постоянно вращается, то смазка в нем нагревается, и по мере износа сальников может вытекать, что со временем приведет к поломке этой части трансмиссии.

Вибрация при разгоне и стуки в КПП

Это первый признак, по которому определяется неисправность карданного вала. При незначительном износе вращающихся элементов по кузову распространяются по кузову, в результате чего в машине во время езды стоит неприятный гул. Правда, для некоторых моделей авто этот акустический эффект – вполне естественный фактор, по которому определяется наличие карданного вала в трансмиссии. Особенно это касается некоторых старых отечественных автомобилей.

Скрип во время ускорения

По скрипу, который появляется в момент ускорения транспортного средства, определяется износ крестовин. Причем этот звук не исчезает, а наоборот усиливается в процессе разгона машины.

Скрип в этой детали издают ролики игольчатого подшипника. Так как они меньше всего защищены от агрессивного воздействия влаги, со временем подшипник теряет смазку, и иголки начинают ржаветь. Когда авто разгоняется, они сильно нагреваются, расширяются, начинают вибрировать и издавать сильный скрип.

Из-за высокого крутящего момента крестовина испытывает большие нагрузки. А обороты коленвала не синхронны скорости вращения колес машины. Поэтому скрип может появляться независимо от скорости транспортного средства.

Проблемы с подвесным подшипником

Как мы узнали из подтемы, касающейся устройства карданного вала, подвесной подшипник это обычный подшипник с круглыми роликами, заключенными в розетку. Чтобы устройство не выходило из строя из-за постоянного воздействия пыли, влаги и грязи, ролики защищены пластиковыми крышками, а внутри находится густая смазка. Сам подшипник закреплен под днищем автомобиля, а через центральную часть проходит труба кардана.

Чтобы вибрации от вращающейся трубы не передавались на кузов, между наружной обоймой и крепежным кронштейном подшипника установлена резиновая муфта. Она выполняет функцию демпфера, минимизирующего акустический эффект в процессе работы карданной передачи.

Хотя подшипник закрыт, и в нем закачана смазка, которую никак невозможно добавить или заменить (она заполняется на заводе в процессе изготовления детали), полость между розетками не имеет герметичную защиту. По этой причине со временем, в каких бы условиях ни эксплуатировался автомобиль, внутрь подшипника попадает пыль и влага. Из-за этого происходит выработка между роликами и нагруженной частью розетки.

От недостатка смазки (она постепенно стареет и вымывается) на роликах подшипника может появляться ржавчина. Со временем шарик, сильно поврежденный коррозией, рассыпается, из-за чего внутри подшипника появляется большое количество посторонних твердых частиц, разрушающих другие элементы детали.

Обычно при такой поломке подшипника появляется вой и гул. Данный элемент требует замены. Под воздействием влаги и агрессивных химических веществ резиновая муфта стареет, теряет свою упругость, и впоследствии из-за постоянных вибраций рассыпается. В этом случае водитель будет слышать отчетливые сильные стуки, передающиеся на корпус. Ездить с такой поломкой не стоит. Даже если водитель готов мириться с сильным шумом в салоне, из-за большого смещения карданный вал может сильно пострадать. Причем невозможно предугадать, какая из его частей сломается первой.

Последствия неправильной работы кардана

Как мы уже обратили внимание, неполадки с карданом в первую очередь распознаются по усиливающемуся шуму и приличным вибрациям, поступающим на кузов во время движения транспорта.

Если водитель отличается железными нервами и неимоверным спокойствием, то игнорирование вибраций и сильного шума по причине изношенного карданного вала обязательно приведет к неприятным последствиям. Самое страшное, что может произойти, это обрыв вала во время движения. Особенно это опасно, и всегда приводит к авариям, когда вал обрывается в передней части машины.

Если признаки неполадок кардана появились во время движения, водителю как можно скорее нужно снизить скорость и остановить транспортное средство. Обозначив место остановки машины, необходимо провести визуальную диагностику авто. вот на что необходимо обратить внимание:

• На все болтовые соединения;
• На состояние подвесного подшипника, особенно на его резиновый демпфер;
• На состояние фланцев;
• На крестовины;
• На крышки подшипников.

Не рекомендуется разбирать вал самостоятельно ни на дороге (чтобы заменить сломавшуюся деталь), ни в гаражных условиях, если у автовладельца нет соответствующих навыков. Ремонт кардана всегда должен сопровождаться его балансировкой, что в условиях дорожного ремонта невозможно сделать.

По этим причинам за состоянием данной части трансмиссии нужно следить. Плановый технический осмотр и при необходимости ремонт – залог исправной и безопасной работы любой системы авто и его агрегатов, в том числе и карданного вала.

Достоинства и недостатки

В силу относительно простой конструкции карданные валы отличаются огромной живучестью. Они незаменимы в автомобилях, которые должны эксплуатироваться в условиях бездорожья. Один из самых живучих (с учетом нагрузок) элементов автомобиля вообще – крестовина – входит в состав именно карданного вала. Однако вместе с живучестью и возможностью выдерживать огромные нагрузки приходят и некоторые недостатки. Здесь легко проследить аналогию с некоторыми другими компонентами транспортных средств, которые в силу некоторых обстоятельств не претерпели усложнения с течением времени и появлением новых технических решений.

Главным и, пожалуй, единственным недостатками карданного вала являеюся его большие масса и габариты. Все остальные недостатки вытекают именно отсюда. К примеру, карданы грузовиков КамАЗ могут весить от 19,8 до 45 килограмм. Один лишь вал существенно повышает массу снаряженного автомобиля, что сказывается на динамических характеристиках и на расходе топлива. Нельзя не отметить, что под установку вала необходимо выделять туннель под днищем автомобиля. В случае грузовиков это не так существенно, однако в малогабаритных автомобилях из-за наличия карданного вала меняется геометрия задней части салона. Кроме того, вращающийся вал становится источником вибраций и шумов, что, впрочем, не станет проблемой, если водитель займется установкой вибро- и шумоизоляционных материалов.

Снятие и установка карданного вала

Если возникла необходимость в замене карданного механизма или ремонте его узла, потребуется его снятие. Процедура проводится в такой последовательности:

• откручиваются крепежные болты с фланцев заднего моста и карданного вала;
• вал опускается вниз;
• откручиваются болты резиновой муфты;
• кардан отодвигается от КПП;
• откручивается подвесное крепление.

Отремонтированный или новый механизм устанавливается в обратной последовательности: подвесное, муфта, фланцы моста.

В дополнительном видео упоминаются еще некоторые тонкости снятия и установки кардана:

Карданный вал патриот | снятие и установка | замена фланца

Кардан в автомобиле достаточно выносливый механизм, но и он нуждается в периодическом обслуживании. Водителю нужно быть внимательным к появлению посторонних звуков и вибраций. Игнорирование этих проблем приведет к поломке важных элементов трансмиссии.

Вывод

Карданный вал – простое на первое взгляд изделие, с которым нередко возникают проблемы. Несмотря на высокую живучесть таких валов, они нуждаются в периодическом осмотре и обслуживании. В силу большого эксплуатационного ресурса автолюбитель может приобрести даже б.у. карданный вал, однако неновое изделие нужно самым тщательным образом проверять. В продаже встречаются и новые карданы – их производят как на отечественных, так и зарубежных заводах. Несмотря на то, что оригинальные карданы являются самыми надежными, их стоимость многие считают неадекватной. Неоригинальный кардан покупать можно, однако какие-то рекомендации по производителям дать сложно – качество изделий практически всех фирм, работающих на вторичный рынок карданных валов, примерно одинаково.

Поиск нового карданного вала

Если есть необходимость в полной замене карданного вала, то поиск новой детали – несложная процедура. Главное, чтобы на нее хватило средств, так как это достаточно дорогая деталь в трансмиссии некоторых моделей авто.

Для этого можно воспользоваться услугами авторазборки. Но в этом случае нужно быть уверенным, что фирма, продающая детали, бывшие в использовании, достойна доверия, и не реализует некачественную продукцию. В некоторых местностях встречаются фирмы, которые восстанавливают детали, подлежащие полной замене, и продают их по доступной цене, но спустя короткий промежуток времени эти элементы выходят из строя.

Гораздо безопасней выполнять поиск по каталогу интернет-магазина или в физической точке продажи – в магазине автозапчастей. В этом случае необходимо искать запчасть по точным данным автомобиля (марка, модель, дата выпуска и т.д.). Если некоторая информация о машине недоступна, то все необходимые данные всегда можно узнать по VIN-коду. О том, где он находится в автомобиле, а также какую информацию о транспортном средстве он содержит, рассказывается в отдельной статье.

Если известен номер детали (маркировка на ней, если она не исчезла в процессе эксплуатации), то поиск нового аналога в каталоге можно выполнять по этой информации. В случае приобретения комплектующих на разборках, то перед покупкой необходимо обратить внимание на:

1. Состояние крепежных мест. Деформации, даже незначительные, являются причиной, по которой деталь не стоит покупать. Особенно это касается таких карданных валов, конструкция которых не предусматривает установку фланца;
2. Состояние валов. Хотя визуально этот параметр сложно проверить, но даже незначительные деформации (в том числе отсутствие балансировки) приведут к сильной вибрации вала, и последующей поломки устройства;
3. Состояние шлицевого соединения. Коррозия, заусеницы, насечки и другие повреждения могут серьезно сказаться на работоспособности карданной передачи;
4. Состояние подвесного подшипника, в том числе на упругость демпферной части.

Независимо от того, исправным выглядит кардан на разборке или нет, его нужно показать специалисту. Профессионал сразу распознает, разбирался кардан или нет. В случае проведения ремонтных работ с этим узлом специалист сможет сказать, была ли правильно собрана конструкция.

И еще один важный момент. Даже при покупке изделия, бывшего в использовании, достояна внимания та продукция, на которую распространяется гарантия (либо от производителя, либо от продавца).