Устройство карданного вала и принципы его работы

Ищем двух авторов для нашего сайта, которые ОЧЕНЬ хорошо разбираются в устройстве современных автомобилей.

Обращаться на почту aleksandr.belozerov@gmail.com.

Карданный вал – это альтернатива шарнирному ведущему валу, используемая на некоторых заднеприводных и полноприводных автомобилях. Данный элемент трансмиссии представляет собой механизм, который посредством соединения с коробкой переключения передач передаёт вращательный момент на ведущие колёса автомобиля. По сути, этот вид передачи крутящего момента является отчасти устаревшим, однако всё же до сих пор применяется на ряде транспортных средств, например – на внедорожниках известной многим марки «УАЗ». Более подробно о принципах работы, устройстве и основных неполадках карданного вала поговорим в приведённой ниже статье.

Выше было отмечено, что карданный вал – это распределитель крутящего момента между осями и полуосями некоторых автомобилей. До появления шарниров равных угловых скоростей (иначе – гранат) «кардан» являлся одним из самых востребованных элементов трансмиссии всех без исключения транспортных средств. Однако в силу конструкционных особенностей переднеприводных автомобилей карданный вал был вытеснен из их структуры, а на замену ему пришли ранее упомянутые гранаты. Несмотря на это, в конструкции многих заднеприводных и полноприводных машин «кардан» используется и сегодня.

Карданный механизм стандартного типа может быть представлен в структуре авто двумя элементами:

• Передним карданным валом, который зачастую отходит по обе стороны от КПП и каждая его часть взаимодействует с полуосями (колёсами) напрямую;
• И задним карданным валом, который либо также соединяется с КПП напрямую, либо отходит непосредственно от передней части механизма через специальный распределитель (средний «кардан»). Задний карданный вал имеет существенное отличие от переднего, а именно – особую структуру, которая предполагает использование тонкостенной трубы, передающей вращение на полуоси посредством соединения с отмеченными ранее узлами. В случае с использованием переднего «кардана» подобный подход не требуется, так как приводные механизмы соединяются с колёсами напрямую.

Передний карданный валЗадний карданный вал

Если с задним карданным валом всё предельно просто – он состоит из тонкостенной трубы, шарниров и соединителем с КПП, то вот с передним «карданом» ситуация обстоит слегка иначе. Данная часть механизма в типовом варианте имеет следующие конструкционные элементы:

• подвесной подшипник (реже и другие распределители крутящего момента);
• двойной шарнир, необходимый для передачи вращения полуосям;
• одной или нескольких скользящих вилок, распределяющих вращение между полуосями или осями после его получения от КПП;
• промежуточные уплотнители и защитные составляющие (сальники, прокладки и т.п.);
• крепежи деталей.

Рассматривая принцип работы любой части карданного вала максимально просто, стоит выделить три базовых этапа его работы:

1. Тонкостенная труба или скользящая вилка, соединенные с источником вращения (КПП) с одной стороны, получают от него это самое вращение;
2. Соединяясь с другой стороны с полуосями, данные элементы передают кручение непосредственно на колёса;
3. В процессе реализации двух предыдущих этапов возможно грамотное распределение крутящего момента между осями посредством использования некоторых подшипников, шарниров и подобных элементов устройства. Помимо этого, упомянутые шарниры в конструкции карданного вала используются для передачи вращения под углом. Наибольший эффект и КПД от подобного передачи вращения достигается в угловом диапазоне 0-20 градусов. Конечно, большинство «карданов» могут передавать вращение и при большем повороте колёс, но в этом плане они в любом случае будут уступать гранатам переднеприводных авто.

В зависимости от того, насколько грамотней, умней «кардан» распределяет вращение между полуосями, определяется сложность его конструкции. Тут действует крайне простой принцип – чем более сложные функции выполняет данный механизм, тем больших размеров, веса он будет. Отметим, что большинство карданных валов делают из высококачественной стали. Подобный подход позволяет не только добиться максимальной крепости узла, но и относительно небольших габаритов и массы, в отличие случая с использованием сплавов или замены стали на иные металлы.

Возможные неисправности «кардана»

Как стало ясно, «кардан» — устройство относительно простое в своей организации. Несмотря на это, довольно-таки примитивная конструкция сказывается на надёжности узла, которая, честно говоря, могла бы быть и повыше. Так, в отличие от ШРУСов на переднеприводных авто или обгонных муфт, дифференциалов на полноприводных агрегатах, «карданные» машины имеют лишь несколько основных составляющих трансмиссии:

• Передний карданный вал – вращает передние полуоси;
• Средний карданный вал – обеспечивает передачу вращения от КПП на все оси и полуоси автомобиля (передний и задние колёса);
• Задний карданный вал – имеется на полноприводных автомобилях и вращает, соответственно, задние полуоси.

Именно из-за нарушений в синхронности работы основных частей механизма случается большинство поломок «кардана». Помимо этого, сами составные элементы выполняют ряд важнейших и сложных функций, например:

1. Передают крутящий момент на оси и полуоси;
2. Поддерживают друг друга в конструкции автомобиля;
3. Служат опорой для иных частей трансмиссии.

Беря в расчёт еще и немалую массу и габариты механизма, вполне можно констатировать – карданному валу приходится нелегко, поэтому особого удивления его поломки вызывать не должны.

Отметим, что при правильном обслуживании и эксплуатации в надёжности «кардан» ничем не уступает ШРУСам или иным распределителям крутящего момента. Однако зачастую карданные агрегаты эксплуатируются неправильно, поэтому и их поломки случаются нередко. Основные неисправности механизма представлены, так скажем, «золотой тройкой». Если быть точнее, то речь идёт о следующих проблемах:

• Деформация некоторых частей «кардана», происходящая из-за наезда автомобиля на высокие препятствия или сбоев в его работе;
• Рассинхронизация переднего, среднего и заднего валов, являющаяся следствием долгой, не обязательно неправильной эксплуатации карданного механизма;
• Износ составных частей механизма. Чаще всего страдают шарниры, подшипники и сальники «кардана». Дабы не допустить более серьёзных неисправностей из-за износа подобных деталей, крайне важно каждые 60-80 000 километров пробега проверять карданный вал на дефекты и при наличии устранять таковые.

Большинство карданных механизмов имеют довольно-таки внушительный ресурс – 400-500 000 километров пробега. Естественно, добиться полной отдачи от устройства получится лишь в том случае, если соблюдать правила его обслуживания и эксплуатации.

Пару слов о ремонте карданного механизма

Ремонт карданных валов – процедура отнюдь несложная, однако для её реализации иногда может потребоваться наличие специфичных инструментов. Связано это с тем, что габариты механизма далеко не всегда малы. В любом случае, при должном желании и наличии некоторых навыков отремонтировать «кардан» в условиях гаража возможно.

Процедура ремонта карданного механизма состоит из следующих этапов:

1. Во-первых, определяем точную причину поломки путём детального осмотра узла в смотровой яме или на подъёмнике;
2. После этого, уже заведомо зная о том, что необходимо менять, требуется подготовить инструмент и детали для замены. Чаще всего проводятся такие процедуры как:
   • выправление элементов «кардана»;
   • замена износившихся деталей;
   • замена расходников.

   В процессе подбора новых деталей важно учитывать общие размеры вашего механизма, особенно длину крутящих вилок, так как при работе валов она меняется больше всего. Узнать габариты можно по специальной технической литературе. Для примера, давайте обратим внимание на размеры «кардана» некоторых моделей УАЗ:
   
   

3. Подготовив нужный инструментарий, остаётся устранить поломку. К счастью многих автомобилистов, конструкция карданного вала довольно-таки примитивна, вследствие чего провести сборку-разборку данного механизма очень просто.

В целом, особых сложностей в понимании общей сущности карданных валов нет. Несмотря на простоту устройства и приемлемую надёжность, подобные механизмы имеют большие габариты и немалую массу, что и сказывается на их незначительном серийном использовании. В любом случае, «карданы» использовались ранее и используются до сих пор, поэтому знать об их устройстве и принципах работы будет не лишним каждому автомобилисту. Надеемся, представленный выше материал помог вам разобраться с этим. Удачи на дорогах и в обслуживании авто!