Карданный шарнир: характеристики, описание и устройство. Карданный шарнир

Карданный шарнир: характеристики, описание и устройство

Карданный шарнир представляет собой деталь в составе трансмиссии, обеспечивающую передачу крутящего момента от мотора к редуктору моста. Кардан состоит из полой тонкостенной трубы, на одной стороне которой размещено шлицевое соединение и подвижная вилка, а на другой – неподвижная вилка шарнира. Количество секций варьируется в зависимости от вида КПП и марки авто. В конструкцию односекционного варианта входит два наконечника с крестовинами, центральная часть, а также дополнительные детали:

• крепежные элементы;
• прокладки, сальники и другие промежуточные уплотнители;
• скользящая вилка;
• двойной карданный шарнир;
• подвесной подшипник.

Предназначение

Функции вала не ограничиваются передачей крутящего момента, также он выступает в качестве опоры для некоторых деталей автомобилей. Шарнир карданный рулевой может иметь различные габариты в зависимости от модели автомобиля и его особенностей. Для изготовления чаще всего используется сталь. Она обеспечивает максимальную функциональность при небольших размере и массе. Одним из элементов силовой части вала является шарнир, который может иметь неравную и равную угловую скорость. Элементы с неравной скоростью могут обладать жесткой или упругой конструкцией. Карданный шарнир равных угловых скоростей обладает разделительным специализированным рычагом, сдвоенной или кулачковой конструкцией, либо разделительными канавками.

Крутящий момент

На валы и оси, пересекающиеся под углом не более 4-5 градусов передается усилие от шарниров с упругим планом. При этом возникновение деформаций на соединительных деталях способствует ухудшению качества функционирования и увеличению колебания. Передача крутящего момента от изделий неровной скорости и жесткого плана производится последовательно, при помощи подвижных соединений жестких элементов. Они оснащаются двумя вилками, имеющими плотную фиксацию с валом, и отверстиями цилиндрической формы, используемыми для размещения крестовин. Концы крестовин, в то время, когда движется вал и шарниры карданные 1/2, начинают покачиваться в перпендикулярной по отношению к ним плоскости. Они необходимы для обеспечения гибкой, надежной и прочной связи между ведущим мостом и коленчатым валом.

Особое значение имеет достаточная гибкость соединения, так как она обеспечивает свободное перемещение во время движения транспортного средства. Крестовые элементы состоят из нескольких шипов, стопорных колец, игольчатых подшипников и сальников. Они отличаются длительным периодом эксплуатации и редко выходят из строя, но на их конструкцию оказывает негативное влияние некачественное дорожное покрытие, при движении по которому увеличиваются переменные нагрузки. Для сохранения функциональности в подобных условиях используются сдвоенные крестовые шарниры. Именно от них зависит вращение сопряженных валов, которые меняют угол по отношению друг к другу. Наибольший коэффициент отмечается при значении в пределах 20°. При большем параметре угла вращения на крестовину приходятся серьезные нагрузки, также возникают колебания и ухудшается баланс вала.

Принцип работы

Конструкция шлицевого соединения кардана имеет не меньшее значение. Принцип работы заключается в следующем. Коробка передач плотно фиксируется на внутренней кузовной части и присоединяется к краю одного вала. На другой стороне находится редуктор моста, имеющий соединение с подвеской. Промежуток между двумя узлами расширяется при преодолении неровных участков. Как заднему, так и переднему кардану необходимо растянуться, это действие обеспечивает шлицевое соединение, дополненное уплотняющим сальником.

Дополнительные элементы

Помимо этого, в конструкцию входит карданный подшипник подвесного типа. Он играет роль вспомогательного опорного элемента для вала. Подшипник предотвращает вращение детали и обеспечивает ее нахождение в требуемом положении при помощи кронштейна, покрытого смазкой и дополненного уплотняющими элементами, который крепится на кузовной части. Количество конструкционных элементов вала определяет число подшипников.

Карданный шарнир головок необходим, в первую очередь, для обеспечения качественного соединения ведущего моста и коленвала. Гибкость и прочность связи становятся наиболее актуальными при смещении моста в процессе движения авто.

Разбалансировка

Среди основных нарушений в работе вала наибольшее распространение приобрела разбалансировка. Ее возникновению способствует некачественное закрепление зазоров крестовин в процессе монтажа и несоблюдение правил эксплуатации. Зачастую неправильная фиксация зазоров возникает на этапе производственной сборки. Разбалансировка возникает не сразу, сначала развивается дисбаланс, который можно определить по вибрации во время переключения коробки передач. Она оказывает заметное воздействие на шаровую конструкцию и способствует интенсивному износу основных элементов системы. Результатом становится ухудшение равновесия автомобиля и увеличение вероятности дорожного происшествия. Поэтому рекомендуется соблюдать правила, производить систематической осмотр вала, включая карданный шарнир и крестовые элементы, осуществлять своевременный ремонт при обнаружении изношенных деталей.

Причины постороннего шума

Достаточно распространенным явлением становится возникновение стука при переключении передачи, изменении скоростного режима и при начале движения. Причиной этому является ухудшение надежности соединительной муфты и резьбового соединения крепежных фланцевых элементов. Также поводом может стать поврежденный карданный шарнир и увеличение установленного зазора в подшипниках крестовин и шлицевой конструкции. Крестовина может способствовать появлению скрежета. Чтобы предотвратить его, необходимо регулярно заменять деталь (в среднем каждые 10 тысяч км), осматривать на наличие смазки и отсутствие повреждений. Несколько реже выходит из строя сальник подвесного подшипника, а шарнир карданного вала приобретает больший зазор.

Шлицевые элементы

Даже при соблюдении условий эксплуатации всегда присутствует вероятность срезания шлиц. Этому способствует формирование люфта в результате растяжения раздаточной цепи. Цепь в это время начинает перескакивать по зубьям раздатки и формировать высокую ударную нагрузку на шлицевые элементы раздатки и кардана. Возникновение подобной поломки можно определить по металлическому резкому шуму, который доносится из-под автомобиля. Срезание шлиц возможно как на бюджетных, так и на оригинальных элементах, поэтому необходимо своевременно менять деталь для обеспечения полного хода вала. Шарнир карданный 1/2 во время движения авто совершает возвратно-поступательные движения по отношению к раздатке, этому способствует растяжение и обратное сокращение кузова.

Что нужно знать

Преждевременное срезание шлиц можно предотвратить путем установки нового кардана с удлиненным шлицевым соединением, но период эксплуатации подробной конструкции будет увеличен не более чем на 2-3 года. При этом остается неизменной и другая проблема – растянутая цепь раздатки. Именно поэтому кардан и цепь должны заменяться одновременно. Также стоит обратить внимание на свойства фланца, находящегося на раздатке, при возникновении необходимости в ремонте. Особое значение имеет диаметр глубины шлиц, внешний диаметральный размер, количество шлицевых соединений и общие габариты.

fb.ru

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей

Синхронные карданные передачи

Карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей

Передние ведущие колеса полноприводных и переднеприводных автомобилей являются одновременно и управляемыми, т. е. должны поворачиваться, что требует применения между колесом и полуосью шарнирного соединения. Карданные шарниры неравных угловых скоростей передают вращение циклически и приемлемо работают лишь при небольших значениях углов между валами, поэтому не могут удовлетворять требованиям равномерности передаваемого вращательного движения. В приводе ведущих управляемых колес крутящий момент должен передаваться с равномерной скоростью к колесам, поворачивающимся относительно продольной оси автомобиля на угол 40…45˚. Выполнение таких условий могут обеспечить карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС). Иногда их называют синхронными карданными передачами.

В переднеприводном автомобиле обычно используются два внутренних шарнира равных угловых скоростей, кинематически связанные с коробкой передач, и два внешних шарнира, которые крепятся к колесам. В обиходе такие шарниры обычно называют «гранатами».

До середины прошлого века в конструкциях автомобилей часто встречались спаренные карданные шарниры неравных угловых скоростей. Такая конструкция получила название сдвоенного карданного шарнира. Сдвоенный шарнир отличался громозкостью и усиленным износом игольчатых подшипников, поскольку при прямолинейном движении автомобиля иглы подшипников не проворачивались и линии их контакта с обоймой и крестовиной подвергались воздействию значительных контактных напряжений, что приводило к износу и даже сплющиванию игл. В настоящее время такие подшипники в конструкциях автомобилей встречаются редко.

Равенство угловых скоростей ведущего и ведомого валов будет соблюдено только в том случае, если точки контакта в шарнире, через которые пересекаются окружные силы, будут находиться в биссекторной плоскости, делящей угол между валами пополам. Конструкции всех карданных шарниров равных угловых скоростей основаны на этом принципе.

***

Шариковые шарниры равных угловых скоростей

Наибольшее применение получили шариковые карданные шарниры равных угловых скоростей. Среди них наиболее часто в конструкциях отечественных автомобилей можно встретить шарниры с делительными канавками типа «Вейс». Эту конструкцию в 1923 году запатентовал немецкий изобретатель Карл Вейс. Шарниры Вейса широко применяются в разборном и неразборном вариантах на отечественных автомобилях марок «УАЗ», «ГАЗ», «ЗиЛ», «МАЗ» и некоторых других. Шарнирные сочленения типа «Вейс» технологичны и дешевы в производстве, позволяют получать угол между валами до 32°, однако срок их службы ограничен 30…40 тыс. км пробега из-за высоких контактных напряжений, возникающих при работе.

Разборный шарнир (рис. 1) устроен следующим образом. Валы 1 выполнены заодно с кулаками 2 и 5, в которых вырезаны четыре канавки 3. В собранном виде кулаки располагаются в перпендикулярных плоскостях, а между ними в канавки 3 устанавливаются четыре шарика 7. Для центрирования кулаков в отверстие, выполненное в одном из них, устанавливается штифт 6 с центрирующим шариком 4. От осевого перемещения штифт фиксируется другим штифтом 6, расположенным радиально. Средние линии канавок 3 нарезаны так, что шарики 7, передающие усилия, располагаются в биссекторной (биссекториальной) плоскости между валами. В передаче усилия участвуют только два шарика, что создает высокие контактные напряжения и сокращает срок службы шарнира. Два других шарика передают крутящий момент при движении автомобиля задним ходом.

В других конструкциях контактные напряжения уменьшаются путем увеличения числа шариков, одновременно участвующих в работе, что неизбежно приводит к усложнению шарниров.

Детали шарикового шарнира «Рцеппа» (рис. 1, б) располагаются в чашке 8, которая во внутренней части имеет шесть сферических канавок для установки шести шариков 7. Такие же канавки имеет и сферический кулак 10, в шлицевое отверстие которого входит ведущий вал карданной передачи. Шарики в одной биссекторной плоскости устанавливаются делительным устройством, состоящим из сепаратора 9, направляющей чашки 11 и делительного рычажка 12. Рычажок имеет три сферические поверхности: концевые входят в гнезда ведущего и ведомого валов, а средняя – в отверстие направляющей чашки 11. Рычажок к ведущему валу прижимается пружиной 13. Длины плеч рычажка таковы, что при передаче момента под углом он поворачивает направляющую чашку 11 и сепаратор 9 так, что все шесть шариков 7 устанавливаются в биссекторной плоскости и все они воспринимают и передают усилия. Это позволяет уменьшить габаритные размеры шарнира и увеличить срок его службы.

Шарнир типа «Рцеппа» технологически сложен, однако он компактнее шарнира с делительными канавками, и может работать при углах между валами до 40°. Поскольку усилие в этом шарнире передается всеми шестью шариками, он обеспечивает передачу большого крутящего момента при малых размерах. Долговечность шарнира «Рцеппа» достигает 100–200 тыс. км.

Еще один шариковый карданный шарнир типа «Бирфильд» представлен на рисунке 1, в. Он состоит из чашки 8, сферического кулака 10 и шести шариков 7, размещенных в сепараторе 9. Сферический кулак 10 надевается на шлицованную часть ведущего вала 16 и стопорится кольцом 14. От попадания грязи во внутреннюю полость шарнир защищен защитным резиновым чехлом 15. Все сферические поверхности деталей шарнира выполнены по разным радиусам, а канавки имеют переменную глубину. Благодаря этому при наклоне одного из валов шарики выталкиваются из среднего положения и устанавливаются в биссекторной плоскости, что обеспечивает синхронное вращение валов.

Шарниры типа «Бирфильд» имеют высокий КПД, долговечны, и могут работать при углах до 45˚. Поэтому они широко применяются в приводе управляемых колес многих переднеприводных легковых автомобилей в качестве наружного шарнира, или, как его еще называют - наружной «гранаты». Основной причиной преждевременного разрушения шарнира является повреждение эластичного защитного чехла. По этой причине автомобили высокой проходимости часто имеют уплотнение в виде стального колпака. Однако это приводит к увеличению габаритов шарнира и ограничивает угол между валами до 40°.

При использовании шарнира типа «Бирфильд» на внутреннем конце карданной передачи необходимо устанавливать шарнир равных угловых скоростей, способный компенсировать изменение длины карданного вала при деформации упругого элемента подвески.

Такие функции совмещает в себе универсальный шестишариковый карданный шарнир типа «ГКН» (GKN). Осевое перемещение в шарнирах типа GKN обеспечивается перемещением шариков по продольным канавкам корпуса, при этом, требуемая величина перемещения определяет длину рабочей поверхности, что влияет на размеры шарнира. Максимальный допустимый угол наклона вала в данной конструкции ограничивается 20°. При осевых перемещениях шарики не перекатываются, а скользят в канавках, что снижает КПД шарнира.

В конструкциях современных легковых автомобилей иногда встречаются карданные шарниры типа «Лебро» (Loebro), которые, как и шарниры GKN обычно устанавливаются на внутреннем конце карданной передачи, поскольку способны компенсировать изменение длины карданного вала.

Шарниры «Лебро» отличаются от шарниров GKN тем, что канавки в чашке и кулаке нарезаны под углом 15-16° к образующей цилиндра, а геометрия сепаратора правильная - без конусов и с параллельными наружной и внутренней сторонами. Такой шарнир имеет меньшие габариты, чем другие шестишариковые шарниры, кроме того, сепаратор его менее нагружен, поскольку не выполняет функции перемещения шариков в кулаках.

Принципиальное устройство этих шариковых шарниров представлено на рисунке 2.

Привод передних колес автомобиля ВАЗ-2110

Привод передних колес автомобиля ВАЗ-2110 (рис. 3) состоит из вала 3 и двух карданных шарниров 1 и 4 равных угловых скоростей. Вал 3 привода правого колеса выполнен из трубы, а левого колеса – из прутка. Кроме того, валы имеют разную длину. На вал надевается защитный чехол 6, а затем шарнир в собранном виде со смазочным материалом фиксируется от осевого перемещения стопорным кольцом 5. Защитные чехлы крепятся хомутами 2.

Внутренний шарнир (внутренняя «граната) 1, который вязан с дифференциалом, является универсальным, т. е. кроме обеспечения равномерного вращения валов под изменяющимся углом он позволяет увеличивать общую длину привода, что необходимо для перемещения передней подвески и силового агрегата. Происходит это потому, что внутренняя поверхность корпуса шарнира 1 имеет цилиндрическую форму, и канавки в ней нарезаны продольно, это позволяет внутренним деталям шарнира перемещаться по продольным канавкам в осевом направлении.

***

Кулачковые шарниры равных угловых скоростей

На автомобилях средней и большой грузоподъемности марок «КамАЗ», «Урал», «КрАЗ» карданные передачи в приводе передних колес работают под большим крутящим моментом. Шариковые шарниры не могут передавать больших крутящих моментов из-за возникновения значительных контактных напряжений и ограничения по удельному давлению шариков на канавки. Поэтому в них применяют кулачковые карданные шарниры (рис. 1, г). Аналогичные шарниры иногда устанавливают на переднеприводные автомобили марки «УАЗ».

Кулачковый карданный шарнир равных угловых скоростей (рис. 1, г) состоит из двух вилок 18 и 20, которые вставлены в кулаки 2 и 5 с пазами; в эти пазы входит диск 19. При передаче крутящего момента и вращения от ведущего вала 17 на ведомый вал при повернутом колесе каждый из кулаков 2 и 5 поворачивается одновременно относительно оси паза вилки в горизонтальной плоскости и относительно диска 19 в вертикальной плоскости. Оси пазов вилок лежат в одной плоскости, которая проходит через среднюю плоскость диска. Эти оси расположены на равных расстояниях от точки пересечения осей валов и всегда перпендикулярны осям валов, поэтому точка их пересечения всегда располагается в биссекторной плоскости.

Такой карданный шарнир требует повышенного внимания к смазыванию, так как для его деталей характерно трение скольжения, вызывающее значительный нагрев и изнашивание трущихся поверхностей. Трение скольжения между контактирующими поверхностями приводит к тому, что кулачковый шарнир имеет самый низкий КПД из всех шарниров равных угловых скоростей. Однако он способен передавать значительный крутящий момент.

Еще один тип кулачкового шарнира равных угловых скоростей - шарнир «Тракта» (на рисунке), состоящий из четырех штампованных деталей: двух втулок и двух фасонных кулаков, трущиеся поверхности которых подвергаются шлифованию. Если разделить по оси симметрии кулачковый карданный шарнир, то каждая часть будет представлять собой карданный шарнир неравных угловых скоростей с фиксированными осями качания. В такой конструкции тоже возникают значительные силы трения скольжения, снижающие КПД шарнира.

***

Трехшиповые шарниры равных угловых скоростей

В трехшиповом шарнире (на рисунке) 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˚. Сферические ролики чаще всего устанавливаются на шипы посредством игольчатых подшипников.

Ведущий вал имеет трехвальцевую вилку, в цилиндрические пазы которой входят ролики. При передаче крутящего 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 трехшипового шарнира является то, что в отличие от шариковых шарниров передача момента от ведущих элементов на ведомые происходит не в биссекторной плоскости, а в плоскости, проходящей через оси шипов. Равенство частот вращения ведущего и ведомого валов обеспечивается при любом взаиморасположении их осей.

***

Мосты автомобилей

k-a-t.ru

Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей.

Карданные передачи с шарнирами неравных угловых скоростей

Карданные передачи с шарнирами неравных угловых скоростей применяются для привода агрегатов трансмиссии и дополнительного оборудования автомобиля (лебедки или других агрегатов). Такие передачи чаще называют карданными валами или просто - карданами. Шарниры, применяющиеся в карданных передачах неравных угловых скоростей, бывают жесткие и упругие (рис. 1).

Наибольшее применение имеет жесткий карданный шарнир (рис. 1, а), который состоит из двух вилок 1 и 7, крестовины 6 и подшипников 4.

Недостатком такого шарнира является неравномерность вращения ведомой вилки относительно ведущей, которая проявляется в том, что ведомая вилка за один оборот дважды замедляет скорость вращения и дважды ее ускоряет. Именно по этой причине такие шарниры и называют шарнирами неравных угловых скоростей. Неравномерность вращения проявляется тем сильнее, чем на больший угол отклонены ведомый и ведущий валы. Этот недостаток жестких шарниров при высоких частотах вращения валов вызывает динамические нагрузки на механизмы трансмиссии и может привести к поломкам агрегатов и их элементов. Для устранения этоо недостатка жестких карданных шарниров, они в карданных передачах применяются попарно таким образом, чтобы неравномерность вращения одного шарнира компенсировалась неравномерностью вращения другого шарнира.

Тем не менее, карданные передачи с шарнирами неравных угловых скоростей применяются лишь в трансмиссиях с относительно невысокой частотой вращения и небольшими углами отклонения валов, например, в заднеприводных легковых автомобилях, в грузовых автомобилях и автобусах, в полноприводных автомобилях.

Равномерное вращение вала при применении двойной карданной передачи (с двумя шарнирами) может быть достигнуто при выполнении следующих условий:

• углы наклона валов в обоих шарнирах должны быть одинаковы;
• вилки, расположенные на противоположных концах вала должны лежать в одной плоскости.

Эти требования следует учитывать при сборке карданной передачи после демонтажа, разборки и ремонта.

Конструкция карданных передач с шарнирами неравных угловых скоростей на различных марках автомобилей практически одинакова, отличаясь лишь размерами.

На рисунке 2 приведены карданные передачи грузовых автомобилей марок «ЗиЛ», «ГАЗ» и легкового автомобиля марки «ВАЗ». Устройство карданной передачи рассмотрим на примере автомобиля марки «ЗиЛ».

Карданный вал автомобиля «ЗиЛ» (рис. 2, а) выполнен из стальной трубы (вал 8), к которой с одной стороны приварена вилка 9 шарнира, а с другой – шлицевая втулка. Шлицевая втулка своими внутренними шлицами соединяется со скользящей вилкой 14 шарнира. Шлицевое соединение втулки скользящей вилки герметизировано. Смазочный материал во внутренней втулке удерживается от вытекания заглушкой, завальцованной внутри втулки. Наружное уплотнение состоит из резинового и войлочного колец с разрезными шайбами. Оба кольца поджимаются накидной гайкой, навернутой на конец шлицевой втулки.

Каждый карданный шарнир состоит из вилки с фланцем 1 и втулок 9, 14, находящихся на валу, крестовины 5, игольчатых подшипников с уплотнительными манжетами 11 и крышек подшипников 2.

Крестовина своими шипами устанавливается в проушинах вилок на игольчатых подшипниках. Иглы подшипников собраны в корпусах 4 без внутренних обойм. Смазочный материал в подшипники закладывается на заводе-изготовителе при сборке шарниров, и в процессе эксплуатации чаще всего не добавляется. Замена смазки в подшипниках обычно производится при полной разборке карданной передачи во время ремонта. Однако на некоторых карданных передачах предусмотрены пресс-масленки для периодической смазки подшипников шарниров. Внутренняя полость подшипников герметизируется комбинированным устройством, состоящим из резиновой самоподжимной уплотнительной манжеты 11 и двухкромочной торцевой уплотнительной манжеты.

Резиновая самоподжимная уплотнительная манжета смонтирована в стакане подшипника, а торцевая уплотнительная манжета напрессована на шипы крестовины. Игольчатые подшипники удерживаются от выпадения из отверстий вилок крышками 2, прикрепленными болтами к проушинам этих вилок. В крышке каждого подшипника выдавлен выступ, а на торце стакана подшипника выполнен паз. При сборке подшипников паз и выступ совмещаются, благодаря чему подшипники не проворачиваются в проушинах вилок и не изнашивают их поверхность. Крышки прикручиваются к проушинам болтами и стопорятся пластиной 3.

Карданные валы в сборе с карданными шарнирами на заводе изготовителе подвергаются динамической балансировке. Балансировка достигается приваркой балансирующих пластин 12 на обоих концах трубы или установкой их под крышки подшипников.

Особенностью карданной передачи ГАЗ-66-11 (рис. 2, б) является применение защитных металлических колпаков 16 и 17 на карданном шарнире, расположенном возле раздаточной коробки. В крестовинах карданных шарниров сохранена пресс-масленка, через которую производится смазывание подшипников в процессе эксплуатации. Для правильной сборки карданной передачи после ремонта с целью обеспечения ее равномерного вращения и предотвращения нарушения заводской балансировки, на валу 8 и в подвижной вилке 14 наносят риски или стрелки.

На легковом заднеприводном автомобиле ВАЗ-2107 карданная передача состоит из двух валов. Промежуточный карданный вал (рис. 2, в) передним концом соединяется с вторичным валом коробки передач через упругий карданный шарнир (муфту Гуибо) 19. Она выполнена из шести резиновых элементов, которые привулканизированы к металлическим вкладышам. Во вкладышах имеются отверстия, через которые проходят болты 23 крепления муфты к фланцам вторичного вала коробки передач и карданного вала. Задним концом промежуточный карданный вал упирается в промежуточную опору. Для поглощения вибрации карданной передачи подшипник 21 промежуточной опоры расположен в упругой резиновой подушке 20, которая привулканизирована к кронштейну крепления.

Аналогичную по устройству промежуточную опору с упругим элементом имеет карданная передача неполноприводного автомобиля марки «ЗиЛ» (рис. 2, а). На некоторых автомобилях могут применяться промежуточные опоры с жестко установленными в корпусе подшипниками (рис. 3, б). В этом случае сам корпус опоры может качаться на цапфах.

Основные неисправности карданных передач с шарнирами неравных угловых скоростей:

• износ и выход из строя игольчатых подшипников шарниров;
• износ посадочных мест под игольчатые подшипники в проушинах вилок;
• износ крестовин шарниров;
• износ шлицевого соединения;
• выход из строя опоры карданного вала;
• изгиб или деформация трубы карданного вала.

Причинами неисправностей чаще всего является неправильная сборка шарниров после ремонта, отсутствие смазки в шлицевой части и подшипниках, неправильная эксплуатация (резкое включение передач и переменные тяговые усилия в трансмиссии, небрежная езда, приводящая к ударам карданной передачи, приводящая к изгибу и т. д.).

Неисправности карданной передачи, связанные с деформацией вала, износом подшипников и шлицевого соединения можно определить выбегом автомобиля на большой скорости по проявляющейся вибрации. В трансмиссии автомобиля два агрегата чаще всего становятся источником повышенной вибрации - сцепление (с маховиком) или карданная передача. При этом вибрация из-за дисбаланса сцепления или маховика проявляется сразу после заводки двигателя, даже если автомобиль неподвижен. Деформированный или неисправный карданный вал дает о себе знать лишь во время движения автомобиля.

Качественно отремонтировать погнутый карданный вал в условиях малого или среднего предприятия автосервиса сложно, так как без специального оборудования балансировку выполнить не представляется возможным. Деформированный вал карданной передачи является источником сильной вибрации (особенно, при большой частоте вращения), что приводит к преждевременному выходу из строя узлов и деталей, а также дискомфорту при езде, поэтому гнутый кардан обычно заменяют исправным.

***

Карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей - ШРУСы

k-a-t.ru

Карданные шарниры неравных (асинхронный) и равных угловых скоростей (синхронный). Схема вращения, формула расчета

Одновальные и двухвальные карданные передачи, используемые для соединения коробки передач, раздаточной коробки и ведущих мостов автомобилей, имеют карданные шарниры неравных угловых скоростей. Карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей на автомобилях применяться для привода передних управляемых и одновременно ведущих колес.

Карданным шарниром, или карданом, называется подвижное соединение, обеспечивающее передачу вращения между валами, оси которых пересекаются под углом. В автомобилях применяются карданные шарниры неравных и равных угловых скоростей.

Карданный шарнир неравных угловых скоростей (асинхронный) состоит из вилки 1 (рисунок 1, а) ведущего вала, вилки 3 ведомого вала и крестовины 2, соединяющей вилки с помощью игольчатых подшипников. Вилка 3 может поворачиваться относительно оси ОО крестовины и одновременно с крестовиной поворачиваться относительно оси О1О1 при передаче вращения с ведущего вала на ведомый при изменяющемся угле γ между валами.

Рисунок 1 — Карданные шарниры

а — неравных угловых скоростей; б — равных угловых скоростей; 1, 3 — вилки; 2 — крестовина; 4, 5 — валы; 6, 7 — шарики; ω1, ω2 — угловые скорости ведущего и ведомого валов соответственно; γ, Θ — углы между валами

Если ведущий вал повернется на некоторый угол α, то ведомый вал за это время повернется на какой-то другой угол β и соотношение между углами поворота валов будет:

tg α = tg β cos γ.

Следовательно, валы вращаются с разными скоростями (ω1 ≠ ω2), а ведомый вал — еще и неравномерно. Неравномерность вращения валов тем больше, чем больше угол γ между валами. При этом неравномерное вращение валов вызывает дополнительную динамическую нагрузку на детали трансмиссии и увеличивает их изнашивание.

Для устранения неравномерного вращения используют два карданных шарнира неравных угловых скоростей, которые устанавливают на концах карданного вала. При этом вилки карданных шарниров, соединенные с карданным валом, располагаются в одной плоскости. Тогда неравномерность вращения, создаваемая первым карданным шарниром, выравнивается вторым карданным шарниром, и ведомый вал вращается равномерно со скоростью ведущего вала.

Карданные шарниры неравных угловых скоростей допускают передачу вращения при углах γ между валами до 15...20º.

Карданный шарнир равных угловых скоростей (синхронный) состоит из фасонных вилок (рисунок 1, б), изготовленных за одно целое с ведущим 4 и ведомым 5 валами. Вилки имеют овальные делительные канавки, в которых находятся рабочие шарики 6. Центрирование вилок осуществляется шариком 7, размещенным в сферических углублениях внутренних торцов вилок.

Вращение с вала 4 на вал 5 передается через рабочие шарики 6. Канавки вилок имеют специальную форму, которая независимо от изменения угла γ между валами обеспечивает расположение рабочих шариков в плоскости АА, делящей угол Θ пополам. В результате этого оба вала вращаются с равными скоростями (ω1 = ω2).

Шариковый шарнир такого типа может передавать вращение при углах γ между валами, достигающих 30...32º.

Шарнир прост по конструкции и сравнительно недорог при изготовлении. Однако он имеет ускоренное изнашивание из-за наличия скольжения рабочих шариков относительно канавок и высокого давления между шариками и канавками.

carspec.info

Шарниры равных угловых скоростей — Энциклопедия журнала "За рулем"

Схема ШРУСа:ω1, ω2 — угловые скорости валов 1 и 2 соответственно;α, β — угол шарнира;О — точка контакта рычагов валов 1 и 2;r1, r2 — радиусы вращения рычагов вала 1 и вала 2 соответственно;OO' — биссектриса угла ϕ

Передние ведущие колеса полноприводных и переднеприводных автомобилей являются также и управляемыми, т. е. должны поворачиваться, что требует использования между колесом и полуосью шарнирного соединения. Карданные шарниры неравных угловых скоростей передают вращение циклически и работают при небольших значениях углов между валами, что делает в этом случае их применение проблематичным. В этих условиях нашли применение синхронные шаровые сочленения, называемые шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС).В переднеприводном автомобиле обычно используются два внутренних таких шарнира (связаны с коробкой передач) и два внешних (крепятся к колесам). Устройство этих шарниров можно представить так: в каждом шарнире имеются две главные детали — корпус и обойма, одна в другой. В этих деталях выполнены канавки с шариками, которые, по сути дела, жестко соединяют обе сферические детали, через них и передается вращение от двигателя к колесу. В то же время, двигаясь в канавках, шарики позволяют одной сферической детали поворачиваться относительно другой и при этом осуществлять поворот колеса. При всем многообразии конструктивных решений, в шарнирах равных угловых скоростей должен выдерживаться единый принцип: точки контакта, через которые передаются окружные силы, должны находиться в плоскости, проходящей через биссектрису угла между валами (в биссекторной плоскости).

Cдвоенный карданный шарнир

Это условие можно обеспечить различными способами. Простейшее решение — объединить два обычных карданных шарнира неравных угловых скоростей так, чтобы ведомая вилка одного служила ведущей вилкой другого. Такая конструкция получила название сдвоенного карданного шарнира.Первые конструкции сдвоенных шарниров в 20-х гг. прошлого века были довольно громоздки, не оставляли в ступице переднего колеса места для тормозного механизма, который приходилось перемещать к картеру главной передачи. Однако со временем сдвоенные карданные шарниры совершенствовались, становились более компактными и продержались на легковых автомобилях до 60-х гг. Для сдвоенных шарниров на игольчатых подшипниках характерен усиленный износ этих подшипников и шипов крестовины, так как благодаря преимущественно прямолинейному движению автомобиля иглы подшипников не перекатываются, вследствие чего поверхности деталей, с которыми они соприкасаются, подвержены бринеллированию, а сами иглы иногда сплющиваются.

Кулачковые карданные шарниры

Карданный шарнир «Тракта»

Кулачковые карданные шарниры:а — шарнир «Тракта»,б — дисковый

В 1925 г. на переднеприводных автомобилях появляется шарнир «Тракта» (позиция "а" на рисунке), состоящий из четырех штампованных деталей: двух втулок и двух фасонных кулаков, трущиеся поверхности которых подвергаются шлифованию. Если разделить по оси симметрии кулачковый карданный шарнир, то каждая часть будет представлять собой карданный шарнир неравных угловых скоростей с фиксированными осями качания (так же, как у сдвоенного карданного шарнира). В нашей стране был разработан кулачково-дисковый шарнир, который применяется на полноприводных грузовиках КрАЗ, Урал, КамАЗ. Шарнир (позиция "б" на рисунке) состоит из пяти простых по конфигурации деталей: двух вилок, двух кулаков и диска.Кулачковые шарниры благодаря наличию развитых поверхностей взаимодействующих деталей способны передавать значительный по величине крутящий момент при обеспечении угла между валами до 45°. Но трение скольжения между контактирующими поверхностями приводит к тому, что этот шарнир имеет самый низкий КПД из всех шарниров равных угловых скоростей. Следствием этого является значительный нагрев и задиры на деталях шарнира.

карданный шарнир «Вейс»

Шарнир с делительными канавками типа «Вейс»:1, 5 — валы;2, 4 — кулаки;3 — шарики;6 — центрирующий шарик;7, 8 — фиксирующие штифты

Недостатки сдвоенных шарниров и шарниров кулачкового типа были толчком к поиску новых решений, и в 1923 г. немецкий изобретатель Карл Вейс запатентовал шариковый карданный шарнир с делительными канавками (типа «Вейс»).Особенностью этого шарнира является то, что при движении автомобиля вперед движение передается одной парой шариков, а задним ходом — другой парой. Передача усилий только двумя шариками при точечном контакте приводит к большим контактным напряжениям. Поэтому он обычно устанавливается на автомобили с нагрузкой на ось, не превышающей 30 кН. В годы Второй мировой войны подобные шарниры производства фирмы «Бендикс» устанавливались на такие автомобили, как Виллис, Студебекер, Додж. В отечественной практике они применяются на автомобилях УАЗ, ГАЗ-66.Сочленения типа «Вейс» технологичны и дешевы в производстве, позволяют получать угол между валами до 32°. Но срок службы из-за высоких контактных напряжений обычно не превышает 30 тыс. км.

Карданный шарнир «Рцеппа»

Карданный шарнир «Рцеппа»:1 - биссекторная плоскость2 - делительный рычажок

В 1927 г. появился шариковый шарнир с делительным рычажком (шарнир "Рцеппа"). Шарнир технологически сложен, но он более компактен, нежели шарнир с делительными канавками, и может работать при углах между валами до 40°. Так как усилие в этом шарнире передается всеми шестью шариками, он обеспечивает передачу большого крутящего момента при малых размерах. Долговечность его достигает 100–200 тыс. км.

Карданный шарнир «Бирфильд»

Шестишариковый шарнир с делительными канавками

Дальнейшей эволюцией этого подхода является шестишариковый шарнир типа «Бирфильд» с делительными канавками. Такой шарнир может работать при угле между валами до 45°. Шарниры этого типа имеют высокую долговечность. Основной причиной преждевременного разрушения шарнира является повреждение эластичного защитного чехла. По этой причине автомобили высокой проходимости часто имеют уплотнение в виде стального колпака. Однако это приводит к увеличению габаритов шарнира и ограничивает угол между валами до 40°. Данный тип шарниров широко применяется в карданной передаче передних управляемых и ведущих колес современных автомобилей. Он устанавливается на наружном конце карданного вала; при этом на внутреннем конце необходимо устанавливать шарнир равных угловых скоростей, способный компенсировать изменение длины карданного вала при деформации упругого элемента подвески. Такие функции совмещает в себе универсальный шестишариковый карданный шарнир (тип GKN).

Карданный шарнир тип GKN

Универсальный шестишариковый карданный шарнир GKN:1 — стопорное кольцо корпуса внутреннего шарнира;2 — защитное кольцо внутреннего шарнира;3 — корпус внутреннего шарнира;4 — упор вала;5 — стопорное кольцо;6 — обойма;7 — шарик; 8 — упорное кольцо;9 — сепаратор;10 — наружный хомут;11 — фиксатор внутреннего шарнира;12 — защитный чехол;13 — внутренний хомут;14 — вал привода колеса;15 — защитное кольцо наружного шарнира;16 — корпус наружного шарнира

Осевое перемещение обеспечивается перемещением шариков по продольным канавкам корпуса, при этом, требуемая величина перемещения определяет длину рабочей поверхности, что влияет на размеры шарнира. Максимальный допустимый угол наклона вала в данной конструкции ограничивается 20°. При осевых перемещениях шарики не перекатываются, а скользят, что снижает КПД шарнира.

Карданный шарнир Loebro

Карданный шарнир Loebro:1- Канавки с углом проточки 15-16°

Шарнир Loebro отличается от GKN тем, что канавки в чашке и кулаке нарезаны под углом 15-16° к образующей цилиндра, а геометрия сепаратора правильная – без конусов и с параллельными наружной и внутренней сторонами. Он меньших размеров, чем другие шестишариковые шарниры, кроме того, сепаратор его менее нагружен, поскольку не выполняет функции смещения шариков кулаков.

wiki.zr.ru

Карданный шарнир для стедикама своими руками

О выборе шарнира для стедикама, об изготовлении карданного шарнира из резьбовых барашков и о юстировке вилки карданного шарнира.

Самые интересные ролики на Youtube

Близкие темы.

Самодельный монопод из телескопической ручки с инерционным стабилизатором.

Как сделать простой направленный стерео микрофон из всякого хлама?

Как записывать, смотреть и редактировать видеоролики формата MOV от Nikon?

Оглавление.

1. Пролог.
2. Выбор конструкции стедикама.
3. Выбор конструкции шарнира для стедикама типа «Merlin».
4. Самодельный карданный шарнир.
5. Управление камерой в двух плоскостях.
6. Быстросъёмная площадка.
7. Стедикам (Steadicam) своими руками.
8. Доработка стедикама
9. Дополнительные материалы

Выбор конструкции шарнира для стедикама типа «Merlin»

Конструкция стедикама типа «Мерлин» («Merlin») допускает использование двух типов шарниров, шарового и карданного.

Шаровой шарнир значительно упрощает конструкцию стедикама, но он не способен передать вращение от ручки к подвижной части стедикама.

Такой шарнир проще изготовить, но сложнее снизить трение, возникающее между шариком и пяткой. Есть, правда, шаровые шарниры, обладающие меньшим трением. Пятка таких шарниров заполнена мелкими шариками. Но, мне такой шарнир раздобыть не удалось.

Во время экспериментов, я всё же попытался изготовить шаровой шарнир из шарика от узла крепления телескопической антенны и капролоновой пятки. Но, трение в шарнире оказалось слишком большим, даже после применения прокладки из фторопласта. Так что, пришлось подумать об изготовлении более сложного, карданного шарнира.

В карданном шарнире проще снизить трение, но его намного сложнее изготовить. Но, если я чего втемяшил себе в голову…

Вернуться наверх к оглавлению.

Самодельный карданный шарнир.

В поисках подходящих деталей отправился на местный радиорынок. И когда мне на глаза попались резьбовые барашки, я сразу купил несколько разных комплектов, так как понял, что, имея самые сложные детали шарнира – вилки, изготовить всё остальное будет намного проще.

Всё остальное, это крестовина. Для её изготовления я подобрал подходящую втулку, в которой к тому же оказалась нарезанной резьба М3, и просверлил в ней два перпендикулярных друг другу отверстия.

Эта операция требует предельной аккуратности, так как от точности изготовления крестовины зависит точность баланса стедикама. Конечно, точность баланса зависит и от точности изготовления нижней вилки карданного шарнира, но вилку можно отрегулировать и позже, чего не скажешь о крестовине.

Ось и две полуоси изготовил из пружинной стали диаметром 1,6мм.

Имеющуюся во втулке резьбу М3 использовал для крепления целой оси, а для крепления полуосей, просверлил ещё два отверстия и нарезал в них резьбу М2.

Во время сборки шарнира, закрепил оси стопорными винтами. Винты, в свою очередь, застопорил краской.

Так как выбранные резьбовые барашки оказались с резьбой М4, а мне требовалась резьба М3 и М5, то я развальцевал в каждом барашке по соответствующей буксе.

Для снижения трения, между крестовиной и вилками вставил шайбы М1,6. Подшипники скольжения смазал техническим вазелином (ЦИАТИМ).

Если после сборки стедикама, камера самопроизвольно вращается даже при незначительном наклоне ручки, значит, шарнир изготовлен недостаточно точно.

На картинке иллюстрация работы карданного шарнира, у которого нижняя вилка расположена ассиметрично по отношению к валу.

В случае, когда ручка расположена строго вертикально (поз.1), ничего страшного вроде не происходит. Однако стоит отклонить ручку от вертикали (поз.2), как подвижная часть стедикама начнёт вращаться и, пытаясь уравновесить систему, изменит положение камеры (поз.3). Произойдёт это потому, что точка опоры подвижной части стедикама оказалась выше точки, в которой система входит в равновесие.

Чтобы, при самостоятельном изготовлении карданного шарнира, обеспечить его симметрию относительно оси вращения, желательно промерить положение нижней вилки в двух плоскостях и, при необходимости, подогнуть "зубья". Последние можно подогнуть двумя парами пассатижей.

Я делал промеры с помощью индикатора, но подойдёт и штангенциркуль, если в качестве точки отсчёта выбрать какую-нибудь жёстко закреплённую деталь.

Также следует с максимально-возможной точностью изготовить крестовину шарнира.

Тут нужно добавить, что если определённым образом сориентировать «неправильный» карданный шарнир относительно положения камеры, установленной на стедикаме, то можно будет использовать ручку в качестве джойстика для управления положением камеры в горизонтальной плоскости.

Для придания шарниру «неправильности» достаточно сместить оси крестовины относительно друг друга.

Я ради эксперимента изготовил такую крестовину, но, из-за возникающего «рысканья» камеры, отказался от её применения.

Вернуться наверх к оглавлению.

oldoctober.com

Карданный шарнир Википедия

Карданово соединение (шарнир Гука)

Карда́нная переда́ча (разговорное — «крестовина») — механизм, передающий 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 XVI в. (но 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 (где главная проблема в передаче крутящего момента на поворотные колеса). 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.

Карданные валы должны быть очень точно отбалансированы и иметь тщательную развесовку, поскольку они вращаются на высоких скоростях и реализуют крутящий момент на колесах. Если в работе приводного вала наблюдаются какие-либо проблемы, то это влияет на управляемость автомобиля. Обычно они вызывают появление таких симптомов, которые однозначно указывают водителю на необходимость устранения неисправности приводного вала. Одним из первых симптомов выхода приводного вала из строя являются вибрации в нижней части автомобиля. При износе карданного шарнира или втулок может наблюдаться сильная вибрация приводного вала. Другим признаком неисправности приводного вала является наличие посторонних шумов. При износе или разрушении втулок, опорного подшипника или карданных шарниров вращение приводного вала может быть затруднено или нарушено. При этом могут наблюдаться посторонние шумы (лязг, грохот или скрежет) в нижней части автомобиля. При появлении подобных шумов необходимо как можно скорее произвести диагностику и ремонт карданного вала.[1]

См. также

Примечания

Ссылки

wikiredia.ru

• 
  Фольксваген транспортер т2
• 
  Безопасности к
• 
  Рено мастер 3
• 
  Схема автомобиля
• 
  Объезд препятствия
• 
  Подвесной мостовой кран
• 
  Виды подшипников и их классификация
• 
  Терморегулирующий вентиль
• 
  Двигатель д 240 технические характеристики
• 
  Электрическим током называется
• 
  Дороги общего пользования определение