Карданный вал - что это и как работает

Передача энергии вращения между несоосными объектами сопряжена с рядом трудностей, главная из которых – невозможность использовать жесткую сцепку, которую будет изгибать при повороте. Еще хуже дело обстоит, если величина несоосности, а также расстояние между объектами постоянно меняется. Поэтому передача энергии вращения от коробки переключения передач (КПП) к заднему или переднему мосту требует особых технических решений, позволяющих справиться с этими проблемами. Ведь необходимо, чтобы сцепка, по которой энергия вращения поступает в мост, обладала достаточной жесткостью и в то же время компенсировала несоосность.

Что такое карданный вал

Карданный вал (кардан) состоит из трубы и двух шарниров, которые позволяют изменять угол вращения от 0 до 30 градусов. Основа шарнира – крестовина, изготовленный из круглого прута стальной крест, на котором надеты колпачки игольчатых подшипников. Крестовину с подшипниками вставляют в две вилки, расположенные относительно друг друга под углом 90 градусов. Все конструкция образует шарнир неравных угловых скоростей. С помощью одного кардана получается эффективно компенсировать несоосность при угле отклонения шарниров не более 20 градусов. Отклонение на больший угол приводит к увеличению потери мощности.

На большинстве легковых автомобилей карданный вал изготовлен из двух карданов, один из которых зафиксирован опорным подшипником. Это необходимо для снижения потерь мощности и снижения вибраций. Чем длинней труба кардана и выше скорость ее вращения, тем более сильные вибрации она производит. На грузовых автомобилях скорость вращения кардана заметно меньше, да и влияние вибраций из-за массы самого автомобиля ощущается слабей, чем на легковых машинах. Поэтому наибольшее распространение получили следующие схемы карданного вала:

Легковые автомобили:

• привод переднего моста – один вал без опорных подшипников;
• привод заднего моста – два вала, один из которых с опорным подшипником.

Грузовые автомобили:

• передний и задний мост – один вал без опорного подшипника.

Компенсация изменения расстояния от КПП до моста

Еще одна проблема, которую автопроизводители решают различными способами – изменение расстояния от КПП до моста. Когда автомобиль движется по пересеченной местности, высота моста постоянно меняется, что приводит к изменению расстояния. Если не компенсировать изменение расстояния, то нагрузка на игольчатые подшипники крестовины возрастет, что приведет к сокращению ресурса и росту потерь мощности. На грузовых трехосных автомобилях с этой проблемой справились с помощью особой конструкции заднего моста, снижающей вертикальную подвижность редуктора.

Вместо одновременного движения вверх или вниз обеих сторон моста, он поворачивается таким образом, что одна из сторон поднимается, а другая опускается. С какой стороны движению препятствует кочка или бугор, та и поднимается. С какой стороны яма, та и опускается. На легковых автомобилях для компенсации расстояния используют особую конструкцию вала, состоящего из трубы со шлицевым наконечником и скользящей вилки, которая передвигается по шлицам. Когда расстояние между КПП и мостом увеличивается, вилка сдвигается в сторону моста, компенсируя изменение длины. Когда расстояние уменьшается, вилка сдвигается в сторону КПП.

Проверка состояния карданного вала

Проверку состояния кардана проводят, если появилась вибрация при движении на высокой скорости, гул, шум, стуки, которых раньше не было. Для проверки карданного вала необходим подъемник, эстакада или смотровая яма. Если проверка проводится на яме или эстакаде, необходимо поднять заднюю (если проверяете передний карданный вал, то переднюю) сторону автомобиля так, чтобы колеса свободно вращались. О том, как безопасно поднимать автомобиль, читайте в статье (Замена и восстановление амортизаторов).

Проверка проводится в несколько этапов:

1. Проверка затяжки соединительных элементов (крепление эластичной муфты, фланцевого соединения и подвесного подшипника). Все соединения должны состоять из болта, гроверной шайбы и гайки. Если где-то нет гроверной шайбы, то велика вероятность, что под действием вибрации гайка открутится и болт выпадет. Момент затяжки должен соответствовать указанному в инструкции по эксплуатации.
2. Проверка состояния эластичной муфты. Для этого необходимо медленно крутить карданный вал и внимательно осматривать состояние муфты. При обнаружении разрывов, трещин и других повреждений муфту необходимо заменить.
3. Проверка состояния шлицевого соединения. Чтобы проверить соединение, одной рукой держите вал, другой пытайтесь вращать эластичную муфту в разные стороны. При обнаружении даже незначительного люфта, кардан и соединение необходимо заменить.
4. Проверка шарниров. Вставьте между вилками шарнира мощную отвертку и покачайте. Если обнаружили люфт, замените крестовины.
5. Проверка состояния подвесного подшипника. Чтобы проверить подшипник, одной рукой обхватите вал до него, другой после и подергайте в разные стороны. Если обнаружили хотя бы небольшой люфт, замените крестовины.
6. Если все это не помогло, необходимо проверить балансировку с помощью специального стенда. Для проведения этой операции обратитесь в крупный автосервис, в котором есть соответствующее оборудование.

Обслуживание карданного вала

В большинстве случаев обслуживание сводится к регулярной (каждые 3 – 5 тысяч километров) проверке и замене поврежденных деталей, а также смазке шлицевого соединения. Исключение составляют карданные валы со смазываемыми подшипниками крестовин. Они отличаются от необслуживаемых наличием тавотницы – устройства для закачивания смазки. Такие крестовины смазывают с помощью шприца. Мнения насчет оптимальной смазки расходятся. Несмотря на то, что этот узел на всех автомобилях работает одинаково, не только автомеханики, но даже инструкции по эксплуатации различных автомобилей рекомендуют разную смазку. Наилучшие результаты дают литиевая смазка Castrol Komplexmett и российские ТАД-17 и №158. Эти смазки дают хорошие результаты как на российских, так и на иностранных автомобилях. Шприц для смазки карданного вала продают в большинстве автомагазинов. Если у вас по каким-то причинам не получается смазать кардан на автомобиле, то снимите его и положите на стол. В таком состоянии смазать его гораздо легче.

Замена крестовин

На большинстве советских, российских и иностранных автомобилей для замены крестовины необходимо снять кардан с автомобиля, извлечь стопорные кольца, которые удерживают чашки игольчатых подшипников, после чего вытащить крестовину из обеих вилок. При сборке важно не перепутать направление вала. Установка задней вилки на переднюю крестовину, равно как и разворот вала на 180 градусов приведет к разбалансировке и появлению вибраций. Во время установки не разбирайте крестовину и не снимайте с нее чашки подшипников, это приведет к ухудшению ее работы и снижению ресурса.

Снятие и установка карданного вала

Снятие вала не вызывает трудностей. Необходимо открутить болты и гайки, соединяющие фланцы карданного вала и редуктора моста, отвести фланец кардана от редуктора и опустить вниз. Затем открутить болты крепления эластичной муфты и отвести кардан от КПП. В последнюю очередь открутить болты крепления подвесного подшипника. Установка производится в обратном порядке.