Для того чтобы автомобиль мог двигаться, крутящий момент от двигателя должен быть передан на колеса, которые имеют ведущее значение. Двигатель и трансмиссия надежно фиксируются к кузову через опоры, в то время как ведущие колеса размещаются на подвижных и упругих элементах подвески. Поэтому во время движения их взаимное положение меняется. Как же в таких условиях можно осуществить передачу крутящего момента?
Для решения этой проблемы применяются приводные валы с шарнирами. В заднеприводных машинах применяются валы с шарнирами разных угловых скоростей, в переднеприводных — с шарнирами одинаковых угловых скоростей. В повседневной практике первые называем карданом, вторые — ШРУС (сокращённое наименование).
Карданная передача
Устройство карданной передачи.
Карданная передача состоит из двух вилок, соединённых между собой с помощью крестовины. На концы крестовины устанавливаются игольчатые подшипники. Крестовина фиксируется в проушинах вилок с помощью стопорных колец. В одинарной карданной передаче угловые скорости вращения ведущей и ведомой вилок различны. Поэтому в автомобилях используются две передачи, при этом неравномерное вращение первой передачи компенсируется неравномерным вращением второй.
Две карданные передачи соединяются между собой посредством тонкостенного стального вала. Одна из передач через шлицы соединяется с выходным валом КПП, а вторая с помощью фланца – с ведущей шестерней главной передачи. Шлицевое соединение даёт возможность при движении изменять длину вала (вал перемещается по шлицам). При значительной длине вала передача начинает сильно вибрировать, а напольный тоннель в кузове необходимо делать чересчур высоким. Поэтому в большинстве автомобилей используют карданную передачу с промежуточным валом.
Карданная передача позволяет передавать крутящий момент под углом, не превышающим 20 градусов. При превышении этого значения нагрузка на шарниры существенно возрастает, что приводит к усиливающимся вибрациям и неравномерному вращению. Поэтому подобные передачи не подходят для переднеприводных автомобилей, так как в них необходима передача момента под углом свыше 20 градусов.
Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС)
Работа шарнира равных угловых скоростей.
Решение было найдено в использовании шарнира равных угловых скоростей (ШРУС). Крутящий момент передается от двигателя к колесу с помощью пары ШРУСов – внутреннего и наружного. Наружный ШРУС должен обеспечивать передачу момента исключительно в меняющихся угловых направлениях, а внутренний, в дополнение, и в осевом направлении. Таким образом, внутренний ШРУС, изменяя длину всей передачи (по аналогии со шлицевым соединением в карданной передаче), компенсирует перемещения силового агрегата во время движения автомобиля.
На протяжении всей истории автомобилестроения было разработано как минимум десять типов шарниров, однако в настоящее время используются в основном два: шариковый ШРУС и ШРУС типа «трипод».
Шариковый шарнир включает в себя корпус с внешней обоймой, внутреннюю обойму, шесть шариков и сепаратор, который удерживает шарики на месте. Шарики расположены в канавках обоймы и корпуса, который соединён с приводным валом благодаря шлицевому соединению. Внутренние и наружные ШРУСы имеют конструктивные отличия: дорожки для шариков во внутреннем шарнире – прямые, а в наружном – с радиусом. Радиусные дорожки обеспечивают больший угол поворота, а прямые позволяют компонентам шарниров смещаться в осевом направлении, что компенсирует колебания передней подвески и движимого агрегата.
Конструкция шарикового ШРУСа
Шариковый ШРУС нуждается в регулярной и достаточной смазке, не переносит загрязнений. Защита обеспечивается резиновыми защитными чехлами (пыльниками). Пыльники шарниров сделаны в виде гофры, чтобы каждый раз, когда пыльник сжимается, распределенная по стенкам смазка возвращалась обратно в шарнир.
Шарниры типа «трипод» существуют также в двух вариантах: жесткие и универсальные. Жесткие обеспечивают передачу момента под большими углами и применяются в качестве наружных. Универсальные функционируют при меньших углах, но допускают осевые смещения – поэтому их устанавливают как внутренние.
Устройство карданного шарнира.
Жесткий шарнир состоит из корпуса, который соединен с входным валом. В корпусе надежно установлена трехлучевая опора, на концах которой размещены вращающиеся ролики с шаровидной поверхностью. Внутрь корпуса вставлена вилка с выходным валом, в которой для движения по роликам сделаны три паза цилиндрической формы. Торцевая поверхность вилки имеет сферическую форму, что дало возможность получить увеличенный рабочий угол между соединенными валами.
Универсальный шарнир состоит из корпуса, трех роликов, надетых на пальцы трехлучевой опоры, установленной на шлицевой участок выходного вала. Ролики на пальцах опоры вращаются при помощи игольчатых подшипников. Во внутренней части корпуса предусмотрены канавки для роликов, что обеспечивает требуемый угол поворота внутреннего шарнира и позволяет опоре двигаться в продольном направлении.
