Кардан - это важный автомобильный компонент: назначение и устройство

Кардан - важная деталь автомобиля, отвечающая за передачу крутящего момента между элементами трансмиссии. Без кардана невозможно представить современные машины с приводом на задние или все колеса. Давайте разберемся, что из себя представляет это устройство и почему оно так важно.

История появления кардана

Карданная передача была изобретена итальянским инженером Джероламо Кардано в 16 веке. Однако широкое применение кардан нашел только в конце 19 века благодаря французскому промышленнику Луи Рено, который использовал его в своих автомобилях.

Применение карданного вала позволило надежно и без провалов передавать крутящий момент даже при езде по неровной дороге, — Луи Рено

Интересно, что принцип работы первых автомобильных карданов практически не отличался от современных образцов. Конечно, появились новые материалы и технологии, но общая концепция осталась неизменной на протяжении более 100 лет.

Устройство и типы карданных передач

Кардан может быть выполнен в двух вариантах:

Односекционный — чаще всего используется на спортивных автомобилях для быстрой передачи крутящего момента.
Многосекционный — применяется на большинстве легковых и грузовых машин, состоит из нескольких частей, соединенных шарнирами.

Для соединения секций используются шарниры двух типов:

Неравных угловых скоростей (НУС) — классический вариант, применяется повсеместно.
Равных угловых скоростей (РУС) — более совершенный и дорогой тип, обеспечивает синхронную передачу крутящего момента.

Также различают карданные передачи с упругими и жесткими шарнирами. Первые выполняют функцию демпфирования, вторые отличаются большей прочностью и долговечностью.

Для передачи крутящего момента с постоянной угловой скоростью используются зубчатые муфты в конструкции карданных шарниров.

Основные детали карданного вала

Любой карданный вал состоит из нескольких основных компонентов:

Центральная труба — полый металлический вал.
Крестовины с игольчатыми подшипниками.
Вилки для соединения крестовин с валом.
Шлицевое соединение для стыковки кардана и КПП.

Рассмотрим конструкцию этих узлов подробнее.

Центральный вал

Вал кардана представляет собой металлическую трубу, чаще всего выполненную из стали или чугуна. На концах располагаются фланцы для крепления вилок или соединения с дифференциалом. Для уменьшения веса внутри вала размещают свинцовые грузы-демпферы.

Крестовины карданного вала

Крестовина является основным рабочим органом, передающим крутящий момент за счет вращения. Крестовины размещаются в подшипниках скольжения и соединены с вилками на концах вала при помощи шлиц или шпонок.

Максимальный допустимый угол перекоса между валами зависит от конструкции крестовины, обычно он составляет от 8 до 45 градусов.

Скользящее шлицевое соединение

Для компенсации перемещений и колебаний валов скользящее шлицевое соединение позволяет вилке кардана перемещаться в осевом направлении относительно выходного вала коробки передач с сохранением зацепления шлицов.

Такое решение значительно снижает динамические нагрузки на подшипники крестовин по сравнению с жестким соединением.

Функции карданной передачи в автомобиле

Основная функция кардана - это передача крутящего момента от двигателя через коробку передач к ведущим мостам автомобиля. Без кардана невозможно обеспечить связь между агрегатами с вращающимися валами, расположенными под углом друг к другу или имеющими относительное перемещение.

Кардан применяется в автомобилях:

С задним приводом — для передачи крутящего момента от КПП к заднему мосту.
С передним приводом — в системе рулевого управления и привода вспомогательных агрегатов.
С полным приводом — для передачи крутящего момента к переднему и заднему мостам.

Кардан передний в системе рулевого управления

Это позволяет разместить рулевую колонку в удобном для водителя положении и скомпенсировать перемещения при повороте колес. Также передний кардан применяется в конструкции шарнирно-сочлененных автобусов.

Рулевой кардан как альтернатива рулевой рейке

На некоторых автомобилях вместо рейки используется кардан, соединенный непосредственно с поворотными кулаками. Это позволяет увеличить ремонтопригодность и заменить только неисправный элемент в случае поломки.

Применение карданов во вспомогательных системах

Помимо трансмиссии, карданные валы используются для привода вспомогательного оборудования:

Кондиционер
Гидроусилитель руля
Вакуумный усилитель тормозов
Генератор

Это позволяет разместить агрегаты в наиболее подходящих по компоновке местах и передавать крутящий момент при помощи карданных валов.

Рулевой кардан в аварийной ситуации

Рулевой кардан может служить запасным вариантом рулевого управления в случае выхода из строя основной системы. Конечно, усилие на руле будет большим, но машину можно будет направить на обочину в ожидании эвакуатора.

Типичные неисправности карданных передач

Несмотря на относительную простоту конструкции, кардан может выходить из строя, о чем сигнализируют различные признаки:

Повышенный люфт

Люфт в карданных шарнирах приводит к постукиваниям и стукам при трогании или разгоне. В первую очередь стоит проверить затяжку крепежа крестовин и состояние подшипников.

Вибрация на определенных скоростях

Если вибрация возникает в диапазоне 60-120 км/ч, скорее всего, причина в неисправности кардана. Следует проверить балансировку вала, люфты в шарнирах и подшипниках.

Течь масла из сальников

Со временем сальники в местах соединения кардана и КПП изнашиваются, что приводит к утечке масла. Требуется замена сальников или восстановление шлицевого соединения.

Посторонние стуки

Стуки, не связанные с повышенным люфтом, могут возникать из-за трещин в крестовинах или разрушения их подшипников. Необходим осмотр и замена поврежденных деталей.