Карданные шарниры неравных угловых скоростей. Простейший карданный шарнир состоит из двух вилок укрепленных на валах, и крестовины с шипами, входящими в отверстия вилок и соединяющими шарнирно валы. Вилка, поворачиваясь относительно оси А—А, может одновременно с крестовиной поворачиваться относительно оси Б—Б, обеспечивая передачу вращения от одного вала к другому при изменении угла между осями валов. Такой карданный шарнир называется жестким шарниром неравных угловых скоростей. В нем при равномерном вращении ведущей вилки ведомая вилка вращается неравномерно: в течение одного оборота она дважды обгоняет ведущую вилку и дважды отстает от нее. В результате этого возникают дополнительные нагрузки, вызывающие изнашивание деталей шарнирного соединения и узлов трансмиссии.

Для устранения неравномерного вращения применяют два одинаковых карданных шарнира, причем их вилки, расположенные на противоположных концах карданного вала, должны лежать в одной плоскости. Тогда неравномерность, вызываемая одним карданным шарниром, компенсируется неравномерностью другого. Однако и при двух карданных шарнирах угол между осями валов не должен превышать —23°.

При движении автомобиля в результате прогиба рессор расстояние между коробкой передач и задним мостом изменяется, поэтому на валу одну из вилок карданного шарнира устанавливают на шлицах, чтобы длина карданного вала также могла изменяться.

В карданных передачах легковых автомобилей наряду с жесткими шарнирами неравных угловых скоростей применяют и мягкие карданные шарниры, имеющие упругий элемент в виде муфты из эластичного материала, упругая деформация которого позволяет не только передавать крутящий момент между валами, пересекающимися под углом 2—5°, но и защищает трансмиссию от жестких ударов. Примером такой передачи может служить карданная передача автомобилей ВАЗ-2105, -2107 и др. Она состоит из переднего и заднего карданных валов, промежуточной опоры и трех шарниров, из которых передний представляет собой упругий элемент, соединяющий ведомый вал коробки передач с передним валом карданной передачи.

Рис. 1. Схема карданной передачи (а) с шарнирами (б) неравных угловых скоростей

Карданные шарниры равных угловых скоростей. Условия работы карданных передач определяются в первую очередь углами а наклона осей их валов: чем больше эти углы, тем в более тяжелых условиях работает передача. В особо тяжелых условиях работает карданная передача ведущих управляемых колес переднеприводных автомобилей, у которых угол наклона осей валов, изменяясь по величине и направлению (при повороте автомобиля), может достигать 35—40°. В таких передачах применяют шарниры равных угловых скоростей (шариковые или кулачковые), обеспечивающие передачу крутящего момента, равномерное вращение ведомого вала и поворот управляемых колес.

Широкое распространение получили карданные шариковые шарниры с делительными канавками. Они состоят из двух вилок, пяти шариков и штифта. Вилки изготовлены заодно целое со шлицевыми валами. При помощи торцовых сферических углублений и центрального шарика вилки центрируются между собой. Положение шарика фиксируется штифтом, удерживаемым от осевых смещений шпилькой. В делительные канавки вилок закладываются четыре рабочих шарика, которые удерживаются от выкатывания из делительных канавок центральным шариком.

При вращении ведущего вала крутящий момент от одной вилки к другой передается через рабочие шарики. Делительные канавки имеют такую форму, которая независимо от угловых перемещений вилок обеспечивает расположение шариков в плоскости, делящей пополам угол между осями вилок, в результате чего оба вала вращаются с равными угловыми скоростями.

Наряду с шариковыми шарнирами часто применяют и кулачковые шарниры равных угловых скоростей. Они состоят из двух вилок, двух кулаков и диска. Диск заходит в пазы кулаков и передает вращение от ведущей вилки к ведомой. В вертикальной плоскости вилки поворачиваются вокруг кулаков, а в горизонтальной — вместе с кулаками вокруг диска. Кулачковый карданный шарнир работает подобно двум сочлененным жестким карданным шарнирам, из которых первый создает неравномерность вращения, а второй устраняет эту неравномерность. Этим и достигается вращение ведущего и ведомого валов с равными угловыми скоростями.

Из-за простоты конструкции и сравнительно высокой работоспособности шариковые и кулачковые карданные шарниры нашли широкое применение в приводах к ведущим управляемым колесам многих автомобилей (ЗИЛ-131, ГАЗ-66-11, КамАЭ-4310, ВАЗ-2108 «Спутник»),

Устройство карданных передач. На современных автомобилях привод к ведущим мостам осуществляется карданными передачами с шарнирами неравных угловых скоростей. Устройство карданных передач автомобилей различных марок практически одинаково, отличие заключается главным образом в размерах и форме отдельных деталей.

Рис. 2. Карданные шарниры равных угловых скоростей: а—шариковый; б—кулачковый

Типичным примером конструкции карданной передачи является карданная передача автомобиля ЗИЛ-130. Она состоит из промежуточного и основного валов, соединенных с помощью шлицев, промежуточной опоры и трех жестких карданных шарниров I—III неравных угловых скоростей.

Все три карданных шарнира имеют одинаковую конструкцию, которая позволяет им работать с максимальным рабочим углом между осями валов, равным 19°. Карданный шарнир состоит из двух вилок, крестовины, четырех стаканов с установленными в них подшипниками, деталей крепления и уплотнений подшипников.

Крестовина имеет четыре шипа, в центре которых просверлены несквозные смазочные каналы. На каждый шип надет игольчатый подшипник. Иглы подшипника расположены в стакане и внутренней обоймы не имеют. Стакан устанавливается в вилке шарнира и удерживается крышкой, которая крепится болтами, стопорящимися усиками пластины. При сборке карданных шарниров в каждое глухое отверстие шипа закладывается консистентный смазочный материал, который в процессе эксплуатации не добавляется. Для удержания смазочного материала подшипники снабжены сальниками: один из них (радиальный) установлен в стакане подшипника, а другой (торцовый) на шипе крестовины. В крестовинах, выпускавшихся ранее, имелись масленки для смазывания подшипников крестовин.

Рис. 3. Карданные передачи автомобилей:
а – устройство карданной передачи автомобиля ЗИЛ-130; б – схема расположения валов карданной передачи полноприводного автомобиля

Промежуточный и основной карданные валы представляют собой тонкостенные трубы, на концах которых установлены вилки карданных шарниров.

К промежуточному карданному валу приварена передняя вилка, связанная крестовиной с фланцем-вилкой, при помощи которой карданный вал крепится к ведущему валу коробки передач.

Задний конец промежуточного вала соединен со скользящей вилкой, шлицевой наконечник которой вместе со шлицевой втулкой образует подвижное шлицевое соединение, компенсирующее изменение длины карданного вала в результате перемещения заднего моста. Шлицевое соединение имеет полость для смазочного материала, уплотненную сальником и защищенную от попадания грязи прорезиненным кожухом.

К основному карданному валу с обеих сторон приварены вилки, связанные через крестовины и игольчатые подшипники с промежуточным карданным валом и ведущим валом заднего моста. При помощи скользящей вилки основной вал соединен с промежуточным карданным валом, а при помощи фланца вилки — с фланцем вала ведущей шестерни главной передачи заднего моста.

Карданные валы динамически сбалансированы, что повышает равномерность вращения (без биения) и снижает вибрацию валов. Дисбаланс промежуточного вала устраняют приваркой к его трубе пластин, а основного вала — привертыванием балансировочных пластин под крышки подшипников карданных шарниров.

Промежуточная опора при помощи кронштейна крепится болтами к поперечине рамы автомобиля.

Она расположена на заднем конце промежуточного карданного вала и является неразборной конструкцией, обеспечивающей поглощение вибрации, возникающей при работе карданной передачи. Шарикоподшипник промежуточной опоры расположен в резиновой подушке, закрепленной стопорными скобами и имеющей специальные прорези, повышающие ее эластичность. В крышке шарикоподшипника установлены войлочные сальники с отражателями, предохраняющими их от загрязнения, а также пресс-масленка для смазывания подшипника.

Карданные передачи полноприводных трехосных автомобилей (ЗИЛ-131, Урал-4320 и др.) состоят из четырех карданных валов: основного, расположенного между коробкой передач и раздаточной коробкой, карданного вала привода среднего моста, карданного вала привода заднего моста и карданного вала привода переднего моста. Устройство всех карданных валов и шарниров этих автомобилей одинаково и аналогично описанным выше, за исключением того, что конструктивно карданный вал среднего моста имеет несколько большие размеры.

—

Карданная передача соединяет коробку передач с главной передачей, оси валов которых расположены в разных плоскостях и расстояние между ними во время движения автомобиля постоянно меняется. Это вызвано тем, что коробка передач жестко прикреплена к двигателю, неподвижно установленному на раме автомобиля, а его ведущий мост присоединен к раме на рессорах, которые, пружиня, допускают изменение расстояния между мостом и рамой. Передача крутящего момента в таких условиях возможна лишь при наличии карданных шарниров (карданов) и скользящих шлицевых соединений.

Рис. 4. Расположение карданной передачи на автомобиле:
1,3 и 6—карданные шарниры; 2 — главный вал; 4 — промежуточная опора; 5 — промежуточный вал; 7 — вилки; 8 — крестовина.

Карданная передача автомобиля ГАЗ-53А. На автомобилях, где расстояние между коробкой передач и главной передачей велико, применяют два карданных вала — промежуточный и главный. Промежуточный вал позволяет сделать главный вал более коротким и жестким и уменьшить его склонность к вибрации. Промежуточный вал, соединенный с ведомым валом коробки передач карданом, подвешивают на опоре, которая состоит из корпуса, прикрепленного к поперечине рамы, и шарикового подшипника, закрытого стальными штампованными крышками и сальниками. Подшипник с крышками установлен в резиновой подушке.

На главном карданном валу устанавливают два кардана. Через передний на вал передается вращательное движение с переменной частотой. Для устранения возникающей неравномерности вращения на другом конце вала устанавливают задний кардан. Каждый кардан состоит из крестовины и двух вилок. Кардан, имеющий скользящий наконечник, называют универсальным карданом. Игольчатые подшипники, установленные в отверстиях вилок, уменьшают трение цапф крестовины. Шлицевое (телескопическое) соединение промежуточного вала позволяет изменить длину карданной передачи, так как во время движения расстояние между коробкой передач и ведущим мостом изменяется не только по вертикали, но и по горизонтали. Шли-цевой наконечник универсального кардана входит в шлицевую втулку, приваренную к заднему концу промежуточного вала. Шлицевая втулка заполняется смазкой через пресс-масленку и уплотняется обоймой сальников, которая навернута на промежуточный вал. Для установки вилок карданов в одной плоскости на валу и универсальном кардане нанесены метки в виде стрелок.

Карданная передача автомобиля ЗИЛ-130 устроена так же, как и карданная передача автомобиля ГАЗ-5ЗА.

Карданная передача автомобиля ГАЗ-24 «Волга» имеет один карданный вал (без промежуточной опоры) с двумя карданами. Скользящая вилка переднего кардана соединяется с ведомым валом коробки передач, задний конец которого размещен в удлинителе картера коробки передач.

Рис. 5. Карданная передача автомобиля ГАЭ-53А:
1 — предохранительный клапан; 2 — крышка игольчатого подшипника; 3 — крестовина; 4 — пробковый сальник игольчатого подшипника; 5 — промежуточный карданный вал; 6 — резиновая подушка опоры; 7 — войлочный сальник подшипника опоры; 8 — обойма сальников скользящей вилки; 9 — скользящая вилка; 10 — главный карданный вал; 11 и 13 — пресс-масленки; 12 — шариковый подшипник; 14 — шлицевое соединение промежуточного вала; 15 и 17 — вилки; 16 — игольчатый подшипник.

Игольчатые подшипники крестовин карданов автомобилей ГАЗ-53А, ЗИЛ-130 и ГАЗ-24 «Волга» смазывают при помощи пресс-масленок, ввернутых в резьбовое отверстие в центре крестовины. С противоположной стороны крестовины в ее центре размещен предохранительный клапан, выпускающий излишнюю смазку при заполнении крестовины и подшипников, что предохраняет от повреждения сальники, защищающие игольчатые подшипники от вытекания смазки. Смазывают также шлицевое соединение и подшипник промежуточного вала.

Для смазки карданных шарниров применяют трансмиссионное масло или специальное масло (особенно при заполнении на длительную эксплуатацию). Шлицевое соединение карданного вала автомобиля ГАЗ-24 «Волга» помещено в удлинитель коробки передач и смазывается маслом, имеющимся в полости удлинителя, и дополнительной смазки не требует.

К основным неисправностям карданной передачи относятся вибрация карданного вала и стук в карданной передаче.

Вибрация происходит из-за погнутости вала; такая неисправность вызывает повышенный износ сопряженных с валом деталей других узлов, например подшипников ведомого вала коробки передач, ведущего вала заднего моста и др.

Стук в карданной передаче вызывается износом карданов и шлицевого соединения. Изношенные детали заменяют новыми или отремонтированными.

—

Карданная передача служит для передачи крутящего момента от коробки передач или раздаточной коробки к главной передаче автомобиля.

Через карданную передачу крутящий момент передается’ от коробки передач к раздаточной коробке и от нее к ведущим мостам. Коробка передач вместе с двигателем, а также раздаточная коробка крепятся к раме через резиновые подушки, а ведущие мосты соединяются с рамой через рессоры. При изменении нагрузки или при движении по неровным дорогам рас> стояние и углы между указанными агрегатами изменяются. В этих условиях карданная передача позволяет бесперебойно передавать крутящий момент.

На современных автомобилях устанавливают открытые карданные передачи с шарнирами неравных угловых скоростей. Устройство карданных передач различных марок автомобилей практически одинаково, отличие заключается, главным образом, в размерах и формах отдельных деталей.

У автомобиля ГАЗ-66 этот узел состоит из трех карданных валов: промежуточного — между коробкой передач и раздаточной коробкой, вала привода заднего моста и вала привода переднего моста. У трехосных автомобилей ЗИЛ-131 и «Урал-375Д» устанавливается еще один карданный вал — между средним и задним мостами. Автомобили ГАЗ-53А и ЗИЛ-130 имеют карданную передачу между коробкой передач и задним мостом, состоящую из двух карданных валов и промежуточной опоры.

Карданный шарнир состоит из двух вилок, крестовины, четырех игольчатых подшипников со стаканами, деталей крепления и уплотнения подшипников. Одна вилка шарнира приварена к трубе или изготовлена заодно со шлицованным наконечником, вторая изготовлена заодно с фланцем, которым вал крепится к агрегату.

Крестовина имеет четыре шипа под игольчатые подшипники, а внутри отверстия для смазки. Подшипники расположены в стаканах, которые надеваются на каждый шип крестовины. Стакан устанавливается в отверстие вилки и удерживается крышкой с выступом; крышка крепится к вилке двумя. винтами, которые стопорятся пластиной. Уплотнение игольчатых подшипников обеспечивается двумя сальниками один из них расположен в стакане подшипника, второй надет на шип крестовины.

Карданные шарниры автомобиля ГАЗ-66 около мостов имеют защитные колпаки.

Карданные валы в сборе с шарнирами подвергаются балансировке на специальных станках. Дисбаланс устраняется приваркой балансировочных пластин по концам труб.

Карданный шарнир позволяет передавать крутящий момент под углом. Однако рассматриваемый шарнир обладает той особенностью, что при равномерном вращении одной из вилок вторая вилка вращается неравномерно, поэтому такой шарнир называется шарниром неравных угловых скоростей. Для устранения этого недостатка карданный вал имеет второй шарнир, у которого при неравномерном вращении одной из вилок вторая вилка вращается равномерно. Для передачи равномерного вращения через карданный вал должно быть соблюдено следующее условие: вилка, приваренная к трубе, и скользящая вилка должны быть в одной плоскости, при этом метки на шлицованной втулке и скользящей вилке должны совпадать.

Основными неисправностями карданных передач являются: износ крестовин, подшипников и шлицевых соединений, прогиб или скручивание карданных валов.

Износ крестовин и шлицевых соединений определяется по толчкам, появляющимся при трогании с места «ли сильным стукам при переключении передач. Признаком пр.огиба карданного вала является его биение при вращении.

Изношенные детали ремонтируются или заменяются новыми. Погнутый вал снимается с машины и правится в ремонтной мастерской.

Техническое обслуживание. При контрольном осмотре проверяют работу карданной передачи в движении, при этом обращают внимание на бесшумность ее работы.

При ЕТО производится очистка валов от грязи и пыли, их мойка, проверка на отсутствие внешних повреждений и исправность уплотнений.

При ТО-1 проверяется крепление фланцев валов, производится смазка игольчатых подшипников крестовин (при наличии пресс-масленки), смазка подшипников промежуточной опоры.

При ТО-2 дополнительно проверяется отсутствие зазоров в шарнирах, крепление промежуточной опоры, производится замена смазки в шлицевых соединениях валов (там, где положено по сроку).

Смазка игольчатых подшипников карданных шарниров производится смазкой ЛЗ-158, которая закладывается в них при сборке. На автомобилях ЗИЛ и «Урал» эта смазка в процессе эксплуатации не меняется и не дополняется; на автомобилях ГАЗ рекомендуется производить смену смазки путем разборки шарнира через три ТО-2.

На автомобилях выпуска прежних лет смазка игольчатых подшипников крестовин производится через масленку, которая имеется в центре крестовины (на противоположной стороне установлен предохранительный клапан). Смазка таких подшипников производится при ТО-1 маслом, применяемым для коробки передач, или смазкой ЛЗ-158. Свежая смазка подается при помощи шприца до выхода ее из предохранительного клапана, а при его отсутствии—через кромки сальников всех четырех шипов.

Смазка шлицевого соединения у автомобилей ГАЗ производится через масленку, ввернутую в шлицованную втулку, при этом совершается 20 качков шприцем; делается это через одно ТО-2. Шлицевые соединения карданных валов автомобилей ЗИЛ смазываются путем разборки через четыре ТО-2. У автомобиля «Урал-375Д» шлицы промежуточного вала и вала привода среднего моста смазываются через пресс-масленки при ТО-1, а шлицы валов переднего и заднего мостов смазываются путем разборки через шесть ТО-2.

Применяемая смазка — «Литол-24» или 1-ЛЗ, 1-13 жировая, ЯНЗ-2.

—

Карданная передача служит для передачи крутящего момента от коробки передач на главную передачу. Взаимное расположение валов этих механизмов и расстояние между ними во время движения автомобиля постоянно меняются. Коробка передач неподвижно прикреплена к двигателю, установленному на раме, ведущий же мост автомобиля присоединен к раме не жестко, а на рессорах. Передача крутящего момента в таких условиях возможна лишь при наличии в механизме карданных шарниров и шлицевых соединений.

Карданная передача состоит из карданных шарниров, одного или двух валов и промежуточных опор.

На автомобилях ГАЗ-53А и ЗИЛ-130 применяются два карданных вала: промежуточный и основной. Промежуточный вал, передний конец которого соединен с ведомым валом коробки передач карданным шарниром, подвешивают на опоре. Основной карданный вал двухшарнирный: передним шарниром он соединен с промежуточным валом, а задним — с валом ведущей шестерни главной передачи.

Рис. 6. Карданная передача:
а — карданная передача автомобиля ЭИЛ-130, б — устройство карданного шарнира; 1 и 3—ведомая и ведущая вилки переднего карданного шарнира, 2 — пластина-замок, 4 — масленка крестовины, 5 — карданный вал, 6— крышка подшипника, 7 — стакан, 8 — иглы подшипника, 9 — сальник, 10 — шип крестовины, 11 — предохранительный клапан смазочного канала крестовины, 12 — крестовина, 13 — ведущая вилка заднего карданного шарнира промежуточного вала, 14 — пробка, 15 — полый шлицевой вал ведущей вилки заднего карданного шарнира, 16 — промежуточная опора с резиновой подушкой, 17 — подшипник опоры, 18 — сальник, 19—защитный чехол, 20 — основной карданный вал

В вилках карданного шарнира установлены стальные стаканы с игольчатыми подшипниками, закрепленные стопорными кольцами или пластинками с болтами. Вилки соединены между собой крестовиной, шипы которой входят в стаканы с игольчатыми подшипниками. Внутри крестовины просверлены каналы, по которым масло проходит к подшипникам. Вытеканию масла из подшипников препятствуют сальники. Карданный шарнир со шлицевым соединением называется универсальным.

На автомобиле ГАЗ-24 карданная передача состоит из двух карданных шарниров (передний универсальный) и одного карданного вала без промежуточной опоры.

Карданная передача автомобиля КамАЗ-5320 имеет два карданных вала и четыре шарнира (передние два—универсальные). Первый карданный вал передает крутящий момент на средний ведущий мост, а второй — от среднего на задний мост.

Главная передача служит для увеличения крутящего момента и передачи его под углом 90 0 на полуоси.

Главная передача автомобилей ГАЗ-24 и ГАЗ-53А одинарная, гипоидная. Она состоит из пары конических шестерен со спиральными зубьями, помещенными в картере. В гипоидной главной передаче ось ведущей шестерни смещена вниз относительно оси ведомой шестерни, что обеспечивает бесшумность работы и дает возможность понизить центр тяжести автомобиля.

На автомобилях ЗИЛ-130 и КамАЗ главная передача — двойная, состоящая из пары конических и пары цилиндрических шестерен. За счет двух пар шестерен получается большое передаточное число при сравнительно небольших размерах шестерен и в целом ведущего моста.

Дифференциал дает возможность ведущим колесам вращаться с различной частотой при поворотах автомобиля и неровностях дороги. Он состоит из коробки, внутри которой на пальце (ГАЗ-24) или крестовине установлены сателлиты (небольшие конические шестерни). Сателлиты входят в зацепление с шестернями полуосей. Коробка дифференциала вращается на двух конических роликовых подшипниках, к ней прикрепляют ведомую шестерню главной передачи. При движении автомобиля усилие от главной передачи передается на коробку дифференциала, затем через палец или крестовину — на сателлиты, а от них через полуосевые шестерни и полуоси — к ступицам ведущих колес.

При движении автомобиля по прямой и ровной дороге сателлиты не вращаются вокруг своих осей, так как встречают со стороны шестерен полуосей одинаковое сопротивление. В этом случае колеса будут вращаться с одинаковой частотой. При повороте автомобиля шестерни полуоси внутреннего колеса испытывают большее сопротивление, чем наружного, поэтому сателлиты начнут перекатываться по полуосевой шестерне внутреннего колеса, тем самым заставляя полуосевую шестерню наружного колеса вращаться с большей частотой.

На автомобиле КамАЗ установлены два ведущих моста — средний и задний, аналогичные по конструкции. В самостоятельном картере, прикрепленном к фланцу ведущей конической шестерни среднего моста, смонтирован межосевой дифференциал с механизмом блокировки, предназначенный для равномерного распределения крутящего момента между средним и задним ведущими мостами, а также для принудительной блокировки дифференциала. Механизм блокировки включается водителем с помощью рукоятки на щитке приборов при движении по скользким и размокшим грунтовым дорогам с целью устранения пробуксовки одного из ведущих колес среднего ведущего моста.

Рис. 7. Главные передачи:
а — одинарная гипоидная, б — двойная; 1 — полуось, 2 и 6 — гайки регулировки затяжки подшипников коробки дифференциала, 3 — крышка подшипника, 4 — чашка дифференциала, 5 — ведомая цилиндрическая шестерня, 7 — крышки подшипников промежуточного вала, 8 — регулировочные прокладки подшипников промежуточного вала, 9 — регулировочные прокладки зацепления конических шестерен, 10 — ведущая коническая шестерня, 11 — распорная втулка, 12— прокладка крышки подшипиков, 13 — крышка подшипников, 14 — фланец, 15 — сальник, 16 — регулировочные шайбы подшипников ведущей шестерни, 17 — стакан, 18 — ведомая коническая шестерня, 19 — ведущая цилиндрическая шестерня, 20 — промежуточный вал, 21 — картер редуктора, 22 — картер заднего моста