Кардан с шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС) передаёт крутящий момент от двигателя к ведущим колёсам, обеспечивая их поворот на 70 градусов. Сам шарнир весьма компактный, вес имеет небольшой. Часто этот механизм называют «гранатой» из-за внешнего сходства его формы с боевым метательным снарядом.
Впервые агрегат, отдалённо напоминающий привычный нам шариковый ШРУС, был разработан и запатентован в 20-х годах ХХ века инженером Альфредом Рцеппа. Отсюда и второе его название – «шарнир Рцеппа». В наше время карданы со ШРУСами активно используются в автомобилях с полным приводом.
Назначение в автомобилях
Основными функциями «гранаты», помимо непрерывной и эффективной передачи энергии работающего двигателя, является:
- заметное снижение паразитных вибраций механизмов;
- создание условий для адекватной работы независимой подвески и плавного рулевого управления автомобилем.
Разновидности ШРУСов, их конструктивные особенности
Выделяют несколько видов шарниров равных угловых скоростей:
1. Кулачковые или сухариковые
Состоят из двух фасонных дисков и двух вилок. Они прекрасно справляются с повышенными нагрузками за счёт увеличенной площади сцепления деталей, но часто перегреваются. Автомобили с кулачковыми ШРУСами передвигаются преимущественно на средних скоростях. Основное применение такие устройства нашли в трансмиссии грузовиков и некоторых моделей автобусов;
2. Трипоидные
Различают универсальные и жёсткие трипоидные шарниры.
а) Универсальные или внутренние, работают при меньших углах поворота, зато делают возможным осевое перемещение. В структуре подобного шарнира выделяют трёхлучевую опору и ролики, надеваемые на ветви опоры. Опора прикреплена на шлицы вала, соединённого с коробкой передач. Ролики вращаются посредством игольчатых подшипников. Они помещены в корпус, внутри которого проделаны технологические канавки. По ним и движутся ролики. За счёт этого перемещения внутреннему шарниру удаётся достичь нужного угла поворота.
б) Жёсткие трипоидные ШРУСы отлично справляются с ролью внешних шарниров, обеспечивающих более обширный угол передачи момента. Их конструкция включает трёхлучевую опору, на концах которой расположены вращающиеся ролики с шаровой поверхностью. Во внутренней части крепкого корпуса расположена вилка. В ней проделаны три паза, позволяющих детали свободно перемещаться по роликам. Пазы для удобства имеют цилиндрическое сечение. Торец вилки сферический, что заметно увеличивает угол между соединяемыми валами.
3. Спаренные
Имеют в своём составе два карданных шарнира, оптимально выравнивающих движение друг друга. Подобные ШРУСы имеют достаточно сложное строение, а потому особого распространения не получили.
4. Шариковые
Наиболее востребованные в автомобилестроении. Поэтому их структуру и особенности мы рассмотрим подробнее.
Строение шариковых шарниров и принцип их работы
Шарнир равных угловых скоростей устанавливают в паре – внешний и внутренний. Внешний располагается со стороны ступицы. Внутренний же работает в непосредственной близости от дифференциала, узла трансмиссии, распределяющего крутящий момент между ведущими колёсами.
Конструкция шарикового шарнира напрямую зависит от того, какой именно – внешний или внутренний – перед нами ШРУС.
Шарнир внутреннего типа
Конструкция включает в себя:
- корпус, часто именуемый стаканом. Он совмещён с ведущим валом, а на его внутренней поверхности проделаны три канавки для роликов;
- вилка с тремя лучами. Она размещается внутри «стакана» и одновременно с этим надета на шлицы ведомого вала;
- три ролика, которые свободно вращаются на игольчатых подшипниках.
- герметичный пыльник со смазкой.
По сути, внутренний шарнир – трипод с роликами на подшипниках. Подвижность его снижена, а угол поворота не превышает 20 градусов. Механизм служит для перевода момента от коробки переключения передач непосредственно на приводной вал. За счёт него достигается неразрывность вала и компенсация ходов подвески.
Шарнир внешнего типа
Составляющими «гранаты» внешнего или наружного типа являются:
- соединённая с валом обойма. Она сама имеет форму шара.
- шесть шариков одинакового диаметра. Они расположены в обойме;
- сепаратор, не дающий шарикам раскатиться по механизму;
- полый, напоминающий сферу стальной корпус. Он соединён с ведомым валом.
- пыльник, напоминающий рифлёную резиновую трубку. Он наполнен специальной смазкой.
На внутренней поверхности корпуса механизма имеются канавки. В корпус заключены обойма с шариками и удерживающий их сепаратор. При изменении угла между валами шарики по канавкам перекатываются между корпусом и обоймой.
Наружный шарнир передаёт крутящий момент с оси приводного вала на колёса. Энергия от вращающегося двигателя переводится без скачков, биений и разрывов вне зависимости от того, под каким углом вывернуто ведущее колесо.
Преимущества и недостатки использования ШРУС
Преимущества
- Специалисты считают, что средний срок службы кардана на ШРУСах, выполненного из надёжной стали с соблюдением всех технологических норм, составляет примерно 100 тысяч километров.
- Угол некритичной работы шарнира достигает 70 градусов, при этом энергия вращения двигателя передаётся максимально равномерно, независимо от того, под каким углом валы расположены друг относительно друга.
- Карданы, оснащённые шарнирами равных угловых скоростей, способны эффективнее передавать крутящий момент на редуктор.
- Благодаря установке карданного вала на ШРУСах удаётся практически полностью исключить появление в узле вибрации. Заметно снижается и уровень возникающего при наборе скорости шума.
- Отсутствие в конструкции кардана крестовины сводит на нет необходимость проведения балансировки как в момент установки агрегата, так и во время его эксплуатации.
- Присутствие на шарнирах защиты в виде пыльников и пластиковых кожухов гарантирует их невосприимчивость к агрессивной среде, а значит, и увеличенный срок службы.
Недостатки
Основными недостатками карданов на ШРУСах считают:
- их меньшую (в сравнении с карданами на крестовинах) приспособленность к использованию в экстремальных дорожных условиях;
- неравномерное распределение нагрузки между шариками. При изменении угла нагрузка по большей части приходится на один из них. Результатом этого становится быстрый износ детали и появление в конструкции люфта. Узел, имеющий такой изъян, намного быстрее выходит из строя;
- ремонт вала на ШРУСах значительно дороже, нежели кардана на крестовинах, да и к уходу механизм более требователен;
- некоторые карданы на ШРУСах неремонтопригодны.
***
Кардан с шарниром равных угловых скоростей – важнейший узел трансмиссии. Он позволяет не просто передавать крутящий момент с сохранением начальной мощности, но и обеспечивать отсутствие вибраций в механизмах автомобиля и рывков во время его движения.
Подписывайтесь на канал «Кардан Баланс», чтобы быть в курсе всех самых свежих автомобильных новостей. Мы пишем только о важном для автомобилистов. Конечно не забываем и про карданы.
