Карданный шарнир был изобретён задолго до появления автомобиля. Впервые его описал, но не изобрёл итальянский математик Джероламо Кардано в XVI веке. Долгое время устройство служило мореплавателям для стабилизации положения компасов и прочих морских принадлежностей. А кроме того, оно использовалось для каретных фонарей. В автомобилях карданный шарнир впервые применил Луи Рено в 1898 году. С тех пор конструкция карданных валов принципиально не изменилась, а все модификации касались приспособления к условиям эксплуатации узлов.
Карданный шарнир предназначен для передачи момента вращения в несоосных передачах с изменяемым положением частей относительно друг друга в вертикальной плоскости. Карданный вал состоит из такой последовательности деталей по направлению от его передней части:
- эластичная муфта с крепежом;
- фланец муфты, образующий шлицевую (скользящую) пару с передним валом;
- передний вал с поддерживающим кронштейном безопасности;
- промежуточная опора с подшипником;
- вилка переднего кардана;
- передняя крестовина;
- вилка заднего вала;
- задний вал;
- крестовина заднего вала;
- фланец главной передачи.
В укрупнённом виде конструкцию карданного вала можно разделить на три группы деталей: карданные шарниры, промежуточные и соединительные элементы. Здесь особого внимания заслуживает шлицевая (подвижная) пара, которая обеспечивает компенсацию изменений длины карданного вала в горизонтальной плоскости.
Все перечисленные детали образуют единый узел, служащий для передачи вращательного момента на ведущие колёса автомобиля. Карданные валы такой компоновки чаще других применяют для карданных передач легковых автомобилей. На машинах с длинной колёсной базой используются карданы с тремя валами и более.
Помимо предложенной конструкции, ходовая часть также оснащается карданами закрытого типа, когда передающий вращение узел располагается внутри трубы. Таким карданам нужен всего один шарнир, а неравномерность его вращения нейтрализуется упругими свойствами материала. Однако применение карданов этого типа сильно ограничено.
В карданных валах традиционной компоновки неравномерность вращения компенсирует наличие двух крестовин. При трёх шарнирных узлах и более в карданном валу компенсация неравномерности их вращения достигается за счёт изменения их положения относительно друг друга. Обязательной частью карданов с двумя валами и более является промежуточная опора. Она состоит из трёх элементов: вилки, упругой обоймы и опорного подшипника.
Самой сложной деталью этого узла является карданный шарнир. Он состоит из 12 деталей, главная из которых — крестовина, соединяющая их в единое целое. Карданный шарнир естественным образом обеспечивает сопряжение углов вращения ведущего и ведомого вала карданной передачи. Однако для этого в конструкции карданного вала с двумя крестовинами должны быть соблюдены следующие правила его компоновки:
- вилки (посадочные места крестовины) располагаются под прямым углом по отношению друг к другу;
- углы вращения ведущего и ведомого валов должны быть идентичными;
- ведущий и ведомый валы должны вращаться в одной плоскости.
Во время движения подвеска автомобиля двигается в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Соответствующие движения карданной передачи обеспечивают карданные шарниры и шлицевые пары. Для этого особое значение имеет точная центровка узла, которая предотвращает возникновение дисбаланса в кардане. Именно поэтому балансировка карданов обязательно проводится при сборке нового и ремонте старого карданного вала.
В настоящее время все производители легковых автомобилей перешли на их оснащение необслуживаемыми карданными валами, что привело к некоторому упрощению их конструкции. Это касается деталей, связанных со смазкой узла. Считается, что карданы такого типа способны выдержать весь срок их эксплуатации. В зависимости от марки автомобиля этот период может составить до 200 тыс. км пробега и более. Однако в состав карданов входят и менее устойчивые к износу детали – крестовины и опорные подшипники.
При достижении критической степени износа их эксплуатация становится невозможной или по меньшей мере проблематичной. Износ подвижных частей кардана проявляется в возникновении посторонних звуков и вибрации карданной передачи. В таких ситуациях в официальном автосервисе вам предложат только замену карданного вала в сборе. Если автомобиль не на гарантии или поломку не признают гарантийным случаем, такой подход к ремонту карданов обойдётся владельцу слишком дорого.
Отличительной особенностью необслуживаемых карданных валов является широкое использование неразборных соединений. Например, при заводской сборке крестовины применяют технологию кернения. Это усложняет ремонт, поэтому в официальном автосервисе отказались от замены самой уязвимой части кардана. Кроме того, при замене любой части карданного вала ему потребуется балансировка.
Для карданных передач с числом шарниров больше двух ремонт становится ещё более сложным. При всей надёжности карданных валов их ремонт — лишь вопрос времени, а выбор способа решения этой проблемы зависит от владельца автомобиля. Если вас не волнует вопрос стоимости ремонта, можно обратиться в официальный автосервис, где вам заменят изношенную крестовину вместе со всем узлом в сборе за шестизначную сумму. В противном случае вам надо будет искать альтернативные пути.
Ими являются услуги независимых сервисных центров, техническое оснащение которых позволяет воспроизводить заводские технологии сборки карданов с заменой любых частей по отдельности. Помимо этого, такие автосервисы должны иметь оборудование для балансировки карданов в заданных пределах. Напомним, что величина допусков при балансировке карданных валов измеряется в микронах. Таких значений невозможно достичь без использования компьютеризированных стендов.
