Тема 24: Карданна передача

Ведучі мости автомобіля встановлюються на рамі або на кузові автомобіля за допомогою пружних елементів підвіски й під час руху змінюють своє положення відносно місць кріплення. Для передаван­ня крутного моменту від коробки передач до ведучого моста застосо­вують карданні передані. Їх використовують також у приводі до пе­редніх керованих і ведучих коліс.

Карданна передача до ведучого моста складається з карданного вала, шарнірів і проміжної опори. Карданні шарніри забезпечують передавання крутного моменту між валами, осі яких перетинаються під змінними кутами. В трансмісії автомобілів застосовують жорсткі карданні шарніри неоднакових і однакових кутових швидкостей.

Карданний шарнір неоднакових кутових швидко­стей складається з жорстких деталей (рис. 24.1, а): ведучої 1 і веде­ної 4 вилок, хрестовини 2, на шипи якої насаджено голчасті підшип­ники. 3. Крутний момент передається від вилки 1 до вилки 4 через хрестовину 2. За такої конструкції й рівномірного обертання вилки ведучого вала кутова швидкість веденої вилки змінюватиметься двічі за кожен оберт: збільшуючись і зменшуючись. Тому такий шарнір називають шарніром неоднакових кутових швидкостей.

Рисунок 24.1 – Карданні шарніри

а - неоднакових кутових швидкостей; б - кульковий однакових кутових швидкостей; в - кулачковий однакових кутових швидкостей; 1 - ведуча вилка; 2 - хрестовина; 3 - голчасті підшипники; 4 - ведена вилка; 5 - фасонні кулаки; 6 - центрувальна кулька; 7 - ведучі кульки; 8 - піввісь колеса; 9 - вилка шарніра; 10 — кулаки; 11 — сталевий диск

Щоб усунути нерівномірність обертання веденого вала в кардан­ній передачі, як правило, застосовують два шарніри неоднакових ку­тових швидкостей, розташованих на кінцях карданного вала. Тоді нерівномірність обертання, що виникає в першому ведучому шарні­рі, компенсується нерівномірністю обертання другого шарніра, й ве­дений вал передачі обертається рівномірно, з кутовою швидкістю ве­дучого вата. Така карданна передача називається подвійною. Одинарні передачі з одним жорстким карданним шарніром практично не застосовуються.

У приводі передніх керованих і ведучих коліс автомобілів підви­щеної прохідності застосовують шарніри однакових кутових швидкостей двох типів: кулькові й кулачкові.

Кульковий карданний шарнір (рис. 24.1, б) складається з двох фа­сонних кулаків 5 з овальними канавками, куди закладаються ведучі кульки 7. Для центрування вилок використовують сферичні запади­ни на їхніх внутрішніх торцях, в яких установлюється центрувальна кулька 6.

Під час передавання крутного моменту ведучі кульки розташову­ються незалежно від кутових переміщень вилок у їхніх овальних ка­навках у площині, яка поділяє кут між осями навпіл. У результаті обидві вилки обертаються з однаковими кутовими швидкостями.

Кулачковий карданний шарнір однакових кутових швидкостей (рис. 24.1, в) застосовують у приводі переднього колеса автомобіля «Урал-375». До конструкції шарніра включено зовнішню піввісь 8 колеса, яка входить шліцьовим кінцем у вилку 9 шарніра. Внутріш­ню піввісь виконано як одне ціле з вилкою 9 шарніра, а її зовнішній кінець стикується з шестірнею диференціала шліцьовим з'єднанням. У вилки 9 установлено кулаки 10, у пази яких закладено сталевий диск 11. Під час роботи шарніра півосі обертаються разом із вилками навколо кулаків у горизонтальній площині, а разом із кулаками — навколо диска у вертикальній площині. Таким чином забезпечується передавання крутного моменту на ведучі й керовані передні колеса.

Недолік розглянутого шарніра — підвищене тертя в місцях з'єднання диска й кулаків із вилками, внаслідок чого знижується коефіцієнт корисної дії й підвищуються нагрівання та спрацьовування шарніра під час роботи.

Карданні передачі повнопривідних тривісних автомобілів (рис.24.2,а) складаються з чотирьох карданних валів: основного 4 і карданних валів 6,8 і 3 приводу проміжного, заднього і переднього мостів.

Рис.24.2 – Карданні передачі

а - повноприводного автомобіля; б - автомобіля ЗІЛ; 1 - передній міст; 2 - коробка передач; 3 - вал переднього моста; 4 - основний вал; 5 - роздавальна коробка; 6 - вал проміжного моста; 7 - проміжний міст; 8 - вал заднього­ моста; 9 - задній міст; 10 - фланець-вилка проміжного валу; 11 - вилка; 12 -проміжний вал; 13 - шліцьова втулка; 14 - ковзна вилка; 15 - проміжна опора, 16 - ущільнення, 17 - хрестовина шарніра, А – карданний шарнір

Типовий приклад конструкції карданної передачі - кардан­ная передача автомобіля ЗІЛ (рис.24.2,б). Вона складається з проміжного валу 12, карданного валу 8, проміжної опори 15 і трьох жорстких карданних шарнірів(третій шарнір на малюнку не показаний). Кожен шарнір А складається з вилок і хрестовини 17, встановленої у вушках вилок на голчастих підшипниках. На сучасних автомобілях шарніри не вимагають мастильного матеріалу при експлуатації. На заводі-виробнику і при ремонті шарні­ри змащують пластичним мастилом 158. Для утримання мастильного матеріалу і оберігання від забруднення підшипники укомплектовані комбінованим ущільненням.

Вали карданної передачі виготовлені з тонкостінних сталь­них труб. На кінцях до труб приварені вилки карданних шарні­рів(чи з одного боку вилка, а з іншої - шліцьова втулка).

Для зменшення вібрації двох послідовно розташованих карданних валів застосована проміжна опора 15, яка є підшипниковим вузлом, що періодично змащується мастилом Літол-24.

На заводі-виробнику карданна передача піддається балан­суванню. Дисбаланс усувають приварюванням балансувальних пластин, тому при розбиранні шарнірів або шліцьового з'єднання не­обхідно зберегти взаємне положення деталей.

Розглянемо карданну передачу автомобіля ВАЗ-2107. Крутний момент від вторинного вала коробки передач на механізми заднього моста передається карданною передачею, що працює в умовах змінного кута передачі крутного моменту внаслідок еластичної підвіски заднього моста. При цьому одночасно змінюється і відстань між нерухомо закріпленої коробкою передач і хитким заднім мостом. Тому у карданній передачі є елементи, скорочуючі або подовжуючі її, а також зламуючі на визначений кут. Такими елементами є : шліцьове з'єднання еластичної муфти 3 і три карданних шарніри - два твердих 7 і 9, один еластичний 3. Карданна передача двохвальна з проміжною опорою 6, що значно зменшує її вібрацію і биття. Між собою і шестірнею головної передачі карданні вали поєднані твердими карданними шарнірами 7 і 9, а з вторинним валом коробки передач еластичним шарніром (муфтою) 3.

Еластична муфта значно знижує шум і вібрації карданної передачі і допускає передачу крутного моменту під кутом. Муфта складається із шести гумових елементів 30, між якими розташовані металеві вкладиші 31. Пружні гумові елементи муфти привулканізовані до вкладишів і складають єдине ціле. Еластична муфта розташована між двома фланцями 2 і 4, що з'єднані з муфтою болтами 35. При цьому виступи вкладишів заходять у пази фланців, центруючи еластичну муфту на фланцях. На болти кріплення муфти накручені самостопорні гайки з нейлоновими вставками. Щоб забезпечити надійне з'єднання муфти з фланцями і створити постійний натяг у болтах кріплення, отвори в еластичній муфті під болти кріплення виконані від центра на більшому діаметрі, ніж у фланцях. Тому перш ніж з'єднувати муфту з фланцями, її стискають спеціальним хомутом до збігу отворів у муфті і фланцях, а потім установлюють болти кріплення. Цей же хомут використовується і при знятті муфти.

Передній карданний вал 5 виготовлений з тонкостінної труби, до торців якої приварені шліцьові наконечники. На шліцах переднього наконечника 40 розташований фланець 4 еластичної муфти. Задній наконечник спирається на кульковий підшипник 14 проміжної опори 6. Підшипник розташований у сталевому корпусі 13 і зафіксований у ньому стопорним кільцем. На валу підшипник затиснутий гайкою 24 між буртиком наконечника і вилкою 23 карданного шарніра. Підшипник закритого типу, з ущільнювачами, що надійно утримують у ньому закладену при зборці змазку. Додатково підшипник захищений двома брудовідбивачами. Для поглинання вібрацій карданної передачі корпус підшипника розташований у гумовій подушці 12, що привулканізована до металевих поверхонь корпуса 13 підшипника і кронштейна 15 проміжної опори. Конфігурація подушки така, що передній карданний вал може мати деяке осьове переміщення. Кронштейн 15 проміжної опори кріпиться до поперечині двома болтами з гайками, а поперечка проміжної опори закріплена на двох болтах, приварених до підлоги кузова. На болти кріплення установлено металеві дистанційні втулки 17 і гумові втулки 18, що ізолюють поперечину від основи кузова. Для безпеки руху автомобіля під переднім карданним валом установлено кронштейн 27 безпеки, що не допускає падіння вала при руйнуванні еластичної муфти.

Рисунок 24.3 – Карданна передача автомобіля ВАЗ-2107

1. Коробка передач;

2. Передній фланець еластичної муфти;

3. Еластична муфта;

4. Задній фланець еластичної муфти;

5. Передній карданний вал:

6. Опора карданного вала;

7. Передній карданний шарнір;

8. Задній карданний вал;

9. Задній карданний шарнір;

10. Задній міст;

11. Ведуче колесо автомобіля;

12. Подушка опори;

13. Корпус підшипника опори;

14. Підшипник карданного вала;

15. Кронштейн опори;

16. Поперечка проміжної опори:

17. Дистанційна втулка;

18. Гумова втулка;

19. Стопорне кільце голчастого підшипника;

20. Голчастий підшипник;

21. Сальник голчастого підшипника;

22. Хрестовина карданного шарніра;

23. Вилка карданного шарніра;

24. Гайка кріплення вилки карданного шарніра;

25. Фланець вилки карданного шарніра;

26. Балансувальна пластина;

27. Кронштейн безпеки переднього карданного вала;

28. Обойма сальника;

29. Пробка отвору для змащення шліців;

30. Пружний елемент еластичної муфти;

31. Металевий вкладиш еластичної муфти;

32. Вторинний вал коробки передач;

33. Гайка;

34. Ущільнювач центрувального кільця;

35. Болти кріплення еластичної муфти;

36. Центрувальне кільце;

37. Центрувальна втулка;

38. Стопорне кільце;

39. Сальник;

40. Шліцьовий хвостовик переднього карданного вала;

41. Схема карданної передачі;

42. Карданний шарнір

Задній карданний вал 8 по своєї конструкції відрізняється від переднього карданного вала тим, що по торцях труби вала приварені не наконечники, а вилки карданних шарнірів. При допомозі карданних шарнірів задній карданний вал з'єднується одним кінцем з переднім карданним валом, іншим із шестірнею головної передачі. Карданний шарнір складається з двох вилок 23, хрестовини 22, чотирьох голчастих підшипників 20, сальників 2-1 і стопорних кілець 19.

Хрестовина з'єднує між собою шарнірно дві вилки; при цьому шипи хрестовини заходять в отвори вилок. На шипи встановлюються голчасті підшипники, корпуси яких запресовані в отвори вилок із зусиллям 8000 Н (800 кгс). Підшипники при зборці змазуються змазкою ФИОЛ-2У. Для утримання змазки в голчастих підшипниках і їх герметизації на кожен шип хрестовини напресовано сталеву обойму, у якій розташований сальник 21. Він ущільнює порожнину голчастого підшипника. Корпуса підшипників утримуються в отворах вилок стопорними кільцями 19. Ці кільця по товщині випускаються п'яти розмірів. Підбором кілець по товщині встановлюється осьовий зазор хрестовини в межах 0.1-0,4 мм. Цей зазор необхідний для центрування хрестовини в вилках. Кожне кільце пофарбоване у свій колір. Колір кільця залежить від товщини: кільце товщиною 1,62 мм має жовтий колір, 1,59 - чорний, 1,56 - синій, 1,53 - темнокоричневий, 1,50 - природний. Підбор стопорних кілець здійснюється за допомогою спеціального калібру, який має чотири щупи товщиною 1,53 ; 1,561 ; 1,59 і 1,62 мм.