История появления карданного вала

Карданный вал является неотъемлемой частью автомобиля, принцип его работы известен людям по всему миру, он понятен и прост. Но мало кто знает историю создания кардана, а ведь она действительно интересна.

Мы расскажем вам об основных этапах появления карданного вала, упомянув о личностях, без которых развитие и совершенствование этой важной детали автомобильной трансмиссии было бы невозможно.

Появление кардана. Основные вехи

До н.э. - эпоха Возрождения. Подвес

^{Фото: lawyers-age.ru}

Первые упоминания о механизме, отдалённо напоминающем современный карданный вал, встречаются в документах, датированных III тысячелетием до н.э.

Некоторые историки считают, что прообраз современного карданного вала – подвес – был изобретён ещё в древнем Китае. Он представлял собой систему колец, которые вращались друг относительно друга и позволяли тем самым сохранить идеальное равновесие предмета, расположенного в центре механизма. У китайцев роль этого предмета выполняла масляная лампа. Тот же принцип применяли и арабы для создания легендарного гирокомпаса. Наклонные вращающиеся механизмы использовали в строительстве древние греки. Сам принцип подвеса применялся ими и в катапультах-баллистах. А древнегреческий инженер Филон Византийский смог применить принцип передачи вращающего усилия под углом, отличным от 90°, для создания не проливающейся даже во время резких перемещений чернильницы.

XVI век. Карданов подвес

^{Фото: ilmessaggero.it}

Итальянский учёный Джероламо Кардано в своём труде «Хитроумное устройство вещей» впервые подробно описал сам принцип работы подвеса. Кроме того, он мастерски зафиксировал его структуру в графическом виде. И хотя данное устройство к тому времени уже не раз упоминалось в легендарном «Атлантическом кодексе» самого Леонардо до Винчи, работа, проведённая Дж.Кардано, была действительно глобальной. Её по достоинству оценило научное общество Европы, решившее с тех пор именовать подвес в честь учёного – «кардановым подвесом». Со временем определение «кардановый/карданный» перекочует в название вала, передачи, работающих всё по тому же принципу подвеса.

XVII век. Шарнир Гука

Следующим этапом истории кардана стало создание механизма с шарнирами, который соединял собой два вала, вращающихся в одну сторону.

Важную роль в этом действительно знаменательном событии сыграл шведский учёный Кристофер Польхем. Он самостоятельно собрал механизм, который лёг в основу современного карданного вала и получил название Polhemknut, что переводится как «узел Польхема».

^{Фото: wikipedia.org}

Английский учёный Роберт Гук заметно доработал конструкцию универсального шарнира, полностью отражающего принцип передачи момента между валами, пересекающимися под произвольным углом, и, что немаловажно, смог официально запатентовать собственное изобретение. Активно использовали шарнир на мельницах, в ткацком производстве, при создании паровозов и велосипедов. Сегодня «шарниром Гука» называют саму крестовину кардана.

XIX век. Карданный вал в автомобиле

Луи Рено стал первым, кто установил карданную передачу на автомобиль, заменив ею повсеместно используемую тогда цепную передачу крутящего момента. Чтобы подобная замена стала возможной, увлечённый механикой молодой человек, недавно вернувшийся с военной службы, в 1898 году на спор усовершенствовал модель трицикла De Dion-Bouton. Будущий легендарный изобретатель и промышленник из Франции добавил транспортному средству, ни много ни мало, четвёртое колесо.

^{Фото: wikipedia.org}

Обновлённый автомобиль имел абсолютно новую для того времени трансмиссию с трёхвальной коробкой передач. Карданный вал, добавленный в конструкцию, прекрасно справился с передачей крутящего момента на заднюю ось без провалов. Авто уверенно и плавно передвигалось по несовершенным дорогам, преодолевая даже крутые подъёмы.

Само же внедрение карданного вала в устройство транспортного средства стало началом новой автомобильной эпохи.

Развитие и совершенствование карданного вала

XX век. ШРУС

Простота конструкции кардана, максимально понятный принцип его работы и доказанная эффективность последней поспособствовали активному внедрению детали в производство заднеприводных и полноприводных автомобилей, а также мотоциклов.

Новым словом в совершенствовании трансмиссии стали запатентованные Карлом Вайссом в 1923 году шарниры равных угловых скоростей (ШРУС). Конструкция, состоящая из соединённых между собой вилок с продольными канавками и перемещаемых внутри них четырёх шаров, была призвана стать альтернативой классического карданного вала.

^{Фото: drive2.ru}

В качестве эксперимента ШРУС был установлен на автомобили «ЗИЛ-131» и «ГАЗ-66». Испытания неидеальными дорогами и серьёзными нагрузками, к слову сказать, были пройдены на отлично. С 30-х годов ХХ века применение шарниров равных угловых скоростей в автомобилестроении по всему миру поставлено на поток.

Современные полноприводные автомобили примерно в 30% случаев укомплектованы карданами со ШРУСами, установленными на обоих концах вала. Шарниры равных угловых скоростей достойно заменяют собой подвижное соединение в составе передающего механизма. Однако, в условиях бездорожья крестовины имеют неоспоримое преимущество.

В 80-х годах ХХ века появляются так называемые композитные валы, авторство которых приписывают Мунгалову Д.Д., Тарнопольскому Ю.М. и Закржевскому А.М. Созданные из композитных материалов, эти детали обладают превосходной стойкостью к коррозии.

XXI век. Оттачивание деталей

По прошествии времени принцип действия карданного механизма остался прежним. На данном этапе мы можем наблюдать лишь совершенствование отдельных элементов вала при неизменности конструкции кардана в целом.

Ярким тому примером служит попытка сделать поверхность шлицевых соединений более прочной, стойкой к трению, коррозии и образованию микротрещин. Раньше для реализации этой цели поверхности деталей фосфатировали, т.е. покрывали металл слоем фосфатов. Позднее пришло понимание, что больший эффект принесёт «нитрирование», которое основывается на изменении поверхностной структуры материалов.

Уже более двух десятилетий в России практикуется покрытие деталей узла неметаллическим материалом Rilsan. Созданный на основе полиамидов, он заметно увеличивает износостойкость карданов, делая возможным передачу ими более высокого крутящего момента.

Появление карданного вала стало прорывом во всей истории автомобилестроения. Посредством несложной конструкции удалось добиться плавного передвижения транспортных средств в различных направлениях, даже в условиях проблемных дорог.