Кардан на ШРУСах

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 передним 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

1. Специалисты считают, что средний срок службы кардана на ШРУСах, выполненного из надёжной стали с соблюдением всех технологических норм, составляет примерно 100 тысяч километров.
2. 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.
3. Карданы, оснащённые шарнирами равных угловых скоростей, способны эффективнее передавать крутящий момент на редуктор.
4. Благодаря установке карданного вала на ШРУСах удаётся практически полностью исключить появление в узле вибрации. Заметно снижается и уровень возникающего при наборе скорости шума.
5. Отсутствие в конструкции кардана крестовины сводит на нет необходимость проведения балансировки как в момент установки агрегата, так и во время его эксплуатации.
6. 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:

1. их меньшую (в сравнении с карданами на крестовинах) приспособленность к использованию в экстремальных дорожных условиях;
2. 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;
3. ремонт вала на ШРУСах значительно дороже, нежели кардана на крестовинах, да и к уходу механизм более требователен;
4. 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.