Карданная передача УРАЛ

Полный привод, т.е. такая конструкция трансмиссии, которая позволяет передавать крутящий момент, создаваемый двигателем, на все колёса, является неотъемлемым атрибутом грузовых автомобилей повышенной проходимости. Машины уральского автозавода обладают способностью преодолевать снежную целину глубиной до 1 м, рвы шириной до 1,2 м, стену высотой до 0,55 м, уклоны до 20°, преодолевать вброд водные преграды глубиной до 1,75 м. Такие возможности по преодолению бездорожья обеспечивает карданная передача Урал.

Для того чтобы обеспечить полный привод необходимо так распределить вращающий момент между мостами, чтобы обеспечить наилучшую проходимость автомобиля. Для этого в конструкции автомобиля предусмотрено специальное механическое устройство – раздаточная коробка, которая также способна увеличить момент при движении по бездорожью. Раздаточная коробка, как правило, находится выше ведущего моста и карданные валы, переброшенные к ведущим мостам, располагаются наклонно. Коробка жестко зафиксирована на шасси, а мосты подрессорены и «качаются» на раме. При наезде на препятствия мосты совершают колебания относительно раздаточной коробки, изменяется длина и наклон карданных валов.

Для передачи вращения от механизма распределения момента и приведения автомобиля в движение   применяют валы с шарнирами Кардана – механизмом, известным с CVI века, обеспечивающим две степени свободы за счет поворота в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Карданный шарнир состоит из двух, расположенных под прямым углом друг к другу, вилок, соединенных крестовиной. На шипы крестовины напрессованы игольчатые подшипники качения, зафиксированные стопорными кольцами. В теле крестовины имеются внутренние каналы для подачи к подшипникам пластичной смазки. Смазка нагнетается через пресс-масленку.

Конструкцию рассмотрим на примере карданной передачи Урал 4320. Она состоит из главного карданного вала, соединяющего коробку передач с раздаточной коробкой, и валов привода мостов: переднего, среднего и заднего. Шарниры обеспечивают свободный изгиб вала в двух плоскостях. Для того чтобы при изменении расстояния между точками подвеса (мост и РК), длина вала изменялась без его деформации (продольное сжатие и растяжение) он выполняется составным. Состоит вал из трубы с двумя вилками, одна из которых приварена, а вторая свободно скользит в шлицах. Составная конструкция валов обеспечивает отсутствие продольных деформаций. Оставшиеся тангенциальные (крутильные) нагрузки воспринимаются периферийными слоями материала вала, поэтому тело вала обычно представляет из себя тонкостенную трубу.

Наиболее нагруженной деталью шарнира является крестовина, на шипы которой напрессованы игольчатые подшипники. без деформации компенсировать

Выравнивание скоростей и колебаний

Главным недостатком классической карданной передачи считается ее неравномерность. На графике видно, что при постоянной частоте ведущего вала w₁, угловая скорость ведомого изменяется синусоидально. Половину времени одного оборота скорость ведомого вала выше, чем ведущего, а вторую половину – наоборот, ниже.  Этот повторяющийся дважды за оборот цикл именуют асинхронностью передачи. С асинхронностью передачи связаны циклические перегрузки, испытываемые трансмиссией. Значение асинхронности меняется при изменении осями валов так, что при увеличении угла до 20⁰ величина избыточных нагрузок может превысить передаваемый момент, за чем следует разрушение деталей трансмиссии.

Асинхронность вращения валов в карданной передаче с ограничением наклона валов 20° выравнивают включением второго шарнира с двумя фиксированными осями качания. В таких передачах (например, карданная передача Урал-4320) вилки шарниров располагаются взаимно перпендикулярно.

Для длиннобазных автомобилей обычно применяется конструкция передачи с промежуточным мостом или опорой. Это вызвано известной закономерностью поведения карданных валов большой длины – с зависимостью критической собственной частоты вала с его длиной: чем длиннее вал, тем ниже его собственная критическая частота. При совпадении частоты вращения вала с этой критической частотой наблюдается резонансный скачок амплитуды и разрушение деталей вала. У коротких валов значение критической частоты выше, чем максимально возможная скорость вращения вала. Подвижность промежуточного шарнира в опоре, жестко закрепленной на шасси автомобиля, обеспечивается его размещением в эластичном кольце.

Основные неисправности

Наиболее распространенными неисправностями в эксплуатации карданных передач являются:

• износ подшипников крестовины;
• износ шипов крестовины;
• износ шлицев шлицевой вилки или втулки;
• прогиб трубчатого вала.

Неисправности на ранних стадиях развития могут выявляться при периодическом осмотре или техническом обслуживании. При движении автомобиля об износе подшипников, крестовины или шлицевого соединения может свидетельствовать характерный стук при резком изменении скорости. Прогиб трубы вала проявляется в его вибрации, интенсивность которой задается степенью деформации.

Работоспособность карданных шарниров сохраняется достаточной смазкой подшипников. Современные асинхронные шарниры, которые не требуют частого смазывания. Набивка полостей крестовины консистентной смазкой производится при сборке и ремонте передачи. Для этого в конструкции сохраняется пресс-масленка для нагнетания шприцем смазки в полость крестовины и далее к роликам подшипников.

Ранее для поддержания работоспособности шлицевой посадки ремонтно-эксплуатационной документацией предусматривался специальный режим смазки для валов привода переднего и заднего мостов. Рекомендовалось при каждом четвертом ТО-2 демонтировать вал, разбирать шлицевое соединение, удалять старую смазку и наносить слой чистого солидола. На шлицевые соединения современных валов наносится защитное покрытие из самосмазывающихся полимеров. А на валах привода промежуточного моста и главного привода карданной передачи Урал-4320 изначально устанавливались пресс-масленки для безразборного пополнения смазки.