Крестовина кардана

Назначение крестовины кардана и история создания

Необходимость применения подвижных соединений возникла по той причине, что оси валов автомобиля не всегда располагаются на одной прямой. Во время движении машины они меняют положение в пространстве. При этом изменяется и их межосевое расстояние в разных горизонтальных и вертикальных плоскостях.

Передачу крутящего момента от коробки передач к ведущим мостам выполняет карданное соединение. Впервые принцип такой конструкции описал итальянский инженер Дж. Кардано. Его работы и послужили основой для построения карданной передачи, применяемой в трансмиссиях автомобилей.

Крестовина карданного вала является гибким соединением двигателя автомобиля с ведущим мостом

В ее состав входят карданные валы и шарниры, промежуточные опоры и соединительные устройства. У крестовины в этой системе особая роль. Именно она обеспечивает передачу крутящего момента от коробки передач на мост при постоянно меняющихся углах во время движения машины.

Устройство и принцип работы крестовины кардана

Крестовина карданного вала – это, как понятно из названия, крестообразный шарнир, который обеспечивает соосность всех вращающихся элементов. Он соединяет две вилки, которые входят в состав карданного шарнира. Концы вилок присоединяются к четырем концам, или шипам, крестовины. Труба карданного вала и одна вилка имеют между собой жесткое крепление.

Движение шарнира осуществляется при помощи игольчатых подшипников, надетых на шипы крестовины. Эти подшипники устанавливаются в отверстия, расположенные на вилках и фиксируются стопорными кольцами, чтобы предотвратить возможность их смещения. Толщина стопорных колец зависит от размера допустимого осевого зазора.

Таким образом, крестовина карданного вала является гибким соединением двигателя автомобиля с ведущим мостом. Конструктивно она представляет собой взаимно перпендикулярные оси, которые опираются на игольчатые подшипники, установленные в вилках карданного вала.

Функциональное назначение крестовины заключается в обеспечении подвижного соединения, гашении динамической деформации карданного соединения и передаче крутящего усилия на колеса.

Корпус крестовины изготавливается из легированной стали и проходит термообработку, которая обеспечивает высокую поверхностную твердость шипов

Крестовины отличаются по размеру.  Размер может зависить от разных факторов: марки автомобиля, его габаритов, мощности двигателя и, как следствие, величины крутящего момента.

Корпус этой важной детали изготавливается из легированной стали и проходит термообработку, которая обеспечивает высокую поверхностную твердость шипов. Для производства наружных обойм подшипников и самих иголок применяется специальная подшипниковая сталь и соответствующая термическая обработка.

Высокий КПД передачи и долговечность шарниров обеспечивает применение на шипах корпуса герметизированных игольчатых подшипников. Для надежности подобной герметизации узлов крестовины кардана в изготовлении уплотнений подшипников используется бензомаслостойкая резина.      

Достоинства и недостатки крестовины кардана

Сама по себе крестовина карданного вала является простым, надежным и долговечным элементом автомобиля.

Главные условия, необходимые для нормальной работы этого узла, – это качество материалов, используемых при его изготовлении, и наличие смазки в местах соприкосновения с другими элементами. Теоретический ресурс работы крестовины кардана составляет 500,000 км.

При несоосном расположении валов, карданное соединение является практически единственным эффективным способом передачи вращения. Основной его минус заключается в том, что при возникновении большого угла между соединенными валами их вращение становится неравномерным. В результате, во время передачи происходит большая потеря мощности и возрастает износ узлов соединения. Особо заметной неравномерность вращения валов становится, когда угол между ними превышает 10 градусов.                    

Другие виды подвижных соединений и их сочетания

Одним из альтернативных видов подвижного соединения для передачи крутящего момента является шарнир раных угловых скоростей, или ШРУС. Это соединение помогает избежать неравномерного вращения соединенных валов, когда угол между сопряженными деталями составляет более 20 градусов - от 30 до 70.

Передачу крутящего момента в ситуации большой несоосности осуществляет промежуточный вал. В его состав входят эластичная муфта, фланец и шарнир равных угловых скоростей. Подвижность соединения несоосных элементов в такой конструкции обеспечивает эластичная муфта. Она представляет собой конструкцию из стальных вкладышей и резиновых перемычек, соединенных воедино. Рывки трансмиссии автомобиля гасятся за счет упругости муфты. В конструкции вала применены и карданные соединения, так как между валами, которые объединяет промвал, существует большая несоосность.

Промежуточный вал применяется, к примеру, в конструкции трансмиссии полноприводных автомобилей ВАЗ (21213, 21214, 2131) семейств Нива - Lada 4x4. При этом в автомобилях текущей модели ВАЗ 21214 карданные соединения промвала заменены шрусовыми - менее шумными и не требующими регулировки соосности.