Карданные валы

Карданный вал (кардан) — это устройство для передачи крутящего момента между осями, которые расположены друг к другу под углом. В автомобиле он преимущественно передает крутящий момент от коробки передач или раздаточной коробки к задней и передней осям.

Карданный вал, или, проще, кардан, — это узел в трансмиссии автомобиля, который передаёт вращение от коробки передач или раздаточной коробки на редуктор ведущих колёс. Если бы эти агрегаты были жёстко закреплены друг относительно друга, их можно было бы соединить обычным валом. Но в реальности коробка передач и редукторы расположены в разных плоскостях по отношению друг к другу, да ещё и могут менять взаимное положение при работе подвески. И тем значительнее, чем больше ход подвески.

Поэтому кардан в машине должен уметь передавать вращение при изменении углов и расстояния между агрегатами трансмиссии. Именно поэтому его устройство сложнее, чем может показаться.

Устройство и типы карданной передачи

Как выглядит карданный вал? На первый взгляд он кажется совсем простым, но на самом деле включает в себя нескольких важных элементов. Вот из чего состоит карданный вал: 

• трубчатый вал или валы;
• шарниры угловых скоростей;
• подвесной подшипник;
• шлицевое соединение;
• эластичная муфта.

Основная, самая крупная и заметная часть карданного вала — длинная труба, которую называют центральным валом. При одинаковой жёсткости и прочности пустотелая труба легче сплошного прутка.

Проще и дешевле всего однотрубные карданы.

Для соединения частей карданного вала между собой используются шарниры угловых скоростей. Их минимум два у однотрубного вала или больше у составных конструкций.

Чаще всего используются шарниры неравных угловых скоростей, которые за характерную форму называют крестовинами. Для каждой крестовины на концах валов и фланцах трансмиссии предусмотрены вилки — ведущая и ведомая. Между ними располагается крестовина с четырьмя наконечниками, в каждом из которых находится игольчатый подшипник. Для фиксации конструкции предусматриваются пазы и шлицы.

Карданы с крестовинами относятся к асинхронному типу карданных передач. Особенностью такого шарнира является неравномерность вращения ведомой вилки относительно ведущей, если их оси не параллельны. Проще говоря, ведомая вилка за один оборот ведущей дважды замедляет скорость вращения и дважды ее ускоряет, что создаёт больше вибраций. 

К синхронному типу относят карданные передачи, в сочленениях которых используют шарниры равных угловых скоростей, или ШРУСы, наподобие тех, что применяются в приводе передних колёс. Внутри них — вилка с несколькими лопастями сцепляется с шариками, перекатывающимися в специальных канавках. Это выравнивает частоту вращения. Такие карданные валы создают меньше вибраций, но сложнее и ощутимо дороже.  

Из экзотических конструкций можно припомнить такую, где в качестве шарнира используются резиновые муфты. Этот вариант прост и дёшев, но на практике почти не встречается, поскольку не рассчитан на передачу значительного крутящего момента и не работает при больших изгибах привода.

Подвесной, или опорный, подшипник используется для поддержки и стабилизации вращения кардана, если он имеет составную конструкцию. 

Поскольку соединяемые карданным валом агрегаты перемещаются относительно друг друга, в устройство кардана обязательно включено шлицевое соединение. Оно позволяет ему менять длину в необходимом диапазоне.

Также карданная передача включает в себя резиновую или резино-металлическую эластичную муфту, которая обычно устанавливается в месте присоединения к коробке передач. Упругость муфты позволяет снизить рывки и вибрации при работе механизма, а также защищает трансмиссию от ударных нагрузок.