Приводной вал – как скорость автомобиля зависит от его работы?

Приводной вал: устройство,неисправности,диагностика.

Проводные валы производят обеспечение динамического соединения ведущих колес и двигателя. Происходит это посредством того, что валы передают усилие и, таким образом, делают возможным движение подвески и поворот колес. Все побочные вибрации при этом канут в небытие. В своем арсенале каждый приводной вал должен иметь по два шарнира равных угловых скоростей. Таковыми являются: фиксированный шарнир, который находится на стороне колеса, плунжерный, или подвижный шарнир, который находится на стороне коробки передач. В системе данные элементы объединяются с помощью профильного вала.

ПРИВОДНОЙ ВАЛ – КАК ОН УСТРОЕН

Приводной вал любого автомобиля состоит из трех частей:

• наружного шарнира равных угловых скоростей (ШРУС);
• вала (трубы);
• внутреннего ШРУС.

Конструкция наружных и внутренних ШРУС одинакова. Они состоят из корпуса, в котором вырезаны каналы для движения стальных шариков, удерживающего шарики сепаратора, внутренней обоймы и собственно шариков. Такая конструкция позволяет шарниру передавать энергию вращения при повороте до 40 градусов. При этом потери мощности не превышают нескольких процентов, тогда как этот же параметр на традиционных карданах, при таком угле поворота превышает 10 процентов. Вся конструкция ШРУС удерживается в сборе с помощью стопорного кольца, которое не позволяет внутренним элементам вывалиться из корпуса. Консистентная смазка, которой заполнен ШРУС, обеспечивает качественную работу шарнира и сохраняет детали от износа. Чтобы в смазку не попали пыль и грязь, ШРУС закрыт пыльником.

Вал представляет собой отрезок трубы необходимой длины, к которому приварены переходники для установки ШРУС, чтобы избежать прокручивания, переходники и внутренняя часть ШРУС снабжены согласованными шлицами наподобие шестеренок. Чтобы вал не выскочил из ШРУС, на конце переходника устанавливают стопорное кольцо, которое сжимается при входе во внутреннюю часть шарнира, а после прохода шлицов, расширяется.

НЕИСПРАВНОСТИ ПРИВОДНОГО ВАЛА

Слабое место приводного вала – ШРУС, потому что повредить трубу достаточно сложно даже в результате аварии. Поэтому основные неисправности связаны именно с шарниром.

Основные неисправности приводного вала:

1. Неисправности ШРУС:

• порванный пыльник;
• загрязненная смазка;
• изношенны внутренние элементы ШРУС;
• ослабели или соскочили стопорные кольца.

1. Неисправности вала:

• вмятины;
• деформация;
• трещины.

Что делать, когда нужен ремонт приводных валов?

Ремонт приводных валов осуществляется путем замены той или иной детали. Не может быть так, чтобы сломалась вся АКПП. Часто ломается именно одна деталь, и ваша задача состоит в том, чтобы найти ее.

Чаще всего, это не так просто, бывает, что приходится заменять все детали по порядку, чтобы найти источник проблемы. Конечно, при поломке у каждой детали свой какой-то определенный «почерк». Все основные моменты поломок тех или иных деталей мы описали выше.

На всех автозаводах, перед тем как собрать новую модель автомобиля, отдельно собирают для него коробку передач. Отсюда очень логичным будет звучать вывод, что у каждого автомобиля своя особенность в АКПП. Многие автолюбители при выборе нового авто смотрят на расчет приводного вала, это часть характеристики, где указано, как именно работает АКПП у данной модели. Также данный расчет отлично поможет вам в дальнейшем, когда вы начнете ремонт или запланируете замену каких-либо деталей.

ДИАГНОСТИКА ПРИВОДНЫХ ВАЛОВ

Диагностику необходимо начинать с оценки поведения автомобиля на дороге. Если во время разворота или крутого поворота раздаются хруст или стук, скорее всего повреждены наружные или внутренние ШРУС. Чтобы определить их состояние, а также проверить пыльники, автомобиль помещают на яму или подъемник.

Если у вас нет ни ямы, ни подъемника, то можно обойтись двумя домкратами и опорными подставками. О том, как безопасно поднять автомобиль с помощью домкратов и подставок, читайте в статье (Замена и восстановление амортизаторов).

Поднимите машину и осмотрите пыльники ШРУС. Если на пыльниках есть трещины, пробоины или любые отверстия, необходимо полностью снять вал, чтобы проверить состояние шарниров. Вовремя заметив повреждение на пыльниках, удастся обойтись их заменой. Если с момента появления дефекта автомобиль проехал больше 500 километров, необходимо полностью разобрать ШРУС, удалить старую смазку, промыть и собрать заново, заполнив новой смазкой. Если не сделать этого, через 2 – 3 тысячи километров смазка с грязью, превратившаяся в абразивный материал, настолько повредит детали шарнира, что потребуется полная замена.

Осмотрите и пощупайте валы. Обнаружив любые трещины, царапины, вмятины или подозрение на неровность, необходимо снять приводные валы, чтобы нормально проверить их. После того, как с вала сняты оба ШРУС, трубу кладут на ровный стол и катят по нему. Если расстояние между валом и столом изменяется хотя бы на миллиметр, вал необходимо заменить. Ровный вал отмывают и осматривают по мощной лампой, чтобы убедиться в отсутствии трещин и других повреждении. При обнаружении любых повреждений, вал заменяют.

УСТАНОВКА ВАЛА НА АВТОМОБИЛЬ

При установке собранного приводного вала на автомобиль, сначала, насколько получается, вставляют внутренний шарнир (главное, чтобы совпали шлицы), затем внешний. После чего к тормозному диску или ступице прикладывают деревянный, медный или алюминиевый брусок и ударяют по нему молотком. Если стопорные кольца шарниров подобраны правильно, то ШРУС полностью входит в коробку переключения передач с 1 – 2 ударов. Если он не зашел с 3 – 4 удара, необходимо убедиться, что шлицы шарнира и планетарной шестерни совпали и снова попытаться утопить ШРУС. Утопив ШРУС в коробке, установите на место шаровую опору, растяжки и рулевую тягу. Установите и закрепите колесо, затем снимите машину с подъемника или домкрата. Установите шайбу подшипника передней ступицы и закрутите гайку, момент затяжки 220 – 250 ньютон на метр. Данный параметр для различных автомобилей может отличаться, поэтому проверьте его с помощью руководства по ремонту вашего автомобиля. Затянув гайку, обязательно закерните ее.

НАИБОЛЕЕ ЧАСТЫЕ ОШИБКИ, КОТОРЫЕ ДОПУСКАЮТ ПРИ РЕМОНТЕ ПРИВОДНЫХ ВАЛОВ

Если снять с машины один приводной вал и повернуть второй на более чем 15 градусов или завести двигатель, то велика вероятность, что планетарные шестеренки трансмиссии выпадут и потребуется дорогостоящий ремонт коробки переключения передач.

Неопытные водители и автослесари нередко используют неподходящие по толщине стопорные кольца, в результате чего сначала не могут надеть шарниры на вал, затем вставить собранный вал в планетарную шестерню коробки. Пытаясь забить шарнир и вал, они лишь повреждают наружный корпус, после чего требуется замена ШРУС.

Затягивая гайку, которая фиксирует ШРУС в ступице колеса, прикладывают излишнее усилие, в результате чего подшипники ступицы быстро выходят из строя. При слабой затяжке появляется люфт колеса, который негативно сказывается на управляемости машины. Поэтому при затяжке гайки необходимо пользоваться динамометрическим ключом.

Приводной вал – как скорость автомобиля зависит от его работы?

Вал приводной, передний правый, передний левый – всё это является частью АКПП. В данный момент времени автоматическая коробка передач активно набирает популярность у начинающих автолюбителей. Да и автомобилисты со стажем тоже не прочь пересесть на коробку-автомат. Давайте разберемся в принципе работы АКПП.

Узлы АКПП – что лежит в основе ее работы?

Назначение у данного узла то же, что и у МКПП (механическая коробка переключения передач), – преобразовывать и изменять направление крутящего момента. Автоматические коробки отличаются по численности передач, а также бывают различные способы переключения, и имеются различные типы сцепления. Давайте тщательно рассмотрим устройство АКПП. Первая деталь – гидротрансформатор, служит он для обеспечения преобразования передачи во время крутящего момента. Для своей работы использует рабочую жидкость. Если брать АКПП, то в нем используется готовое трансмиссионное масло.

Далее рассмотрим планетарный редуктор, он представляет собой узел, в состав которого входят «солнечные шестерни», сателлиты и коронные шестерни. Этот редуктор – главный узел в автоматической коробке передач. А вот система гидравлического управления – это комплекс, который предназначен для управления вышеописанным редуктором. В неё также входит гибкий приводной вал, чертёж этой системы именно для вашего автомобиля лучше всего поможет вам разобраться в вопросах ее функционирования, потому что тут у каждого производителя своя особенность построения.

Приводной вал – конструкция и функции

В системе АКПП также имеется ряд подшипников, из-за которых может из строя выйти вся коробка передач. К примеру, к таким жизненно важным элементам для автомобиля относится подвесной промежуточный подшипник приводного вала. Конечно, если сломается один подшипник, ни к чему серьезному это не приведет, но все-таки ездить с сильным гулом из-под капота не очень приятно. Еще одна деталь, на которую стоит обратить внимание, это шарнирный комплект, приводной вал никак не сможет обойтись без данного элемента конструкции. Именно он обеспечивает равномерность передачи тяговых усилий, которые приходятся на ведущие колеса.

Чаще всего, шарниры приводного вала дают сбой из-за негерметичного пыльника. Неисправность данной детали видно сразу, вы почувствуете, как неравномерно во время езды вес автомобиля распределяется на колеса. Конечно, в первую очередь необходимо проверить давление шин, а потом разбираться с АКПП. Сальник и пыльник приводного вала, в целом, весьма похожие по своему назначению элементы, могут также выйти из строя, несмотря на простоту устройства. Самая частая проблема: сальник начинает течь.

Если у вас внизу под капотом что-то капает, то первым делом проверьте сальник. Каких-то других проблем вы пока не почувствуете, но со временем в негодность будет приходить вся система АКПП.

Что делать, когда нужен ремонт приводных валов?

Ремонт приводных валов осуществляется путем замены той или иной детали. Не может быть так, чтобы сломалась вся АКПП. Часто ломается именно одна деталь, и ваша задача состоит в том, чтобы найти ее.

Чаще всего, это не так просто, бывает, что приходится заменять все детали по порядку, чтобы найти источник проблемы. Конечно, при поломке у каждой детали свой какой-то определенный «почерк». Все основные моменты поломок тех или иных деталей мы описали выше.

На всех автозаводах, перед тем как собрать новую модель автомобиля, отдельно собирают для него коробку передач. Отсюда очень логичным будет звучать вывод, что у каждого автомобиля своя особенность в АКПП. Многие автолюбители при выборе нового авто смотрят на расчет приводного вала, это часть характеристики, где указано, как именно работает АКПП у данной модели. Также данный расчет отлично поможет вам в дальнейшем, когда вы начнете ремонт или запланируете замену каких-либо деталей.

Приводные валы

Крутящий момент, развиваемый двигателем ав­томобиля, должен передаваться через коробку передач и дифференциал на ведущие колеса, для чего в автомобилях используются приводные валы. При движении автомобиля колеса посто­янно перемещаются вверх-вниз, а управляемые передние колеса еще и поворачиваются впра­во-влево, что не позволяет применять жесткое соединение приводных валов с другими агрега­тами автомобиля. Если двигатель расположен спереди, а ведущие колеса — задние, то в качестве приводного используется вал с карданными шар­нирами (карданный вал).

Задача приводного вала — эффективно пере­давать крутящий момент от одного агрегата к другому, независимо от того, расположены они соосно или со смещением относительно друг друга.

Приводной вал должен работать в широком диапазоне частоты вращения и при этом обе­спечивать возможность достаточно больших взаимных перемещений соединяемых элементов во всех плоскостях. Разнообразие требований к шарнирам приводных валов привело к появле­нию самых разных вариантов привода.

История создания приводных валов

Всерьез о трансмиссии задумались создатели первых автомобилей. Сначала общепринятым был привод на задние колеса, так как решить про­блемы переднего привода не удавалось. В случае передних ведущих колес крутящий момент дол­жен равномерно передаваться не только при ли­нейном смещении колеса вверх-вниз, но и при повороте колеса из стороны в сторону.

Для заднего привода передача крутящего момента от двигателя к заднему мосту была реализована с помощью продольного вала с кар­данными шарнирами. Такой подход к решению проблемы был более простым, ведь углы откло­нения таких шарниров небольшие и не влияют на ходовые качества автомобиля.

Изобретение карданного шарнира восходит к XVI столетию; авторами считаются итальянец Джероламо Кардано и англичанин Роберт Гук.

В середине XVI века Кардано создал кольцевой шарнир, в котором корабельный компас оставал­ся в горизонтальном положении, несмотря на морскую качку.

В 1664 году Роберт Гук подтвердил патентом, что его кольцевой шарнир способен соединить концы двух несоосных валов, расположенных под углом друг к другу (рис. 2 «Универсальный шарнир Роберта Гука«).

Термины «карданный шарнир» или «шарнир Гука» и сегодня напоминают об этих двух авторах давнего изобретения.

С появлением переднего привода карданные шарниры использовались и там, но в связи с повышением требований к управляемости и ди­намике автомобиля поиск более оптимальной передачи крутящего момента привел к появлению шарниров равных угловых скоростей (ШРУС).

На современных легковых автомобилях кар­данный шарнир применяется только на продоль­ном карданном валу привода задних ведущих ко­лес, хотя и здесь постепенно сдает свои позиции. Различия между карданным шарниром и ШРУ­Сом объясняются в следующих главах.

На грузовых автомобилях карданный шар­нир по-прежнему используется на продольном карданном валу привода задних колес, а также в виде сдвоенного карданного шарнира — на по­перечных приводных валах.

В декабре 1926 года французские инженеры Пьер Фенай и Жан-Альбер Грегуар получили па­тент на изобретенный ими шарнир Tracta. Этот шарнир состоял из четырех деталей, соединен­ных скользящими направляющими. Чтобы не распадаться, он должен был постоянно находить­ся внутри полусферы.

Шарнир изготавливался на обычных универ­сальных станках и мог использоваться для пере­дачи большого крутящего момента, поэтому во время Второй мировой войны им оснащались многие французские, английские и американские полноприводные автомобили.

Для шарнира Tracta (рис. 3 «Деталировочный чертеж шарнира Tracta») впервые было использовано определение «гомокинети­ческий», которое и по сей день используется для обозначения шарниров равных угловых скоростей. Сам шарнир сегодня уже не приме­няется.

Как и в Европе, в Америке тоже пытались ре­шить проблему синхронного вращения, и 4 мая 1923 года Карл Вайсс запатентовал разработан­ный им вариант такого шарнира (рис. 4 «Чертеж к патенту шарнира Вайсса«).

Этот шарнир изготавливался с 1934 года, но его массовый серийный выпуск начался только после Второй мировой войны. До середины 80-х годов прошлого века он применялся на автомо­билях Mercedes-Benz.

В то время, как шарнир Вайсса допускал отклонение не более чем на 20° и применялся на автомобилях с задним приводом, шарнир Tracta мог работать уже под углом до 50°.

В современном автомобилестроении шарнир Вайсса, не в последнюю очередь из-за своей большой удельной массы, практически не при­меняется.

Самый распространенный в настоящее время ШРУС основан на патенте, который получил ин­женер Ford Альфред Ганс Рцеппа в июне 1933 года (рис. 5 «Чертеж к патенту шарнира Рцеппа«).

Для достижения современного технического уровня потребовалось много исследовательской работы. Главную роль в этом сыграли английская фирма Hardy Spicer и основанная в 1948 году немецкая компания по производству шарниров Lohr&Bulmkamp.

На базе шарнира Рцеппа, который не допускал осевого смещения, эти две фирмы разработали универсальный ШРУС с возможностью продоль­ного перемещения деталей.

Системы привода

Большая часть выпускаемых сегодня легковых автомобилей оснащается приводными залами с шарнирами равных угловых скоростей. От­дельные схемы привода ведущих колес по­казаны с гомокинетическими (от греческого homos = одинаковый и kine = двигаться) шарни­рами (рис. 6 «Схемы привода ведущих коле»).

При переднем приводе ведущими являются передние колеса. На приводных валах со стороны колеса при­меняются жесткие ШРУСы (без возможности продольного перемещения деталей), а со сторо­ны коробки передач — универсальные (с возмож­ностью продольного перемещения). Передние колеса — управляемые, поэтому угол поворота в шарнире со стороны колеса должен достигать примерно 50°.

Из-за поперечного расположения двигателя и связанной с этим асимметрии в моторном отсеке приводные валы могут быть разной длины.

При заднем приводе ведущими являются за­дние колеса. На приводных валах как со стороны колеса, так и со стороны коробки передач применяются универсальные ШРУСы, поскольку в этом случае шарнир — в отличие от переднего привода — дол­жен компенсировать только изменение длины ва­лов из-за хода подвески вверх-вниз.

При полном приводе ведущими являются все колеса. Шарниры приводных валов применяются точ­но так же, как на описанных выше переднем и заднем приводах. Крутящий момент от силового агрегата на задние или (при расположенном сзади двигателе) на передние колеса передается с помощью продольного вала.

Частота вращения валов в этом случае может достигать 6000 об/мин, поэтому продольные валы оснащаются высокооборотными шарнирами. Далее отдельные типы шарниров рассматриваются более подробно.

Общие показатели для приводных валов

Наряду с передачей усилия задачей приводных валов является и равномерная передача крутяще­го момента на ведущие колеса.

Угловая скорость

Приводные валы только с одним шарниром вра­щаются неравномерно.

Если два вала соединить простым карданным шарниром под определенным углом и вращать вал I с постоянной угловой скоростью ω₁ то вал II будет вращаться с неравномерной угловой скоро­стью ω₂ (рис. 7 «Приводные валы с одним шарниром«).

Эта неравномерность, часто называемая по­грешностью карданного шарнира, выражается в синусоидальном колебании угловой скорости вала II, как показано на графике цикла вращения 360° (рис. 8 «Изменение угловой скорости в зависимости от положения карданного шарнира«).

При 0°, 180° и 360° вилка шарнира на валу I расположена горизонтально и обладает меньшей угловой скоростью, чем в вертикальных положе­ниях 90° и 270°.

Такое ускорение и замедление крестовины шарнира соответственно изменяет и угловую ско­рость вала II.

Поскольку решению этой проблемы способ­ствуют угловое и параллельное смещение валов (за счет конструктивно обусловленного располо­жения элементов трансмиссии и достаточно эла­стичных опор), карданные валы автомобиля всег­да оснащаются двумя шарнирами. Это позволяет компенсировать неравномерно­сти вращения вала.

Максимальный угол в шарнире

Максимальный угол отклонения от горизонтали (рис. 9 «Угол в шарнире«) показывает, под каким углом может работать шарнир, соответствуя требованиям по равномерности передачи крутящего момента и долговечности.

В автомобильной технике максимальный угол в шарнире может составлять более 50°.

Схемы расположения карданных валов

Неизбежно возникающую неравномерность вра­щения можно компенсировать последователь­ным размещением двух шарниров на одном валу.

При этом различают два варианта их располо­жения: Z-схема и W-схема.

Z-схема

Z-схема или Z-изгиб представляет собой наибо­лее распространенный вариант применения кар­данного вала. В этом случае изгиб происходит только в одной плоскости (рис. 10 «Z-схема«).

Для абсолютно синхронного вращения веду­щего и ведомого валов, соединенных карданным валом, вилки шарниров этого общего вала долж­ны находиться в одной плоскости, а углы в шар­нирах должны быть одинаковы.

W-схема

Еще одним способом избежать нежелательных колебаний частоты вращения между валами I и II является W-схема их расположения (рис. 11 «W-схема«).

И в этом случае углы в карданных шарнирах должны быть одинаковыми, а их вилки — нахо­диться в одной плоскости.

Общее правило для Z-схемы и W-схемы за­ключается в том, что карданный вал и соединяе­мые им концы ведущего и ведомого валов долж­ны лежать в одной вертикальной плоскости.

В случае бокового смещения при использова­нии Z-схемы достаточно, чтобы пространствен­ный угол оставался минимальным.

Чтобы избежать нежелательных колеба­ний частоты вращения вала при использовании W-схемы, угол смещения необходимо высчитать заранее (рис. 12 «Боковое смещение«).

Полуось (приводной вал)

Полуось это вал передающий крутящий момент с дифференциала на ведущие колеса. По одной на каждое ведущее колесо. Полуось автомобиля также называют приводной вал.

Основные виды полуосей

Зависимо от конструкции полуось может быть полностью или частично разгруженной от действующих на нее изгибающих моментов.

Разгруженная полуось более характерна для транспортных средств с большой грузоподъемностью, в том числе автобусов. Такая полуось на чертеже будет выглядеть свободно установленной внутри моста деталью, а опираться на балку моста будет ступица колеса с помощью двух подшипников. В данной конструкции полуось передает исключительно крутящий момент, поскольку всю силу изгибающего воздействия на себя принимают подшипники.

Полузагруженная полуось в подавляющем большинстве случаев установлена на легковых и легкогрузовых автомобилях. Устройство полуоси данного вида отличается тем, что в ней подшипник стоит между самой полуосью и ее кожухом, причем полуось крепится непосредственно к ступице колеса. По этой причине на плече периодически возникают изгибающие моменты, которые воздействуют на полуоси в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

На переднеприводных автомобилях для передачи крутного момента от КПП к колесам устанавливаются полуоси несколько иной конструкции. Состоит такой приводной вал из оси, внутреннего и наружного ШРУСов.

Устройство приводного вала переднеприводного автомобиля.

Причины поломки полуосей

В процессе эксплуатации транспортного средства полуось постоянно работает под довольно серьезными нагрузками, среди которых:

• изгибающий момент, который появляется из-за воздействия на автомобиль силы тяжести;
• касательная реакция, возникающая при начале движения и торможении автомобиля;
• боковая сила из-за заносов машины;
• боковые нагрузки, возникающие из-за воздействия сильного бокового ветра.

Полуоси испытывают практически экстремальные нагрузки при перемещении автомобиля по грунтовым дорогам, а также по разбитым шоссе.

В процессе эксплуатации ведущего моста нужно периодически проверять состояние размещенных на полуосях подшипников. Их долговечной работы можно добиться, обеспечив полноценную защиту от проникновения грязи и жидкостей.

Поломки полуосей

Основная неисправность которую чаще всего приходится устранять — хрустящие подшипники.

Следует отметить, что полуось в большинстве моделей автомобилей считается очень надежной деталью, которая крайне редко выходит из строя. Особенно это касается машин, работающих в городском цикле. Но все же и с ними бывают проблемы.

Довольно часто причиной досрочного выхода из строя подшипников полуосей становится утечка трансмиссионного масла, происходящая из-за износа сальника полуоси. Масло при движении машины разогревается, вымывая смазку подшипников, из-за чего возрастает сила внутреннего трения и они разрушаются.

Вообще подшипники чаще всего становятся причиной поломки полуосей. Помимо заливания трансмиссионным маслом, они ломаются из-за дефектов запорных колец, а также иногда заклиниваются вследствие попадания посторонних предметов.

Порванный пыльник ШРУСа приводит к выходу из строя как весь шарнир угловой скорости так и приводной вал в целом.

От продолжительной эксплуатации полуось может разболтаться в местах крепления, вплоть до разбивания шлицов. Крайне редко, но случаются и поломки самих полуосей с разъединением на две части. Чаще всего они ломаются посередине, у шлицевой или возле подшипника.

На автомобилях с передним приводом часто рвутся пыльники ШРУСов, что в дальнейшем пагубно влияет на шарниры.

Проблемы могут быть вызваны случайностью, продолжительной или чрезмерно небрежной эксплуатацией автомобиля, непрофессиональными ремонтными работами или низким качеством самих деталей. Ремонт чаще всего осуществляется через замену полуоси, подшипников или прочих элементов механизма.