Усилие двигателя, изменяемое коробкой передач, в заднеприводных автомобилях подводится к ведущим колесам автомобиля, при меняющемся положении (вверх-вниз) передачи во время движения. При этом изменяется расстояние от коробки передач до ведущего моста. Для передачи вращательного движения при изменяющихся углах и расстояниях в автомобилях применяют карданные передачи (рис.11.91).
Карданная передача может передавать крутящий момент от коробки передач к раздаточной коробке или к главной передаче ведущего моста, от раздаточной коробки к главным передачам ведущих мостов, между главными передачами среднего и заднего ведущих мостов, от полуосей к передним ведущим и управляемым колесам, от главной передачи к ведущим колесам с независимой подвеской. Карданная передача может также применяться в приводе от коробки отбора мощности к вспомогательным механизмам (лебедке и др.) и для связи рулевого колеса с рулевым механизмом.
Рассмотрим основные типы карданных передач.
Карданные передачи одновального типа используются на короткобазных легковых автомобилях, которые отличаются колесной формой 4х2, карданная передача соединяет КПП с задним ведущим мостом. Данный тип карданной передачи включает в свой состав карданный вал, а также два карданных шарнира.
Карданные передачи двухвального типа используются на грузовиках и автобусах, а также на легковых автомобилях с удлиненной колесной базой, форма колес которых 4х2. Карданная передача двухвального типа осуществляет связку заднего моста с КПП. Данный тип карданной передачи состоит из трех карданных шарниров, двух карданных валов, промежуточной опоры.
В автомобилях, отличающихся формой колес 6х6 и оснащенных индивидуальным приводом ведущих мостов, соединение заднего ведущего моста с раздаточной коробкой осуществляется за счет карданной передачи двухвального типа с промежуточной опорой. Соединение переднего и среднего ведущих мостов с раздаточной коробкой выполняется с помощью карданных передач одновального типа.
Существуют машины с формой колес 6х6, но средний мост у них является проходным, связь КПП с раздаточной коробкой, а раздаточной коробки вместе с этим с ведущими мостами, выполняется за счет карданных передач одновального типа. Дополнительный редуктор выполняет передачу крутящего момента на ведущий задний мост.
Рассмотренные выше типы карданных передач являются основными в автомобилестроении.
Карданные шарниры. Карданным шарниром, или карданом, называется подвижное соединение, обеспечивающее передачу вращения между валами, оси которых пересекаются под углом.
В автомобилях применяются карданные шарниры неравных и равных угловых скоростей.
Карданный шарнир неравных угловых скоростей (асинхронный) состоит из вилки 1 (рис. 11.92, а) ведущего вала, вилки 3 ведомого вала и крестовины 2, соединяющей вилки с помощью игольчатых подшипников. Вилка 3 может поворачиваться относительно оси ОО крестовины и одновременно с крестовиной поворачиваться относительно оси О1О1при передаче вращения с ведущего вала на ведомый при изменяющемся угле между валами.
Если ведущий вал повернется на некоторый угол α, то ведомый вал за это время повернется на какой-то другой угол β и соотношение между углами поворота валов будет:
tgα = tgβcosγ.
Следовательно, валы вращаются с разными скоростями (ω1≠ω2), а ведомый вал — еще и неравномерно. Неравномерность вращения валов тем больше, чем больше уголγмежду валами. При этом неравномерное вращение валов вызывает дополнительную динамическую нагрузку на детали трансмиссии и увеличивает их изнашивание. Для устранения неравномерного вращения используют два карданных шарнира неравных угловых скоростей, которые устанавливают на концах карданного вала. При этом вилки карданных шарниров, соединенные с карданным валом, располагаются в одной плоскости. Тогда неравномерность вращения, создаваемая первым карданным шарниром, выравнивается вторым карданным шарниром, и ведомый вал вращается равномерно со скоростью ведущего вала.
Карданные шарниры неравных угловых скоростей допускают передачу вращения при углах γ между валами до 15…20°.
Карданный шарнир равных угловых скоростей (синхронный) состоит из фасонных вилок (рис. 11.92, б), изготовленных за одно целое с ведущим 4 и ведомым 5 валами. Вилки имеют овальные делительные канавки, в которых находятся рабочие шарики 6. Центрирование вилок осуществляется шариком 7, размещенным в сферических углублениях внутренних торцов вилок.
Вращение с вала 4 на вал 5 передается через рабочие шарики 6. Канавки вилок имеют специальную форму, которая независимо от изменения угла γ между валами обеспечивает расположение рабочих шариков в плоскости АА, делящей угол пополам. В результате этого оба вала вращаются с равными скоростями (ω1= ω2).
Шариковый шарнир такого типа может передавать вращение при углах у между валами, достигающих 30…32°.
Шарнир прост по конструкции и сравнительно недорог при изготовлении. Однако он имеет ускоренное изнашивание из-за наличия скольжения рабочих шариков относительно канавок и высокого давления между шариками и канавками.
Для соединения механизмов автомобиля применяются различного типа карданные передачи (рис. 11.93).
а, б – 4×2; в –4 x4; г, д 6 x 6; 1 – коробка передач; 2 – карданный шарнир; 3 – карданный вал; 4,7,9 – ведущие мосты; 5,8 – промежуточные опоры; 6 – раздаточная коробка; 10 – редуктор
Одновальные карданные передачи (рис. 11.93, а) применяются на легковых автомобилях с короткой базой (расстояние между передними и задними колесами) и колесной формулой 4×2 для соединения коробки передач 1 с задним ведущим мостом 4. Такая карданная передача состоит из карданного вала 3 и двух карданных шарниров 2. На автомобилях с длинной базой и колесной формулой 4 x 2 для связи коробки передач с задним ведущим мостом. Передача включает в себя два карданных вала, три карданных шарнира и промежуточную опору 5. Эта карданная передача получила наибольшее распространение на легковых, грузовых автомобилях и автобусах ограниченной проходимости.
На автомобилях повышенной проходимости с колесной формулой 4×4 используются три одновальные карданные передачи (рис. 11.93, в) для соединения соответственно коробки передач с раздаточной коробкой 6, а также раздаточной коробки с задним и передним 7 ведущими мостами.
На автомобилях высокой проходимости с колесной формулой 6×6 (рис. 11.93, г) и индивидуальным приводом ведущих мостов раздаточная коробка соединяется с задним ведущим мостом двухвальной карданной передачей с промежуточной опорой 8. Связь коробки передач с раздаточной коробкой с передним и средним 9 ведущими мостами этих автомобилей осуществляется одновальными карданными передачами.
В автомобилях высокой проходимости с колесной формулой 6×6 и со средним проходным ведущим мостом (рис. 11.93, д) для связи коробки передач с раздаточной коробкой и раздаточной коробки с ведущими мостами используются одновальные карданные передачи. При этом обеспечивается привод дополнительного редуктора 10 среднего моста.
Одновальные и двухвальные карданные передачи, используемые для соединения коробки передач, раздаточной коробки и ведущих мостов автомобилей, имеют карданные шарниры неравных угловых скоростей. Карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей на автомобилях применяются для привода передних управляемых и одновременно ведущих колес.
Так как карданные передачи с шарнирами неравных угловых скоростей имеют одинаковую конструкцию, рассмотрим карданную передачу автомобиля Газель, которая состоит из промежуточного карданного вала, промежуточной опоры, заднего карданного вала и трех карданных шарниров (рис. 11.94, б).
Промежуточный карданный вал 22 выполнен из стальной тонкостенной трубы.
К заднему торцу промежуточного вала 22 приварен хвостовик с наружными шлицами, а к переднему торцу — вилка 23, к которой через карданный шарнир крепится скользящая передняя вилка 5 с внутренним шлицевым отверстием и грязеотражателем 4.
Передняя вилка 5 вставлена в удлинитель 3 заднего картера коробки передач и входит в зацепление со шлицами вторичного вала коробки передач1. При работе задней подвески происходит продольное смещение карданной передачи. При этом вилка 5, перемещаясь по шлицам вторичного вала 1 коробки передач компенсирует эти сдвиги. Такое подвижное шлицевое соединение называется компенсирующим устройством. Оно обеспечивает изменение длины карданной передачи при перемещении ведущего моста относительно коробки передач во время движения автомобиля. Шлицевое соединение смазывают через масленку. Шлицевое соединение смазывается маслом, залитым в картер коробки передач.
Промежуточная опора 11 представляет собой резиновый гофрированный элемент. Изнутри к нему привулканизирован закрытый шариковый подшипник 12, а снаружи — кронштейн. Слой резины препятствует передаче вибраций на кузов и допускает перемещение карданной передачи вдоль продольной оси автомобиля. Кронштейн промежуточной опоры болтами крепится к поперечине рамы. Подшипник опоры не требует ухода на протяжении всего срока его службы.
Задний карданный вал 18 выполнен из тонкостенной трубы, к торцам которой приварены вилки 16 и 17. Через карданный шарнир к передней части вала крепится шлицевая вилка среднего шарнира. Она надевается на заднюю шлицевую часть промежуточного вала после промежуточной опоры. От смещений по шлицам она фиксируется болтом 19 со стопорной шайбой. К другой части заднего карданного вала через крестовину шарнира присоединена вилка-фланец 17 с центровочным пояском. Она крепится четырьмя болтами к фланцу ведущей шестерни главной передачи.
Карданный шарнир состоит из вилок и крестовины с четырьмя закрытыми игольчатыми подшипниками. В каждом из них установлено 20 роликов (игл) диаметром 2 мм. Иглы изготовлены с высокой точностью, подобраны для данного подшипника в сборе с крестовиной и для разных подшипников не взаимозаменяемы. Поэтому недопустимо заменять только крестовину или подшипники, весь комплект заменяется в сборе, даже при повреждении хотя бы одного подшипника. В крестовину ввернута пресс-масленка. Из нее масло, нагнетаемое смазочным шприцем, по внутренним каналам поступает к подшипникам. Удержание масла внутри подшипников обеспечивается резиновой манжетой с пружиной.
Для устранения вибраций карданная передача балансируется. Устранение дисбаланса осуществляются приваркой к валу балансировочных пластин (для промежуточного вала) или пластины привариваются под крышки подшипников карданных шарниров (для основного вала). Для фиксации взаимного положения валов на них ставятся метки.
В некоторых конструкциях автомобилей, например, ВАЗ-2105, -2107 применяется мягкий карданный шарнир неравных угловых скоростей, который имеет в своей конструкции муфту из эластичного материала (упругий элемент), благодаря упругой деформации которого происходит передача крутящего момента между несоосными валами и обеспечивается защита трансмиссии от жестких ударов.
Карданные шарниры равных угловых скоростей разделяются на шариковые и кулачковые шарниры.
Шариковый шарнир равных угловых скоростей состоит из следующих частей (рис. 11.95, а).
Кулачковый шарнир равных угловых скоростей состоит из следующих частей (рис. 11.95, б).
1,4 — вилки с овальными канавками, изготавливаются как целое с шлицевыми валами, в канавки закладывается смещений центральный шарик; 2, 3 – делительные канавки; 5 – шлицевые валы; 6 – шпилька, удерживает от осевых смещений центральный шарик; 7 — штифт, фиксирующий положение центрального шарика; 8 — центральный шарик, находится в сферических впадинах внутренних торцов вилок, удерживает от выкатывания из канавок четырерабочих шарика, центрирует вилки; 9 — шарики, пять штук, находятся в канавках вилок; 10, 14 — ведущая и ведомая вилки, вращаются вокруг кулачков(в вертикальной плоскости) и вокруг диска(в горизонтальной плоскости вместе с кулачками);11, 13 –кулачки, в пазы которых входит диск;12 — диск, передаст крутящий момент от ведущей вилки к ведомой вилке
Вращение вилок с одинаковыми угловыми скоростями обеспечивается тем, что рабочие шарики в канавках (обеспечивается формой канавок) в плоскости, которая делит угол между осями вилок на две равные части.