Кардан — что это такое в автомобиле, как устроен и как работает

Карданный вал, который чаще называют «кардан» – элемент трансмиссии в полно- или заднеприводной машине. Конструктивно узел не самый сложный, но очень важный – без него автомобиль просто не сможет ехать. Разберем устройство карданного вала, каких видов бывает, и какие с ним возможны неисправности.

Немного теории

Принцип работы карданного вала еще в XVI веке изложил инженер из Италии по имени Джироламо Кардано. В честь него и назвали этот узел. Первое время механизм применяли в оборудовании для производств, сельского хозяйства, шахт. Ближе к началу XX века карданный вал начали применять при сборке автомобилей марки Renault, и тогда разговоры о нем быстро распространились среди водителей и механиков.

Кардан – узел, встречающийся в полно- и заднеприводных машинах. Единственная его функция – передача крутящего момента от мотора и коробки переключения передач к задним колесам. Причину использования карданного вала объяснить довольно просто. Проблематично сконструировать транспортное средство таким образом, чтобы двигатель и все элементы трансмиссии были расположены в одной плоскости – обычно они размещены на разной высоте. Также надо учитывать, что положение узлов меняется при езде, что обуславливается работой подвески.

Пока не начали использовать кардан, вместо него автомобили шли с цепными и ременными передачами. Они были гибкими, но недостаточно износоустойчивыми, поэтому легко выходили из строя и требовали регулярного техобслуживания. А еще с такими передачами машины то и дело пробуксовывали при движении по неровным дорогам. Заменив их карданным валом, Луи Рено вывел свои автомобили на новый уровень, повысив их надежность и обеспечив высокую проходимость. Такой принцип передачи также характеризуется гибкостью, но узел выдерживал сравнительно куда больший пробег и реже нуждался в обслуживании.

Обычно кардан встречается в трансмиссии автомобиля. Он связывает коробку переключения передач с задним редуктором, который распределяет крутящий момент между колесами. Но карданные валы применяют и для других узлов, например, для соединения рулевой колонки с рейкой, обеспечивающей поворачивание передних колес. В технике специального назначения рассматриваемые передачи приводят в движение навешиваемое оборудование: насосы гидроконтуров у грузовых машин, механизм подъема бороны у тракторов, щетку подметально-уборочной коммунальной техники.

Как устроен карданный вал

Ранее уже отмечалось, что главная функция этого механизма – передача вращения. В связи с этим основной его частью выступает длинная полая труба под названием центральный вал. Пустотелой она делается для облегчения конструкции. Если передача довольно длинная, то увесистая труба приводила бы к биению, вибрациям. В такой ситуации ее разделяют на несколько рабочих частей путем добавления промежуточных валов.

Схема кардана обязательно предусматривает наличие эластичной муфты, задача которой – компенсация раскачки машины при движении. Она расположена в месте соединения с коробкой переключения передач. Деталь гибкая, поэтому дополнительно уберегает трансмиссию от ударов тяжеловесной трубой. Сцепка карданного вала с главной передачей в заднем редукторе осуществляется скользящей вилкой, способной смещаться взад-вперед. С ней возможно изменение длины механизма, хоть и в маленьком диапазоне.

Чтобы соединить валы друг с другом и с элементами трансмиссии, применяют жестко фиксированные вилки. С одной стороны стоит ведущая, с другой – ведомая. Между ними вставлены крестовины с игольчатыми подшипниками, причем в каждом наконечнике, которых четыре. Весь механизм крепится посредством пазов и шлицов.

Сразу под карданом в автомобиле, как правило, находится кронштейн безопасности. Он предотвращает падение трубы на дорожное покрытие при обрыве одной из деталей узла. Если трансмиссия идет с несколькими валами, каждый из них должен проходить через опорный подшипник, который поддерживает всю конструкцию и стабилизирует ее вращение.

Есть у карданных валов и другие элементы. Так, фланцы нужны для прочной фиксации к коробке передач и заднему редуктору. Сальниками уплотняют места соединений и гасят вибрационные нагрузки. Посредством предохранительных муфт обеспечивается дополнительная защита от растягивания и ударов. А кожухи не дают пыли, грязи, камушкам и прочим сторонним включениям проникнуть внутрь механизма.

Когда вилки соединены крестовинами с игольчатыми подшипниками, возможен наклон шарниров на 20-30°, при этом сохраняется равномерная передача крутящего момента. Эта идея, выдвинутая итальянским инженером, применяется в автомобилестроении и по наши дни.

Разновидности карданных валов

Как уже стало понятно, существуют еще промежуточные валы. Карданы, идущие с одним валом, конструктивно проще, надежнее, а также доступнее по цене. Но имея увеличенную длину, к примеру, в легковых машинах бизнес-класса, внедорожниках и грузовиках, они достаточно шумно работают и являются причиной сильных вибраций. В связи с этим в выпускаемых сейчас автомобилях куда чаще применяют многовальные механизмы. Цена на них выше, техобслуживание сложнее, но в работе они куда менее шумные и не вызывают сильных вибраций.

Также устройство кардана различается в зависимости от принципа соединений. Ранее описываемая конструкция с крестовинами иначе называется шарниром неравных угловых скоростей. Такая находит применение в асинхронных карданных валах. Валы в этом случаях вращаются с другой скоростью, нежели вилки на коробке переключения передач и редукторе. Модели этого типа конструктивно простые и дешевые, но вызывают шум и биения при работе. В синхронных карданах установлены шарниры равных угловых скоростей – по аналогии с машинами с передним приводом. Их особенность – способность выравнивать частоту вращения. Вилка, предполагающая несколько лопастей, сцепляется с шариками, которые перекатываются в особых канавках. Цена таких трансмиссий выше, техобслуживание сложнее, поэтому их устанавливают преимущественно во внедорожники премиум-класса.

Кардан с эластичной муфтой, по сути, можно называть полужестким. Это более надежный вариант механизма. Дополнительно муфты уменьшают нагрузку на трансмиссию. Целиком жесткий карданный вал встречается разве что в технике специального назначения. Для него допустимы отклонения в пределах 2-3 см и 2-5°.

Карданы открытого типа актуальны для большей части легковых машин. Они размещены непосредственно под днищем или в особом тоннеле изнутри кузова. Открытая конструкция меньше весит, но уязвима перед внешними воздействиями. В грузовых автомобилях обычно встречаются закрытые карданы, которые размещены изнутри другой трубы. Такие модели тяжеловесные, но способствуют увеличению надежности высоконагруженной трансмиссии.

Способы проверки состояния кардана

Мы рекомендуем обращаться в надежный автосервис, а не проводить диагностику самостоятельно. Ведь только мастер может грамотно провести диагностику и найти все неисправности механизма.

Есть ряд внешних признаков, которые указывают на неисправность кардана:

• Раскачивание шарниров. Между проушинами вилок надо вставить отвертку и попробовать провернуть вал в две стороны. В случае, когда вилки смещаются, понадобится их замена.
• На муфте в месте соединения с коробкой переключения передач заметны дефекты, например, трещины, а то и вовсе рваные участки.
• Люфтит подшипник промежуточного крепления. Проверяется этот момент просто – надо взяться за два вала карданной передачи и покачать их в стороны. Если качается, значит надо менять подшипник.
• Масляные подтеки. Необходимо проверить сальники коробки передач и заднего редуктора. Другая возможная причина образования пятен масла – износ шлицов вилок.

Само собой, карданный вал может быть поврежден теми же камнями, отскакивающими от дороги.

Неисправности кардана

Если карданный вал изношен, при его быстром вращении будут слышны сторонние звуки. Также явный признак – сильные вибрации.

Рассмотрим основные симптомы и варианты ремонта:

• Износ вилок, крестовин, подшипников, муфты. В этом случае при нажатии педали газа возможны сильные удары. Решение – замена изношенных деталей.
• Грязь в крестовинах. При езде будет слышен скрип из-под днища машины, но на нейтральной передаче все в порядке. Решение – очистка и смазка шарниров.
• Смещение кардана. При включении передачи будет слышен резкий скрежет. Это значит, что вал соприкасается с кузовом или выхлопной трубой. Достаточно вернуть механизм на «родное» место.
• Ошибки при сборке, естественный износ. Проявление – чем выше обороты, тем сильнее вибрации. Решение – замена износившихся узлов.
• Оборвался защитный кожух. Если грязевой экран не закреплен, при езде будут слышны сторонние звуки.
• Халатное отношение к ремонтным работам. Проявление – звенящие звуки из трубы. Если при сваривании карданного вала внутрь трубы попала большая окалина, она будет шуметь при вращении механизма. Рекомендация – замена вала.
• Деформация. Проявляется ощутимыми вибрациями при езде. Решение – замена кардана или его балансировка на стенде.

Обычно водители жалуются на стуки и вибрации при работе карданного вала. В этом случае необходимо убедиться, что его подвижные элементы в нормальном состоянии.