§ 67. Устройство и работа карданных шарниров и валов

В зависимости от величины углов ме­жду осями соединяемых валов можно применять мягкие и жесткие карданные шарниры. В первых угловое смещение

валов происходит вследствие деформа­ии упругих (обычно резиновых) эле­ментов, а во вторых — благодаря шар­нирным соединениям металлических де­талей. В автомобилях применяют пре­имущественно жесткие карданные шар­ниры.

Рис. 137.

Карданные шарниры:

а — в — неравных угловых скоростей; <> и <) — равных

угловых скоростей; /-крышка; 2 — стопорная

пластина; 3 — стакан подшипника; 4 — иголки;

5 - войлочные сальники; 6, 10, 24 и 28 — вилки;

7- предохранительный клапан; # - крестовина;

9 - масленка; // — карданный вал;

12 - отражатель; 13 — самоподжимной сальник;

/'/ — стопорное кольцо; 15 и 16 — сальники

радиального и торцового уплотнений;

17 — внутренний кулак; 1Н - центральный шарик;

19 - наружный кулак; 20 — ведущие шарики;

21 — штифт; 22 — шпилька; 23 — полуось; 25 и

27 - полуцилиндрические кулаки;

26 — центральный диск

По кинематике карданные шарниры делят на шарниры неравных и равных угловых скоростей. Обычно во всех ав­томобильных приводах, кроме привода к ведущим управляемым колесам, при­меняют шарниры неравных "«•угловых скоростей.

Рассмотрим, например, 1 карданную передачу автомобиля ГАЗ-53А с жестки­ми карданными шарнирами неравных угловых скоростей (рис. 137, а). Кар­данные передачи этого типа получили наибольшее распространение. Такие карданные шарниры состоят из закре­пленных на валах двух стальных вилок

6 и 10 и шарнирно соединяющей их кре­стовины 8, установленной в ушках ви­лок на игольчатых подшипниках. Под­шипники, состоящие из стаканов 3 и иголок 4, надеты на шлифованные шипы крестовины 8, изготовленной из хромистой стали, и закреплены в про­ушинах вилок 6 и 10 стопорными плас­тинами 2 с подложенными под них кры­шками 1. Сальники 5 препятствую! вытеканию из подшипников смазочного материала, который поступает через масленку 9 и каналы в крестовине. Для удаления избыточного количества сма­зочного материала служит предохрани­тельный клапан 7.

Другой карданный шарнир с иголь­чатым подшипником, в котором ис­пользованы резиновые самоподжимные сальники 13, а стаканы подшипников за­креплены в вилках стопорными кольца­ми 14, показан на рис. 137, о. Такие кар­данные шарниры применяют на автомо­биле ГАЗ-3102 «Волга». Для более надежной защиты игольчатых подшип­ников от вытекания масла иногда ста­вят два сальника — радиальный и тор­цовый, как, например, на автомобилях семейства КамАЗ (рис. 137, в). Кон­струкция одного из входящих в кардан­ную передачу шарниров должна допу­скать осевое перемещение карданного вала. Обычно для этой цели используют шлицевое соединение одной из вилок карданного шарнира с валом.

Простой жесткий карданный шарнир при больших

углах между осями соеди­няемых им валов не может обеспечить равномерное вращение ведомого вала. При равномерном вращении ведущей вилки ведомая вращается неравномер­но. За один оборот карданного вала ве­домая вилка при вращении дважды об­гоняет ведущую и дважды отстает от нее. Вследствие этого возникают допол­нительные нагрузки на детали главной передачи, дифференциала, полуосей и колес, увеличивается их износ. Чтобы устранить неравномерное вращение ве­домого вала, применяют двойную кар­данную передачу с жесткими карданны­ми шарнирами или одинарную кардан­ную передачу с карданным шарниром равных угловых скоростей.

Если в двойной карданной передаче угол между осями ведомого вала короб­ки передач и карданного вала будет ра­вен углу между осями карданного вала и ведущего вала главной передачи, то при равномерном вращении ведомого вала коробки передач ведущий вал глав­ной передачи будет вращаться также равномерно. При этом обе вилки, уста­новленные на карданном валу, необхо­димо располагать в одной плоскости. Г" Обеспечивающие равномерное враще­ние ведомого вала карданные шарниры равных угловых скоростей чаще всего бывают шариковые и кулачковые. В передних^4:т?едущих мостах автомоби­лей семейств ЗИЛ, ГАЗ и УАЗ приме­няют шариковые карданные шарниры равных угловых скоростей с дели­тельными канавками (рис. 137, с¹). На­ружный кулак 19, на шлицах которого установлена ступица колеса, изготовлен как одно целое с ведомой вилкой, а вну­тренний кулак /7 со шлицами, входящи­ми в отверстие полуосевого зубчатого колеса дифференциала, откован как одно целое с ведущей вилкой. Вилки соединены между собой при помощи четырех ведущих шариков 20, располо­женных в канавках вилок. Для центри­рования вилок служат сферические углу­бления на их торцах, в которые поме­щают центральный шарик 18. Ведущие шарики 20 передают крутящий момент от ведущей вилки к ведомой. Цен­тральный шарик 18 не позволяет веду­щим шарикам выкатываться из канавок. Центральный шарик имеет лыску, кото­рую при сборке карданного шарнира поворачивают к вставленному ведуще­му шарику. Шпилька 22, расположенная в осевом канале ведомой вилки, одним концом входит в отверстие центрально­го шарика 18, запирая собранный кар­данный шарнир.

Делительные канавки имеют такую форму, при которой ведущие шарики независимо от угловых перемещений вилок всегда располагаются в плоско­сти, делящей пополам угол между ося­ми ведущей и ведомой вилок. Благода­ря этому обе вилки имеют одинаковые частоты вращения.

Кулачковый карданный шарнир (рис. 137, с)) состоит из вилок 24 и 28, полуцилиндрических кулаков 25 и 27 и центрального диска 26, вставленного во внутренние пазы этих кулаков, ци­линдрические поверхности которых ох­ватывают вилки 24 и 28. Такой шарнир работает подобно двум сочлененным шарнирам неравных угловых скоростей. В одной плоскости вилки поворачи­ваются относительно кулаков, а в дру­гой плоскости — вместе с ними относи­тельно центрального диска. Такие шар­ниры устанавливают на автомобиле «Урал-4320».

Для достижения достаточной прочно­сти при небольшой массе карданные валы обычно изготовляют в виде стальных труб. Вилки карданных шар­ниров приваривают к валам или на­девают на шлицы приваренного к трубе наконечника. Это скользящее соедине­ние закрывают резиновым чехлом.

В легковых автомобилях с удлините­лем в коробке передач применяют кар­данную передачу с одним карданным валом (рис. 138, а). В этом случае один

Рис. 138.

Карданные передачи:

а-с одним валом; б-с двумя валами

(автомобиль ЗИЛ-130); в —с двумя валами

и упругим сочленением (автомобиль ВАЗ-2101

«Жигули»); 1 и 3 — вилки; 2 и 19 -масленки;

4 — шлицевая втулка; 5 — наконечник со шлицами;

6, 14 и 18 — сальники; 7—защитный чехол;.

8 — карданный вал; 9 — карданный шарнир;

10 — промежуточный карданный вал; // — подушка

опоры; 12 — скоба крепления подушки; 13 — гайка

крепления подшипника промежуточной опоры;

15. — игольчатый подшипник крестовины;

16. — крестовина; 17 — скользящая вилка; 20 — хомут; 21 — кронштейн опоры;

22 — шарикоподшипник; 23 — заглушка; 24 — упругая резиновая муфта

из карданных шарниров, состоящий из вилок / и 3, может перемещаться по шлицам наконечника 5, приваренного к валу 8. К другому концу вала прива­рен наконечник карданного шарнира 9. Резиновый гофрированный чехол 7 за­щищает шлицевое соединение от грязи.

Смазочный материал поступает через масленку 2 и удерживается сальником 6.

В грузовых двухосных автомобилях с приводом на задний мост наибольшее распространение получила карданная передача, состоящая из промежуточного вала и вала заднего моста (рис. 138,6). В этом случае один карданный шарнир соединяет ведомый вал коробки передач с передним концом промежуточного ва­ла 10. Другой — средний карданный шарнир соединяет промежуточный вал 10 и карданный вал 8 заднего моста.

Передача с упругим сочленением, со­стоящим из шарнира с упругой резино­вой муфтой 24, автомобиля ВАЗ-2101 «Жигули» показана на рис. 138, е. На опоре промежуточного карданного вала автомобиля ЗИЛ-130 (рис. 138, о) внутри подушки 77 со скобой 12, закрепленной хомутом 20, помещается шарикопод­шипник 22 с сальника