Самая ответственная деталь карданной передачи – крестовой

шарнир, а проще – крестовина. Знание особенностей ее конструкции и

эксплуатации поможет продлить жизнь карданному валу и трансмиссии

автомобиля в целом.

Самая ответственная деталь карданной передачи – крестовой шарнир, а проще – крестовина. Знание особенностей ее конструкции и эксплуатации поможет продлить жизнь карданному валу и трансмиссии автомобиля в целом.

Крестовой шарнир придумали

задолго до создания автомобиля. И если не брать во внимание применение

новых технологий и материалов, за столетия его конструкция принципиально

не изменилась.

Угол между валами, при котором работает крестовина на легковых машинах,

как правило, не превышает 20°. Его дальнейшее увеличение до критической

величины – 35° – сопровождается неравномерностью передачи момента и ускоренным

износом узла.

Самая ответственная часть крестового шарнира – подшипник. Телом качения

в нем служат ролики длиной до 25 мм и диаметром 1,5 – 2,5 мм у легковых

авто; в отдельных случаях – у внедорожников, «бусов» и грузовиков – их

диаметр достигает 3,5 – 4 мм. От этих размеров, твердости и прочности

шипов креста и чашек подшипников зависит величина передаваемого крестовиной

крутящего момента.

Подшипники крестовин не совершают полного оборота, каждый из них поворачивается

не более чем на 10 – 20°.

Кресты бывают разными

Конструкция и характеристики шарнира зависят от особенностей конструкции

автомобиля, для которого он создавался. Так, карданная передача машины

с независимой задней подвеской обычно одношарнирная – имеет всего один

шарнир посередине вала. Основная его задача – погасить динамическую деформацию

длинного кардана и компенсировать смещения, вызванные перемещением подвешенного

на подушках редуктора заднего моста (Mercedes, BMW). Рабочий угол у таких

шарниров составляет всего несколько градусов.

Трансмиссия автомобилей с зависимой подвеской включает в себя как минимум

два шарнира, работающих при любых углах между валами, вплоть до максимальных.

В зависимости от размеров подшипников крестовины можно условно разделить

на две группы:

– для малых оборотов и большого крутящего момента;

– для высоких оборотов и незначительных нагрузок.

В конструкции малооборотистых используются ролики небольшого диаметра.

Они оказывают большее сопротивление качению и быстрее нагреваются. Однако

за счет большего их количества увеличивается площадь опорной поверхности,

поэтому крестовина способна передавать больший крутящий момент и выдерживать

значительные ударные нагрузки.

Диаметр роликов подшипников высокооборотистых крестовин больше. Они оказывают

меньшее сопротивление качению и не склонны к перегреву. Но при этом передают

меньший крутящий момент и хуже противостоят ударным нагрузкам. Последние

появляются при неправильной эксплуатации, а также когда люфты увеличены

из-за износа узлов и агрегатов, подшипников крестовин, шлицевых соединений

и т. д.

Есть у карданной передачи еще одна важная характеристика – момент инерции.

На нее влияет не только вес вала, но и масса крестовины, а она зависит

от размера плеча креста. Чем больше плечо и крестовой шарнир, тем тяжелее

последний и больше момент инерции, что негативно сказывается на разгонной

динамике и расходе топлива.

При разработке конструкции крестовин инженеры рассчитывают максимальный

передаваемый крутящий момент с учетом максимального момента двигателя,

передаточного числа КПП и редуктора заднего моста, размера колес и т.

д. Параметры шарниров зависят также от грузоподъемности и массы машины.

Ресурс крестовин

Теоретически ресурс карданных шарниров может достигать и 500 тыс. км

пробега. Однако в реальности это бывает редко. Причин снижения ресурса

крестовин очень много. В их числе:

– повреждение сальника-уплотнителя;

– изгиб и дисбаланс карданного вала;

– люфт в шлицевом соединении;

– повышенные нагрузки из-за динамичных разгонов и перегрузки автомобиля;

– частичное разрушение демпфирующей муфты.

Основные признаки неисправности крестовин – «щелканье», гул, передающиеся

на кузов вибрации (в определенном диапазоне скоростей).

К замене какой-либо из деталей кардана желательно «приурочивать» полную

его диагностику и замену тех элементов, ресурс которых уже на исходе.

Необходимо также помнить, что по технологии ремонта карданной передачи

такая процедура должна заканчиваться динамической балансировкой вала в

сборе. Правда, на практике выполнить эту операцию сложно – в Украине есть

только несколько специализированных СТО, где занимаются ремонтом и балансировкой

карданных валов.

Насаженный на вилку

Чтобы карданная передача служила долго и не снижала комфортабельность

автомобиля, необходимо обеспечить рабочий зазор между торцом креста и

донышком чашки игольчатого подшипника. Крестовина также должна быть правильно

отцентрована, а ее подшипники должны с определенным усилием поджиматься

по направлению к центру креста.

При передаче крутящего момента подшипник испытывает не только осевые

и радиальные, но и торцевые нагрузки (правда, относительно небольшие)

– из-за дисбаланса и неравномерности вращения вала. Поэтому во избежание

перегрева подшипника его чашку делают «плавающей» вдоль своей продольной

оси в пределах сотых долей миллиметра.

До недавнего времени чашки фиксировались с помощью специальных упругих

стопорных колец, которые гарантируют им некоторую подвижность и обеспечивают

упомянутое выше усилие давления. Таким способом крепят точеные толстостенные

чашки. Другая задача колец – обеспечение центровки крестовины в вилках.

Добиваются этого, подбирая толщину колец.

В шарнирах нового поколения, относящихся к так называемым облегченным

сериям, применяются чашки, штампованные из листового металла. Их фиксируют

в вилке методом кернения, а необходимое «подпружинивание» игл и давление

на подшипник обеспечивается за счет упругости дна тонкостенной чашки,

которое работает как диафрагменная пружина. Подобное крепление обеспечивает

больший срок службы шарнира, поскольку у дна чашки упругость больше, чем

у стопорного кольца, и создаваемое первым усилие стабильнее.

Гук, Кардано и Спайсер

Говорят, карданный шарнир начинался с чернильницы-невыливайки, хитро подвешенной на нескольких осях, еще в IV веке до нашей эры. В 1550 году итальянский математик и философ Жеронимо Кардано по ее подобию построил корабельный компас, остающийся в горизонтальном положении при любой качке. А в 1664-м англичанин Роберт Гук запатентовал крестовой шарнир как таковой. Окончательно карданный вал оформился в 1903 году, когда Клеренс Спайсер дополнил конструкцию шлицевой втулкой, позволяющей компенсировать линейное удлинение вала. Но еще раньше, в 1898 году, карданная передача появилась на автомобиле – на самой первой модели Renault.

Способы крепления «легковых» крестовин

Некоторые тонкости выбора

Покупая крестовины, следует руководствоваться не только размерами деталей, но и типом карданной передачи, для которой они предназначены. Например, невзаимозаменяемые крестовины для некоторых легковушек и коммерческих микроавтобусов марки Mercedes похожи внешне. В первых с их независимой подвеской шарнир функционирует в «тепличных» условиях, а в фургонах, где балка заднего моста неразрезная, крестовина работает с большими углами «излома», характерными для зависимой подвески. Соответственно, «коммерческие» крестовины для увеличения ресурса снабжают большим запасом смазки и двойными сальниками подшипников. Последнее обстоятельство обусловлено еще и тем, что на легковых Mercedes шарнир прикрыт снизу защитным экраном-пыльником, а у «бусов» такого щита нет. Однако установка крестовин от «бусов» на легковые авто возможна. В оригинальных крестовинах смазка надежно защищена от грязи и вытекания, и ее заводского запаса хватает на весь срок службы узла. Для накопления и лучшего распределения смазки в чашках предусмотрены специальные полости, а кроме того, внутри чашек и на торце креста сделаны прорези и насечка. Наличие на крестовине для иномарки масленки обычно является одним из признаков того, что деталь неоригинальная. Покупая крестовины вместо изношенных, нужно учитывать и способ фиксации подшипника в вилке (кольцом или кернением), и тип чашки (из листового металла или точеная). В продаже встречаются низкокачественные крестовины для Audi, BMW, Mercedes – с точеными чашками под размер штампованных. Зафиксировать такие подшипники в вилке штатным способом не получается, да и работать они правильно не будут, поскольку имеют меньшую площадь опорной поверхности.

Внимание!

Заклинивание подшипника крестовины может привести к самым серьезным последствиям – поломке редуктора заднего моста, обрыву вилки шарнира и вала, который, продолжая вращаться, разрушает расположенные под днищем системы. В результате обрыва кардана автомобиль может даже перевернуться. Чтобы этого избежать, при появлении любых признаков неисправности карданный вал следует продиагностировать на СТО.

Игорь Широкун

Фото Юрия Нестерова и Сергея Кузьмича

Редакция благодарит центр Uni-Cardan Servisе за помощь

в подготовке статьи