Принцип работы и устройство шарнира равных угловых скоростей (ШРУС) — Auto-Self.ru
В машинах с передним и полным приводом крутящий момент необходимо передавать от коробки скоростей поворачивающимся колесам, что несколько усложняет конструкцию приводных осей. Вариант с крестовиной, применяемой на карданных валах, в данном случае не подходит, поскольку «излом» вращающейся полуоси происходит в разных плоскостях. Проблему решает шарнир равных угловых скоростей, больше известный автолюбителям под аббревиатурой ШРУС. Желающим понять принцип действия и устройство элемента предлагается изучить представленный ниже материал.
Как функционирует ШРУС?
В народе шарнирный узел получил название «граната», потому что в сборе с цапфой имеет определенную схожесть с этим видом оружия. Устройство шарикового элемента, устанавливаемого на большинство легковых автомобилей, довольно простое и отдаленно напоминает подшипник увеличенных размеров. ШРУС состоит из следующих деталей:
- цилиндрический корпус с наружной обоймой в виде продольных либо радиальных канавок;
- шарики из прочной углеродистой стали – 6 шт.;
- сепаратор, удерживающий шарики на своих местах;
- внутренняя звездообразная обойма;
- корпус составляет единое целое со шлицевым ведущим валом («ручка» гранаты), соединяющимся с приводом коробки передач или передней ступицей.
В машине с ведущими передними колесами каждый привод представляет собой вал с двумя шарнирами – внутренним и наружным (общее число гранат – 4 шт.). Первый расположен возле коробки скоростей и компенсирует колебания подвески в вертикальной плоскости. Второй стоит рядом с колесом и обеспечивает передачу крутящего момента при любом угле поворота.
Чтобы граната фиксировалась на приводном валу, конструкцией предусматривается специальное стопорное кольцо, размещенное позади внутренней обоймы. Снаружи от попадания грязи детали ШРУСа защищены конусообразным резиновым пыльником, сделанным наподобие гармошки. Края чехла крепятся к элементам гранаты затяжными хомутами.
Справка. Устройство внутреннего и внешнего шарнирного узла отличается формой канавок наружной обоймы. На первом 6 полукруглых пазов выполнены вдоль оси вала, во втором расположены радиально.
Теперь о том, как работает ШРУС:
- Нормальное положение приводных валов – с небольшим уклоном в сторону ступиц. Когда автомобиль движется по неровностям, полуось вращается и колеблется в вертикальной плоскости, вызывая перемещение шаров по продольным канавкам внутренней гранаты.
- Аналогичный процесс происходит в наружном шарнире – при повороте колеса шарики перекатываются в радиальных пазах вместе с сепаратором, а внешняя обойма изменяет положение относительно внутренней.
- Крутящий момент передается от шлицевой части к наружной обойме и шарам, затем ко второй обойме и ведомому валу.
Главная задача ШРУСа – сохранение одинаковых угловых скоростей вращения колес при любом повороте. В отличие от заднего редукторного привода, граната в автомобиле работает в густой смазке, обильно покрывающей детали шарнира. Наиболее распространенный смазочный материал, применяемый в отечественных марках автомобилей, – «ШРУС – 4».
Разновидности передних шарниров
Вышеописанная шариковая конструкция узла – наиболее распространенная, но далеко не единственная. В машинах различных классов и грузоподъемности используются и другие типы шарниров:
- кулачково-дисковые;
- трипоидные;
- спаренные крестовины.
Кулачковый шарнир равных угловых скоростей представляет собой диск, расположенный между двумя полуцилиндрическими вкладышами, которые, в свою очередь, вставлены в полукруглые вилки кулаков. Последние стоят на концах ведущего и ведомого вала. Подобное устройство позволяет шарниру поворачиваться в двух плоскостях и выдерживать высокие эксплуатационные нагрузки. Узлы применяются на большегрузных автомобилях, включая передний привод отечественного грузовика «Камаз».
Конструкция трипоидного шарнира напоминает шариковый ШРУС и функционирует по похожему принципу. Внутри корпуса гранаты сделано 3 паза, куда вставляются ролики со сферической поверхностью. Последние насажены на пальцы опоры (трипоида), установленной на приводной вал. Вращение роликов обеспечивается за счет игольчатых подшипников.
При повороте передних колес ролики вращаются на подшипниках и перемещаются внутри канавок, передавая крутящий момент в любом положении. Сфера применения узла – легковые машины и коммерческий транспорт малой грузоподъемности.
Принцип работы спаренных крестовин предельно понятен. «Излом» вала в двух плоскостях достигается за счет установки между двумя крестовинами дополнительного переходника. Подобные шарниры надежны и дешевы, но неспособны обеспечить передачу крутящего момента на высоких оборотах. Спаренные ШРУСы применяются на низкооборотных приводах, например, в сельскохозяйственной либо строительной технике.
Причины выхода из строя
Существует несколько причин, по которым шарнир угловых скоростей приходит в негодность:
- Естественный износ, происходящий в процессе эксплуатации.
- Проникновение внутрь шарнирного узла грязи и абразивного песка в результате прорыва резинового чехла.
- Недостаточное количество смазки.
- Сильный удар по подвеске из-за попадания колеса в дорожную яму на большой скорости.
- Установка дешевых запчастей низкого качества.
Явный признак неисправности ШРУСа – громкий хрустящий звук, слышимый при повороте колес на значительный угол. Вторичный симптом – гудение и треск при различных режимах езды.
Автомобильная граната – одна из наиболее надежных деталей, работающих с постоянной динамической нагрузкой. В нормальных условиях эксплуатации узел способен отслужить 100 тыс. км и более. Не является редкостью случай, когда ШРУС остается исправным в течение всего срока службы переднеприводного либо полноприводного авто. Поэтому причиной замены элемента редко становится естественный износ.
Главным виновником преждевременной поломки ШРУСа является порванный пыльник. Резина изнашивается гораздо быстрее шарнирного механизма, пересыхает и трескается, иногда повреждается посторонними предметами на бездорожье. Через прорыв проникает вода, грязь и песок. Первая размывает смазку и вызывает коррозию, вторые попадают между трущимися поверхностями и работают на истирание. Ресурс узла сокращается вдвое (как минимум).
Совет. За пыльниками следует наблюдать постоянно и менять их при первом подозрении. Цена вопроса несравнима с заменой шарнира.
Ускоренный износ также возникает от недостаточного количества смазывающего материала в механизме. Второй вариант – применение смазки, непригодной для высокооборотных шарнирных узлов. Если вы приобрели подержанную машину, сразу планируйте проверку данных элементов – неизвестно, чем и как их смазывал предыдущий владелец.
Из-за сильного удара по подвеске изношенный ШРУС в автомобиле может попросту вылететь из гнезда. Случай довольно редкий, но фатальный – полуось наверняка придется менять в сборе. Подбирая новую запчасть, старайтесь не слишком экономить и брать оригинальные детали. Автомобильный рынок насыщен китайскими подделками, чей срок службы непредсказуем.
Поделитесь с друзьями в соц.сетях:
Google+
Telegram
Vkontakte
особенности конструкции. Разновидности шарниров, их устройство и принцип работы
Большинство современных автомобилей оснащаются устройствами, помогающими им уверенно двигаться и поворачивать. К таким устройствам относится ШРУС. Что же такое ШРУС в автомобиле?
Зачем нужен ШРУС
Для понимания того, что такое ШРУС, стоит вспомнить исключительно заднеприводные машины на заре массового автопроизводства. Направление движения менялось с помощью обычных рулевых тяг. У старых переднеприводных машин система карданов передавала крутящий момент на передние колеса. Это сопровождалось вибрацией и шумом, неровной работой, мощностными потерями в поворотах. Подобные механизмы, прочие части трансмиссии, автошины отличались недолговечностью.
С появлением на ведущих колесах шарниров равных угловых скоростей (ШРУС) ситуация кардинально изменилась. Вне зависимости от угла расположения валов усилие на колеса передавалось одинаковое. Мощность мотора в этом процессе не терялась. Исчезли тряска и шумы, изделия нового типа работали надежнее и продолжительнее. Сегодня, помимо легковых автомобилей, их применяют на иных видах колесного транспорта. Такие механизмы работают на грузовиках, внедорожниках, специальных автомашинах с многоколесными поворотными системами.
Где же находиться ШРУС, сколько ШРУСов в автомобиле? ШРУС располагается на передней полуоси автомобиля, обычно по две штуки на сторону, всего четыре, но бывает и один на сторону, зависит от конструкции автомобиля.
Какими они бывают ШРУСы
ШРУСы бывают не только наружными, встраиваемыми в ступицу. Конструкторы разработали внутренний ШРУС, передающий вращение от коробки передач на колесный привод. В управлении транспортным средством и обеспечении его безопасности внутренние и наружные ШРУСы выполняют уникальную функцию.
Главное отличие внутреннего от наружного ШРУСа, в том, что наружный передает вращение с оси приводного вала на колеса, а крутящий момент, передаваемый при помощи внутреннего ШРУСа, идет с КПП на приводной вал.
В шариковом ШРУСе удерживаемые сепаратором шарики, во время вращения вала перемещаются по сферическим канавкам. Крутящий момент через обойму передается на ведомый вал и далее непосредственно на колесо.
Обычно он представляет собой:
- совмещенный с ведомым валом сферообразный корпус;
- шароподобную обойму, соединенную с ведущим валом;
- шесть шариков расположенные в обойме;
- сепаратор удерживающий шарики.
Принципиальное отличие ШРУСа трипоидного типа в отсутствии сепаратора и наличии вращающихся с помощью игольчатых подшипников роликов на трехлучевой вилке. Подобный трипоид допускает продольное перемещение. В нем отсутствует сепаратор. Функции шариков выполняют ролики трипода, движущиеся по своим канавкам внутри корпуса шарнира.
Проблемы ШРУСов
Помимо плохой смазки причинами повреждений ШРУСа могут быть:
- низкое качество используемых смазочных материалов;
- некачественное изделие, которое может быть поддельным или бракованным;
- повреждение пыльника с последующим попаданием в него песка и грязи;
- плохие дороги;
- чрезмерно активный стиль вождения.
Проблемный шарнир надо снять и осмотреть. Шариковый ШРУС можно не менять, достаточно удалить смазку, промыть в керосине и протереть. В случае если шарики и элементы конструкции целы, его собирают, наполняют свежей смазкой и устанавливают назад. Трипоидные ШРУСы целесообразнее менять, используя только ту смазку, которая рекомендуется при их покупке.
Несмотря на одинаковые функции, наружные ШРУСы в силу большей нагрузки чаще выходят из строя. Своевременная их замена поможет избежать неприятностей на дор
Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей
Синхронные карданные передачи
Карданные передачи с шарнирами
равных угловых скоростей
Передние ведущие колеса полноприводных и переднеприводных автомобилей являются одновременно и управляемыми, т. е. должны поворачиваться, что требует применения между колесом и полуосью шарнирного соединения.
Карданные шарниры неравных угловых скоростей передают вращение циклически и приемлемо работают лишь при небольших значениях углов между валами, поэтому не могут удовлетворять требованиям равномерности передаваемого вращательного движения. В приводе ведущих управляемых колес крутящий момент должен передаваться с равномерной скоростью к колесам, поворачивающимся относительно продольной оси автомобиля на угол 40…45˚.
Выполнение таких условий могут обеспечить карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС). Иногда их называют синхронными карданными передачами.
В переднеприводном автомобиле обычно используются два внутренних шарнира равных угловых скоростей, кинематически связанные с коробкой передач, и два внешних шарнира, которые крепятся к колесам. В обиходе такие шарниры обычно называют «гранатами».
До середины прошлого века в конструкциях автомобилей часто встречались спаренные карданные шарниры неравных угловых скоростей. Такая конструкция получила название сдвоенного карданного шарнира. Сдвоенный шарнир отличался громозкостью и усиленным износом игольчатых подшипников, поскольку при прямолинейном движении автомобиля иглы подшипников не проворачивались и линии их контакта с обоймой и крестовиной подвергались воздействию значительных контактных напряжений, что приводило к износу и даже сплющиванию игл.
В настоящее время такие подшипники в конструкциях автомобилей встречаются редко.
Равенство угловых скоростей ведущего и ведомого валов будет соблюдено только в том случае, если точки контакта в шарнире, через которые пересекаются окружные силы, будут находиться в биссекторной плоскости, делящей угол между валами пополам. Конструкции всех карданных шарниров равных угловых скоростей основаны на этом принципе.
***
Шариковые шарниры равных угловых скоростей
Наибольшее применение получили шариковые карданные шарниры равных угловых скоростей. Среди них наиболее часто в конструкциях отечественных автомобилей можно встретить шарниры с делительными канавками типа «Вейс».
Эту конструкцию в 1923 году запатентовал немецкий изобретатель Карл Вейс. Шарниры Вейса широко применяются в разборном и неразборном вариантах на отечественных автомобилях марок «УАЗ», «ГАЗ», «ЗиЛ», «МАЗ» и некоторых других. Шарнирные сочленения типа «Вейс» технологичны и дешевы в производстве, позволяют получать угол между валами до 32°, однако срок их службы ограничен 30…40 тыс. км пробега из-за высоких контактных напряжений, возникающих при работе.
Разборный шарнир (рис. 1) устроен следующим образом. Валы 1 выполнены заодно с кулаками 2 и 5, в которых вырезаны четыре канавки 3. В собранном виде кулаки располагаются в перпендикулярных плоскостях, а между ними в канавки 3 устанавливаются четыре шарика 7.
Для центрирования кулаков в отверстие, выполненное в одном из них, устанавливается штифт 6 с центрирующим шариком 4. От осевого перемещения штифт фиксируется другим штифтом 6, расположенным радиально.
Средние линии канавок 3 нарезаны так, что шарики 7, передающие усилия, располагаются в биссекторной (биссекториальной) плоскости между валами. В передаче усилия участвуют только два шарика, что создает высокие контактные напряжения и сокращает срок службы шарнира. Два других шарика передают крутящий момент при движении автомобиля задним ходом.
В других конструкциях контактные напряжения уменьшаются путем увеличения числа шариков, одновременно участвующих в работе, что неизбежно приводит к усложнению шарниров.
Детали шарикового шарнира «Рцеппа» (рис. 1, б) располагаются в чашке 8, которая во внутренней части имеет шесть сферических канавок для установки шести шариков 7. Такие же канавки имеет и сферический кулак 10, в шлицевое отверстие которого входит ведущий вал карданной передачи. Шарики в одной биссекторной плоскости устанавливаются делительным устройством, состоящим из сепаратора 9, направляющей чашки 11 и делительного рычажка 12.
Рычажок имеет три сферические поверхности: концевые входят в гнезда ведущего и ведомого валов, а средняя – в отверстие направляющей чашки 11. Рычажок к ведущему валу прижимается пружиной 13. Длины плеч рычажка таковы, что при передаче момента под углом он поворачивает направляющую чашку 11 и сепаратор 9 так, что все шесть шариков 7 устанавливаются в биссекторной плоскости и все они воспринимают и передают усилия. Это позволяет уменьшить габаритные размеры шарнира и увеличить срок его службы.
Шарнир типа «Рцеппа» технологически сложен, однако он компактнее шарнира с делительными канавками, и может работать при углах между валами до 40°. Поскольку усилие в этом шарнире передается всеми шестью шариками, он обеспечивает передачу большого крутящего момента при малых размерах. Долговечность шарнира «Рцеппа» достигает 100–200 тыс. км.
Еще один шариковый карданный шарнир типа «Бирфильд» представлен на рисунке 1, в. Он состоит из чашки 8, сферического кулака 10 и шести шариков 7, размещенных в сепараторе 9. Сферический кулак 10 надевается на шлицованную часть ведущего вала 16 и стопорится кольцом 14. От попадания грязи во внутреннюю полость шарнир защищен защитным резиновым чехлом 15.
Все сферические поверхности деталей шарнира выполнены по разным радиусам, а канавки имеют переменную глубину. Благодаря этому при наклоне одного из валов шарики выталкиваются из среднего положения и устанавливаются в биссекторной плоскости, что обеспечивает синхронное вращение валов.
Шарниры типа «Бирфильд» имеют высокий КПД, долговечны, и могут работать при углах до 45˚. Поэтому они широко применяются в приводе управляемых колес многих переднеприводных легковых автомобилей в качестве наружного шарнира, или, как его еще называют — наружной «гранаты».
Основной причиной преждевременного разрушения шарнира является повреждение эластичного защитного чехла. По этой причине автомобили высокой проходимости часто имеют уплотнение в виде стального колпака. Однако это приводит к увеличению габаритов шарнира и ограничивает угол между валами до 40°.
При использовании шарнира типа «Бирфильд» на внутреннем конце карданной передачи необходимо устанавливать шарнир равных угловых скоростей, способный компенсировать изменение длины карданного вала при деформации упругого элемента подвески.
Такие функции совмещает в себе универсальный шестишариковый карданный шарнир типа «ГКН» (GKN).
Осевое перемещение в шарнирах типа GKN обеспечивается перемещением шариков по продольным канавкам корпуса, при этом, требуемая величина перемещения определяет длину рабочей поверхности, что влияет на размеры шарнира. Максимальный допустимый угол наклона вала в данной конструкции ограничивается 20°.
При осевых перемещениях шарики не перекатываются, а скользят в канавках, что снижает КПД шарнира.
В конструкциях современных легковых автомобилей иногда встречаются карданные шарниры типа «Лебро» (Loebro), которые, как и шарниры GKN обычно устанавливаются на внутреннем конце карданной передачи, поскольку способны компенсировать изменение длины карданного вала.
Шарниры «Лебро» отличаются от шарниров GKN тем, что канавки в чашке и кулаке нарезаны под углом 15-16° к образующей цилиндра, а геометрия сепаратора правильная — без конусов и с параллельными наружной и внутренней сторонами.
Такой шарнир имеет меньшие габариты, чем другие шестишариковые шарниры, кроме того, сепаратор его менее нагружен, поскольку не выполняет функции перемещения шариков в кулаках.
Принципиальное устройство этих шариковых шарниров представлено на рисунке 2.
Привод передних колес автомобиля ВАЗ-2110
Привод передних колес автомобиля ВАЗ-2110 (рис. 3) состоит из вала 3 и двух карданных шарниров 1 и 4 равных угловых скоростей. Вал 3 привода правого колеса выполнен из трубы, а левого колеса – из прутка. Кроме того, валы имеют разную длину. На вал надевается защитный чехол 6, а затем шарнир в собранном виде со смазочным материалом фиксируется от осевого перемещения стопорным кольцом 5. Защитные чехлы крепятся хомутами 2.
Внутренний шарнир (внутренняя «граната) 1, который вязан с дифференциалом, является универсальным, т. е. кроме обеспечения равномерного вращения валов под изменяющимся углом он позволяет увеличивать общую длину привода, что необходимо для перемещения передней подвески и силового агрегата. Происходит это потому, что внутренняя поверхность корпуса шарнира 1 имеет цилиндрическую форму, и канавки в ней нарезаны продольно, это позволяет внутренним деталям шарнира перемещаться по продольным канавкам в осевом направлении.
***
Кулачковые шарниры равных угловых скоростей
На автомобилях средней и большой грузоподъемности марок «КамАЗ», «Урал», «КрАЗ» карданные передачи в приводе передних колес работают под большим крутящим моментом. Шариковые шарниры не могут передавать больших крутящих моментов из-за возникновения значительных контактных напряжений и ограничения по удельному давлению шариков на канавки. Поэтому в них применяют кулачковые карданные шарниры (рис. 1, г). Аналогичные шарниры иногда устанавливают на переднеприводные автомобили марки «УАЗ».
Кулачковый карданный шарнир равных угловых скоростей (рис. 1, г) состоит из двух вилок 18 и 20, которые вставлены в кулаки 2 и 5 с пазами; в эти пазы входит диск 19. При передаче крутящего момента и вращения от ведущего вала 17 на ведомый вал при повернутом колесе каждый из кулаков 2 и 5 поворачивается одновременно относительно оси паза вилки в горизонтальной плоскости и относительно диска 19 в вертикальной плоскости.
Оси пазов вилок лежат в одной плоскости, которая проходит через среднюю плоскость диска. Эти оси расположены на равных расстояниях от точки пересечения осей валов и всегда перпендикулярны осям валов, поэтому точка их пересечения всегда располагается в биссекторной плоскости.
Такой карданный шарнир требует повышенного внимания к смазыванию, так как для его деталей характерно трение скольжения, вызывающее значительный нагрев и изнашивание трущихся поверхностей. Трение скольжения между контактирующими поверхностями приводит к тому, что кулачковый шарнир имеет самый низкий КПД из всех шарниров равных угловых скоростей. Однако он способен передавать значительный крутящий момент.
Еще один тип кулачкового шарнира равных угловых скоростей — шарнир «Тракта» (на рисунке), состоящий из четырех штампованных деталей: двух втулок и двух фасонных кулаков, трущиеся поверхности которых подвергаются шлифованию.
Если разделить по оси симметрии кулачковый карданный шарнир, то каждая часть будет представлять собой карданный шарнир неравных угловых скоростей с фиксированными осями качания. В такой конструкции тоже возникают значительные силы трения скольжения, снижающие КПД шарнира.
***
Трехшиповые шарниры равных угловых скоростей
В трехшиповом шарнире (на рисунке) крутящий момент от ведущего вала передают три сферических ролика, которые установлены на радиальных шипах, жестко связанных с корпусом шарнира ведомого вала. Шипы относительно друг друга располагаются под углом 120˚. Сферические ролики чаще всего устанавливаются на шипы посредством игольчатых подшипников.
Ведущий вал имеет трехвальцевую вилку, в цилиндрические пазы которой входят ролики. При передаче крутящего момента между несоосными валами ролики перекатываются со скольжением вдоль пазов и одновременно скользят в радиальном направлении относительно шипов. Предельный угол между осями валов до 40˚.
Особенностью трехшипового шарнира является то, что в отличие от шариковых шарниров передача момента от ведущих элементов на ведомые происходит не в биссекторной плоскости, а в плоскости, проходящей через оси шипов. Равенство частот вращения ведущего и ведомого валов обеспечивается при любом взаиморасположении их осей.
***
Мосты автомобилей
Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей
Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей нашла широкое применение в переднеприводных автомобилях для соединения дифференциала и ступицы ведущего колеса.
Карданная передача данного типа включает два шарнира равных угловых скоростей, соединенных приводным валом. Ближайший к коробке передач (дифференциалу) шарнир носит название внутреннего, противоположный ему – внешний шарнир.
С целью снижения уровня шума карданная передача с шарниром равных угловых скоростей также применяется в трансмиссиях автомоблей с задним и полным приводом. В данном случае шарнир неравных угловых скоростей уступает более соершенной конструкции ШРУС.
Карданный шарнир равных угловых скоростей обеспечивает передачу крутящего момента от ведущего к ведомому валу с постоянной угловой скорость, независимо от угла наклона валов. Самым распространенным в конструкции трансмиссии переднеприводного автомобиля является шариковый шарнир равных угловых скоростей.
Шарнир равных угловых скоростей (сокращенное название – ШРУС, обиходное название – граната) имеет следующее устройство:
Схема шарнира равных угловых скоростей
Корпус имеет внутреннюю сферическую форму. Внутри корпуса располагается обойма. В корпусе и обойме выполнены канавки, по которым движутся шарики. Такая конструкция обеспечивает равномерную передачу крутящего момента от ведомого вала к ведущему под изменяющимся углом. Сепаратор удерживает шарики в определенном положении. Для защиты шарнира от негативных факторов внешней среды (кислорода, воды, грязи) на ШРУС устанавливается грязезащитный чехол – «пыльник».
При изготовлении в шарнир равных угловых скоростей закладывается смазка, приготовленная на основе дисульфида молибдена.
Карданная передача с полукарданным упругим шарниром
Полукарданный упругий шарнир обеспечивает передачу крутящего момента между двумя валами, расположенными под небольшим углом, за счет деформации упругого звена.
Схема полукарданного упругого шарнира
Характерным примером данного типа шарнирного соединения являетсяупругая муфта Гуибо (Guibo). Муфта представляет собой предварительно сжатый шестигранный упругий элемент, с двух сторон которого крепятся фланцы ведущего и ведомого валов.
53)Главная передача.
Главная передача служит для увеличения крутящего момента и изменения его направления под прямым углом к продольной оси автомобиля. С этой целью главную передачу выполняют из конических шестерен. В зависимости от числа шестерен главные передачи разделяют на одинарные конические, состоящие из одной пары шестерен, и двойные, состоящие из пары конических и пары цилиндрических шестерен. Одинарные конические, в свою очередь, подразделяют на простые и гипоидные передачи.
Типы главной передачи: 1 — ведущая коническая шестерня, 2 – ведомая коническая шестерня, 3 — ведущая цилиндрическая шестерня, 4 — ведомая цилиндрическая шестерня.
Одинарные конические простые передачи (рис. а) применяют преимущественно на легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности. В этих передачах ведущая коническая шестерня 1 соединена с карданной передачей, а ведомая 2 с коробкой дифференциала и через механизм дифференциала с полуосями. Для большинства автомобилей одинарные конические передачи имеют зубчатые колеса с гипоидным зацеплением (рис. 6). Гипоидные передачи по сравнению с простыми обладают рядом преимуществ: они имеют ось ведущего колеса, расположенную ниже оси ведомого, что позволяет опустить ниже карданную передачу, понизить пол кузова легкового автомобиля. Вследствие этого снижается центр тяжести и повышается устойчивость автомобиля. Кроме того, гипоидная передача имеет утолщенную форму основания зубьев шестерен, что существенно повышает их нагрузочную способность и износостойкость. Но это обстоятельство обусловливает применение для смазки шестерен специального масла (гипоидного), рассчитанного для работы в условиях передачи больших усилий, возникающих в контакте между зубьями шестерен.
Двойные главные передачи (рис. в) устанавливают на автомобилях большой грузоподъемности для увеличения общего передаточного числа трансмиссии и повышения передаваемого крутящего момента. В этом случае передаточное число главной передачи подсчитывается как произведение передаточных чисел конической (1, 2) и цилиндрической (3, 4) пар.
54)Типы дифференциалов |
При движении автомобиля в поворотах и по неровностям дороги колёса ведущей оси проходят путь разной длины. Чтобы шины не проскальзывали по поверхности дороги, колёса должны вращаться с разными скоростями. Дифференциал — механизм, позволяющий колёсам ведущей оси вращаться с разными скоростями и одинаковым (или разным), подводящимся к ним, крутящим моментом. В трансмиссии автомобилей с одной ведущей осью дифференциал устанавливается между приводами колёс (межколёсный дифференциал). В полноприводных автомобилях он может находиться и между ведущими осями (межосевой дифференциал). Сила тяги на колесе зависит от радиуса колеса и подводимого к нему крутящего момента. Произведение силы тяги на динамический радиус колеса даёт тот крутящий момент, который дифференциал должен передать на колёса. Когда сцепление с дорогой слабое или одно колесо вывешено (разгружено), крутящий момент и сила тяги на колесе очень малы или отсутствуют, автомобиль не сможет продолжить движение. Это особенность дифференциала с коническими шестернями, получившего широкое распространение на легковых отечественных автомобилях. Этот вид дифференциала называют симметричным, так как он поровну распределяет крутящий момент между колёсами. Это происходит потому, что сателлит работает как равноплечий рычаг и передаёт только равные усилия к шестерням полуоси, а соответственно и к ведущим колёсам. Если одно из колёс имеет малое сцепление с дорожным покрытием, то эффективный крутящий момент на нём небольшой, соответственно симметричный дифференциал подведёт такое же усилие к другому колесу. То есть, если одно колесо буксует, сила тяги на втором равна нулю, что отрицательно сказывается на проходимости. Для её улучшения на автомобилях применяют полную или частичную блокировку дифференциалов, степень которой оценивают коэффициентом блокировки. Коэффициент блокировки (Кб) — соотношение крутящего момента на отстающем колесе к моменту на забегающем колесе. Его величина для симметричного дифференциала всегда равна 1, для дифференциалов повышенного трения от 1 до 5. Чем больше Кб, тем лучше проходимость автомобиля. То есть, при Кб = 3 момент на отстающем колесе будет в три раза больше, чем на буксующем, а при Кб = 5 — в пять раз. Но момент на колесе в эту секунду будет возможным от 20 до 70%, в зависимости от возможности блокирующего механизма. |
55)Полуоси Полуоси передают крутящий момент от полуосевого зубчатого колеса дифференциала на ступицу ведущего колеса. К полуоси могут быть приложены изгибающие моменты от вертикальной реакции на действие силы тяжести, приходящейся на колесо, от касательной реакции, обусловленной тяговой и тормозной силами, и от боковой силы, возникающей при заносе, а также под действием бокового ветра. Полуоси, в зависимости от конструкции внешней опоры, определяющей степень их нагруженности изгибающими моментами, бывают двух типов — полуразгруженные и разгруженные. По конструкции полуоси могут иметь на одном конце фланец для крепления болтами к ступице колеса, а на другом шлицевую часть, входящую в зацепление с полуосевым зубчатым колесом дифференциала. Другая конструкция предусматривает шлицевую часть на обоих концах полуоси. На грузовых автомобилях малой грузоподъемности и на легковых автомобилях применяют обычно полуразгруженные полуоси, у которых подшипник установлен между полуосью и кожухом на определенном расстоянии от средней плоскости колеса. Благодаря этому создаются изгибающие моменты на плече (плоскость наружной части диска и подшипника), действующие на полуось в вертикальной и горизонтальной плоскостях, в вертикальной плоскости и (боковая реакция) на плече, равном радиусу колеса. На автобусах и грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности применяют полностью разгруженные полуоси. В этом случае все изгибающие моменты воспринимаются подшипниками, установленными между ступицей колеса и кожухом полуоси, а полуось передает только крутящий момент. Полуоси в процессе эксплуатации автомобилей испытывают значительные нагрузки, особенно при движении по грунту и по шоссе с твердым покрытием в плохом состоянии. Поэтому к полуосям предъявляют особые требования. Снижение напряжений достигается увеличением радиусов перехода между полуосью и фланцем. Долговечность подшипников колес обеспечивается надежной защитой от попадания в них грязи.
56)ШРУС (сокр. от шарнир равных угловых скоростей), как и хорошо всем известный карданный шарнир, предназначен для передачи вращения под углом. ШРУСы присутствуют в конструкции автомобилей с управляемыми ведущими колесами, а среди автолюбителей их еще очень часто называют ”гранатами”. ШРУС передает равномерное вращение и этим отличается от обычного «кардана», который имеет одно неприятное свойство: если к входному валу подвести равномерное вращение, то на выходе оно станет прерывистым, пульсирующим. Внешне все шарниры равных угловых скоростей выглядят одинаково, новнутреннее устройство ШРУСов для разных машин отличается. Каждый вал привода передних колес имеет два шарнира. Они обеспечивают передачу вращения под углом и, кроме того, компенсируют изменение длины вала при работе подвески, поэтому один из шарниров должен иметь еще и осевое перемещение (как правило, это внутренний ШРУС). Наружные ШРУСы всех отечественных переднеприводных автомобилей одинаковы: на валу установлена обойма с шестью канавками, выполненными по радиусу. В корпусе также имеется шесть радиальных канавок, в которых помещены шарики, передающие крутящий момент от вала к корпусу и далее к ступице колеса. Такая конструкция допускает только изгиб, поэтому внутренние шарниры сделаны немного иначе и рассчитаны на осевое перемещение. Для того, чтобы лучше представить принцип работы ШРУСа, взгляните на рисунок.
Что такое шрус — разбираемся вместе
Абсолютное мнение по поводу истории создания ШРУСА отсутствует. Суть одного из наиболее распространенных в том, что в 1927 году это устройство изобрел и запатентовал Альфред Рцепп. Поэтому, сам механизм среди любителей-профессионалов до сих пор называют шарниром «Рцеппа». Уже ближе к концу 60-х переднеприводные автомобили стали особо интересны для разработчиков практически сразу всех значительных автомобильных концернов. Интерес вызвала компоновка их кузова, неоднократно позволяющая предложить водителю и самим пассажирам максимум места в транспортном средстве.
Вот так для обеспечения привода на передние управляемые колеса, не лишая их возможности поворачивать, специалисты придумали такой сложный механизм как ШРУС. Аббревиатура обозначает «шарнир равных угловых скоростей». Деталь интересная, термин непривычный. Само устройство предусматривает решение следующей задачи – передачу равномерного вращательного движения от одной полуоси к другой, в случае если они расположены под углом друг к другу. Самое важное, чтобы расположение полуосей было под определенным углом. Его величина обычно терпит постоянные изменения, не превышая отметку в 70 градусов.
1. Назначение ШРУСа
ШРУС имеет свое предназначение. Его основная задача – передача равномерного вращения под углом. Так, шарнир равных угловых скоростей применяют для независимой подвески, что на передних управляемых колесах. Правда, здесь нужно соблюдать следующее условие – колеса должны быть ведущими.
Так как ШРУС – составная деталь, значит, помимо вращения он способен обеспечить угол поворота в пределах 70 градусов, позволяя его применять в конструкции ведущей оси.
Внутренний и внешний ШРУС
Попытаемся разобраться, что собой представляют в трансмиссии переднеприводных автомобилей внутренний и внешний ШРУСы. Речь пойдет не только об особенностях конструкции, но и механизме передачи вращательного движения от коробки переменных передач либо вала редуктора на ведущие колёса, требуя как минимум два шарнира на пути. Дело в том, что иметь по одному ШРУСу на каждое колесо оказывается мало, нужна их пара.
Поэтому, напомним еще раз, что сама конструкция необходима для обеспечения свободы передвижения вала. Внутренний шрус устанавливают внутри корпуса коробки передач, в то время как внешний у самого колеса. Оба шруса необходимы для успешного передвижения автомобиля. Однако, между ними существует определенное отличие, которое зависит от модели автомобиля.
Попытаемся разобраться, в чем же разница между ними. Во-первых, внутренний больше по размерам, поэтому и стоит дороже. Его основное предназначение – передача вращения от трансмиссии к валу. Внешний ШРУС должен вращать ступицу колеса, поскольку у него посадочные шлицы. Отсутствие достаточного количества свободного пространства неоднократно вынуждает специалистов сделать его в габаритах намного меньшим.
2. Устройство и принцип работы ШРУСа
Что касается стандартного набора составляющих шарнира, он следующий. Здесь всего четыре детали, поэтому сам механизм простой.
— корпус, похожий на сферическую чашу и ведомый вал;
— внутренняя обойма как сферической кулак и ведущий вал;
— сепаратор как кольцо, в котором есть специальные отверстия. Он необходим для удержания шариков;
— да и сами шарики – шесть штук.
Невзирая на то, что существует полное разнообразие конструктивных решений ШРУСов, неизменным остается их принцип работы. А именно, точки контакта, которые передают окружные силы. Они обязательно должны находиться в биссекторной полости, что проходит через биссектрису угла, которую образуют валы.
Попытаемся разобраться в том, как работает ШРУС. Однако, чтобы этот принцип работы понять, необходимо разобраться из каких компонентов он состоит и каким образом работает.
Процесс работы ШРУСа предусматривает следующие этапы:
1. На внутренней обойме и в корпусе есть сферические канавки. Их количество совпадает с числом шариков;
2. Удержать шарики вполне реально сепаратором, что расположен в векторном пространстве кулак-корпус. Дальше они перемещаются по внешнему диаметру канавок корпуса. Что касается внутреннего диаметра, здесь шарики перемещаются по канавкам кулака;
3. Вращая ведущий вал, можно передать усилие на обойму через кулак и шарики, что находятся в канавках. Дальше эта мощность передается на ведомый вал;
4. В результате изменения угла между ведомым и ведущим валами, шарики очень свободно перемещаются по канавкам, продолжая таким образом передавать усилие.
3. Достоинства и недостатки ШРУСа
ШРУС легкий, относительно надежный, в случае поломки заменяется просто. Его преимущество заключается в том, что в сравнении с иными аналогичными механизмами, благодаря помощи шарнира возможна лишь незначительная потеря мощности.
Недостаток ШРУСа — наличие пыльника в конструкции. Он необходим, чтобы сохранить чистоту устройства, одновременно выступая контейнером для смазки. Это его защитная функция.
ШРУС как раз расположен в таком месте, где невозможно его соприкосновение с иными посторонними предметами. Оказаться порван может и пыльник. Это может случиться в момент езды, например, переезжая препятствие, либо по слишком глубокой колее. Узнать об этом может только сам владелец авто. Обычно он об этом понимает, когда грязь уже находится внутри пыльника, попав туда через трещину. Таким образом, можно спровоцировать интенсивный износ. В том случае, если владелец авто уверен, что это случилось совсем недавно, шрус можно просто снять, хорошенько его промыв. Заменяя пыльник, его необходимо заполнить новой смазкой. В том случае, если неприятность произошла не недавно, ШРУС обязательно должен выйти из строя раньше времени.
Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.
Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС)
Еще одно название – граната. Пошло от формы шарнира — очень он похож на гранату.
Поскольку передние колеса, кроме передачи момента должны еще поворачиваться под разными углами и в разные стороны был придуман особый шарнир – шрус. Он был создан как заменитель неэффективной ненадежной карданной передаче. Шрус должен обеспечить равномерную передачу усилия вне зависимости от того, под каким углом находятся соединяемые валы.
Первый вариант таких шарниров был запатентован в 1923 году Карлом Вайссом: концы соединяемых валов представляли собой своеобразные вилки, между внутренними поверхностями которых находились шарики, передающие крутящий момент. Впоследствии патент на шарниры Вайсса купила американская фирма Bendix и стала выпускать их под маркой Bendix-Weiss. Такие шарниры и по сей день можно встретить, например, на 469-х «уазиках» и легендарной «шишиге» ГАЗ-66. Однако самую успешную конструкцию через три года после изобретения Вайсса предложил Альфред Рцеппа — это был, по сути, привычный нам шестишариковый ШРУС, способный работать при углах до 40 градусов, компактный и долговечный. Впервые шариковые шарниры Рцеппы появились на серийных автомобилях в 1959 году — сначала на знаменитом Austin/Morris Mini (шарниры для него поставляла фирма Hardy Spicer Limited), а вскоре и на немецком DKW Junior F11 (Lohr & Bromkamp GmbH).{loadposition user20}
| Шариковый шарнир равных угловых скоростей наиболее распространенный вариант – шрус Рцеппа |
Этот шрус состоит из двух кулаков: внутреннего, связанного с ведущим валом, и наружного, связанного с ведомым валом. В обоих кулаках имеется по шесть тороидных канавок, расположенных в плоскостях, проходящих через оси валов. В канавках находятся шарики, положение которых задается сепаратором, взаимодействующим с валами через делительный рычажок. Один конец рычажка поджимается пружиной к гнезду внутреннего кулака, другой скользит в цилиндрическом отверстии ведомого вала. При изменении относительного положения валов рычажок наклоняется и поворачивает сепаратор, который в свою очередь, изменяя положение шариков, обеспечивает их расположение в бисекторной плоскости. В данном шарнире крутящий момент передается через все шесть шариков. Предельный угол между осями валов 35—38°. |
| Принцип действия шарикового шруса есть на картинке в начале статьи. Вид шарнира: Так выглядит граната |
| Кулачково-дисковый ШРУС — шарнир Тракта. |
| Кулачково-дисковый шарнир равных угловых скоростей (шарнир Тракта) состоит из полуцилиндрических вилок, которые связаны с ведомым и ведущим валами и вставленных в них цилиндрических кулаков. В пазы кулаков входит диск, передающий крутящий момент от ведущей вилки к ведомой. Максимальное значение угла между валами до 45°. Большая контактная поверхность деталей, воспринимающая усилия, и высокая несущая способность обуславливают их применение на тяжелых грузовых автомобилях. |
| Схема шарнира типа Тракта. такие шарниры используют в грузовиках и тяжелой технике, благодаря высокой износостойкости. |
Шарниры равных угловых скоростей
Шарниры равных угловых скоростей применяются для передачи крутящего момента от дифференциала на ведущие управляемые колеса. При соединении валов шарнирами равных угловых скоростей ведомый вал вращается равномерно с постоянной угловой скоростью, соответствующей угловой скорости ведущего вала. Чаще применяют шариковые, кулачковые и трехшиповые шарниры.
Шариковый шарнир равных угловых скоростей (шарнир Вейса) состоит из следующих элементов:
• ведущего вала со шлицами, входящими в зацепление с полуосевым зубчатым колесом дифференциала и вилкой с делительными канавками;
• ведомого вала со шлицами, входящими в зацепление с ведущим фланцем ступицы колеса и вилкой с делительными канавками;
• четырех ведущих шариков, расположенных в делительных канавках вилок;
• центрирующего шарика вилок, помещенного в сферические углубления на торцах вилок.
Привод передних колес: 1 — корпус внутреннего шарнира; 2 — фиксатор внутреннего шарнира; 3 — кольцо крепления чехла; 4 — вал привода передних колес; 5 — защитный кожух чехла; 6 — защитный чехол; 7— упорное кольцо обоймы; 8— сепаратор; 9 — хомут; 10— шарик; 11 — обойма; 12 — стопорное кольцо обоймы; 13 — корпус наружного шарнира.
Детали наружного шарнира привода передних колес: 1 — корпус шарнира; 2 — сепаратор; 3 — обойма; 4 — шарики.
Центрирующий шарик имеет лыску, которая располагается при сборке против вставленного ведущего шарика. Шарик стопорят шпилькой, расположенной в осевом канале ведомой вилки, одним концом входящей в отверстие центрирующего шарика, таким образом запирая собранный карданный шарнир. Делительные канавки имеют специальную форму, при которой ведущие шарики независимо от угловых перемещений вилок всегда располагаются в плоскости, делящей пополам угол (биссекторная плоскость) между осями ведущей и ведомой вилок. Благодаря этому обе вилки имеют одинаковую частоту вращения. Предельный угол между осями валов 32—33°.
Шариковый шарнир равных угловых скоростей (шарнир Рцеппа) состоит из двух кулаков: внутреннего, связанного с ведущим валом, и наружного, связанного с ведомым валом. В обоих кулаках имеется по шесть тороидных канавок, расположенных в плоскостях, проходящих через оси валов, В канавках находятся шарики, положение которых задается сепаратором, взаимодействующим с валами через делительный рычажок. Один конец рычажка поджимается пружиной к гнезду внутреннего кулака, другой скользит в цилиндрическом отверстии ведомого вала. При изменении относительного положения валов рычажок наклоняется и поворачивает сепаратор, который в свою очередь, изменяя положение шариков, обеспечивает их расположение вбисекторной плоскости. В данном шарнире крутящий момент передается через все шесть шариков. Предельный угол между осями валов 35—38°.
Шариковый шарнир Рцеппа без делительного рычажка. Установка шариков в бисекторную плоскость происходит благодаря эксцентричности сфер, в которых располагаются оси тороидальных канавок кулаков. Центры сфер, в которых лежат оси канавок наружного (ведомого) и внутреннего (ведущего) кулаков, расположены так, что при повороте оси ведомого вала по часовой стрелке верхний шарик выталкивается из сужающегося пространства между кулаками, а нижний с помощью сепаратора перемещается в увеличивающееся пространство с другой стороны шарнира. Остальные шарики занимают промежуточное положение. Работа данного шарнира подобна работе шарнира Рцеппа, имеющего делительный рычажок, однако характеризуется менее точной кинематикой. Простота и надежность конструкций, высокая несущая способность при небольших габаритных размерах способствуют их широкому применению на передне приводных автомобилях.
Кулачково-дисковый шарнир равных угловых скоростей (шарнир Тракта) состоит из связанных с ведущим и ведомым валами полуцилиндрических вилок и вставленных в них цилиндрических кулаков, в пазы которых входит диск, передающий крутящий момент от ведущей вилки к ведомой. Максимальное значение угла между валами до 45° Большая контактная поверхность деталей, воспринимающая усилия, и высокая несущая способность обуславливают их применение на тяжелых грузовых автомобилях.
Трехшиповые шарниры. В трехшиповом шарнире крутящий момент от ведущего вала передают три сферических ролика, которые установлены на радиальных шипах, жестко связанных с корпусом шарнира ведомого вала. Шипы относительно друг друга располагаются под углом 120° Ведущий вал имеет трехпальцевую вилку, в цилиндрические пазы которой входят ролики. При передаче момента между несоосными валами ролики перекатываются со скольжением вдоль пазов и одновременно скользят в радиальном направлении относительно шипов. Предельный угол между осями валов до 40° Особенностью данного шарнира является то, что в отличие от шариковых шарниров передача момента от ведущих элементов на ведомые происходит не в бисекторной плоскости, а в полости, проходящей через оси шипов. Равенство частот вращения ведущего и ведомого валов обеспечивается при любом взаиморасположении их осей.