Карданная передача грузового автомобиля (рис.15.2.1) состоит из трех карданных шарниров 10,8 и 21, промежуточного 3 и основного 9 валов, промежуточной опоры 16, а также компенсирующего шлицевого соединения 18, 19.
Карданные шарниры неравных угловых скоростей, применяемые на отечественных автомобилях, устроены в принципе одинаково. Одна из вилок 1 карданного шарнира имеет фланец, а другая 2 приварена к трубе карданного вала 3. Шипы крестовины 13 входят в проушины обеих вилок с игольчатыми подшипниками 12.
Карданная передача автомобиля ЗиЛ удерживается в проушине вилки крышкой 14, которая присоединена к вилке двумя болтами, стопорящимися усиками шайбы 11. В некоторых карданных шарнирах подшипники закреплены в вилках стопорными кольцами. Для удержания смазки в подшипнике и защиты его от попадания грязи и воды имеется резиновый самоподжимной сальник 15. В полость крестовины через масленку 7 заполняется смазкой, которая при вращении карданного шарнира поступает к подшипникам. При заправке крестовины маслом старое масло выдавливается через сальники наружу, чем обеспечивается обновление масла в подшипниках. В некоторых карданных шарнирах рабочая нагруженная пружина кромки резинового сальника обращена в сторону подшипника. Поэтому в крестовине предусмотрен предохранительный клапан, защищающий сальники от повреждения под действием давления нагнетаемого в креставину масла.
Максимальный угол между осями валов при использовании жестких карданных шарниров неравных угловых скоростей зависит в основном от конструкции вилок и не превышает 15-200. Если угол между осями валов менее 20 и при передаче крутящего момента изменяется незначительно, то шипы крестовины деформируются иглами и быстро разрушается карданный шарнир.
Чтобы избежать этого в карданных шарнирах иногда применяют подшипники скольжения в виде втулок.
Карданные валы выполняют из тонкостенных труб, к которым приваривают вилки карданных шарниров, шлицевые втулки или наконечники. Для уменьшения поперечных нагрузок, действующих на вал, производят динамическую балансировку карданного вала в сборе с карданными шарнирами. Дисбаланс карданных валов устраняют приваркой к трубе вала по ее концам балансировочных пластин 20, а иногда также установкой балансировочных пластин под крышки подшипников карданных шарниров. Взаимное положение деталей шлицевого соединения после сборки и балансировки карданного вала на заводе отмечается специальными метками. При нарушении балансировки из-за изгиба вала, износа подшипников и других причин возникают дополнительные поперечные нагрузки и вибрации валов, что снижает срок службы, как карданных передач, так и механизмов, соединяемых ими.
Рис. 15.2.2
Карданные шарниры равных угловых скоростей: а — шариковый с делительными канавками; б — с делительным рычажком
Рис. 15.2.3
Кулачковый кардан и установка его в приводе ведущих колес переднего моста автомобиля Урал-4320: а — установка кардана; б — детали кардана; 1—ступица; 2 — шланг подвода воздуха; 3 — конический роликоподшипник; 4 — поворотная цапфа; 5 — сальник системы подвода воздуха; в—канал подвода воздуха; 7—наружная полуось с фланцем; 8—замковая шайба; 9—гайка подшипника; 10 — колесный тормозной цилиндр; 11— тормозной барабан; 12— масленка; 13— поворотный рычаг; 14— шкворень; 15— корпус поворотного кулака; 16 — диск шарнира; 17 — шаровая опора; 18 — вилка кардана с полуосью; 19, 11 — кулаки шарнира; 20 — вилка кардана со ступицей; 22 — регулировочные прокладки
Компенсирующее соединение карданной передачи выполняют обычно в виде шлицевого соединения. Шлицевой наконечник 19 вилки карданного шарнира входит в шлицевую втулку 18, приваренную к валу 3. В соединение при сборке закладывают смазку, которую заменяют после длительного пробега автомобиля. Для защиты шлицевого соединения от вытекания смазки и загрязнения установлены войлочный сальник 5 и чехол 6. У легковых автомобилей шлицевое соединение карданной передачи иногда выполняется в картере коробки передач. Например, на автомобиле ГАЗ-24-10 шлицевая втулка вилки карданного шарнира надета на шлицы удлиненного вторичного вала коробки передач. Шлицевое соединение, размещенное в удлинителе картера коробки, смазывают маслом, находящимся в картере.
Промежуточная опора обычно представляет собой шариковый подшипник 17, закрепленный на промежуточном карданном валу. Подшипник закрывает с обеих сторон крышками с войлочными сальниками и установлен в упругой резиновой обойме 4, которая размещена в кронштейне, укрепленном на раме. Упругая обойма подшипника снижает вибрацию и предотвращает возникновение нагрузок в промежуточном карданном валу, которые вызываются неточностью монтажа опоры и деформациями рамы.
Карданные шарниры равных угловых скоростей устанавливаются в приводе к управляемым ведущим колесам. Шариковый карданный шарнир с делительными канавками имеет два кулака 2 и 4 (рис.15.2.2, а) изготовленные как одно целое с валами 1 и 5. В каждом кулаке выполнено по четыре канавки, в которые закладываются шарики 3. Пятый шарик 6 расположен между торцами кулаков и обеспечивает их центрирование. Для установки четвертого шарика 3 при сборке карданного шарнира на центрирующем шарике 6 сделана лыска. После сборки карданного шарнира центрирующий шарик поворачивают лыской в сторону торца вала кулака 2 и фиксируют в этом положении штифтом 8, входящим в отверстие шарика 6 и вала кулака 2. Штифт 8, в свою очередь, фиксируют другим штифтом 7.
При вращении валов 1 и 5 в любую сторону крутящий момент передается от одного кулака к другому через два шарика. Каждый шарик лежит одновременно в канавках обоих кулаков, а его центр при этом располагается на пересечении осей канавок в точке 0. Вследствие этого при вращении валов и изменении угла между их осями шарики 3 всегда устанавливаются в бисекторной плоскости.
Вследствие простоты конструкции и достаточной надежности в работе карданные шарниры с канавками применяют на многих отечественных автомобилях (УАЗ-469, ГАЗ-66, ЗиЛ-131). Такие шарниры могут работать при углах поворота колес до 30-320. Их недостатком является необходимость точной фиксации валов в осевом направлении на контактных поверхностях, что снижает долговечность таких шарниров и ограничивает их применение на автомобилях большой грузоподъемности.
В шариковом карданном шарнире с делительным рычажком 14 (рис.15.2.2, б) связь между ведущей звездочкой 11 и сферической чашкой 9, выполненной как одно целое с валом 15, осуществляется шестью шариками 12, заключенными в сепаратор 10. При повороте вала 15 относительно вала ведущей звездочки делительный рычажок через направляющую чашку 13 поворачивает сепаратор, устанавливая шарики в биссекторной плоскости. Крутящий момент в таком шарнире передается через все шарики, как при переднем, так и при заднем ходе. Поэтому нагрузка на шарик меньше, чем у карданного шарнира с канавками. При одинаковых габаритных размерах карданные шарниры с делительным рычажком могут передавать больший момент, чем карданные шарниры с делительными канавками.
На рис.15.2.3. показан привод переднего колеса с кулачковым карданным шарниром равных угловых скоростей. В вилках 20 и 18, связанных с валами 7 и 18 (полуосями), могут поворачиваться кулаки 21 и 19. Кулаки шарнирно соединяются между собой диском 16, входящим в их вырезы. При передаче вращения, когда валы 7 и 18 расположены под углом, каждый из кулаков 21 и 19 поворачивается одновременно относительно вилки и оси диска. Оси отверстий вилок лежат в одной плоскости и совпадают со средней плоскостью диска 16.
Эти оси расположены на равных расстояниях от точки пересечения осей валов и всегда перпендикулярны валам, поэтому точка их пересечения при любом положении вилок располагается в биссекторной плоскости.
Рис. 15.2.4
Шарнирный вал автомобиля ЗАЗ-1102:
а — внутренний шарнир; б — наружный шарнир; 1 – вал шарниров; 2 — малый хомут; 3 — чехол; 4 — стопорное кольцо; 5 — ролик; 6 — иголка подшипника; 7 — большой хомут; 8 — стопорное кольцо запорной шайбы; 9 — трехшиповик; 10 — запорная шайба игольчатого подшипника; 11 — грязеотражатель внутреннего шарнира; 12 — корпус внутреннего шарнира; 13 — корпус наружного шарнира; 14 — грязеотражатель наружного шарнира; 15 — стопорное кольцо; 16 — сепаратор; 17 — шарик; 18 — обойма внутренняя
Кулачковые карданные шарниры могут работать при углах до 500. Благодаря большой контактной поверхности деталей, через которые передаются усилия, кулачковый карданный шарнир имеет небольшие размеры. Основной их недостаток – более низкий, чем у шариковых карданных шарниров, к.п.д. и, как следствие, - больший нагрев при работе.