Что такое кардан в машине

О сдвоенной педали, используемой барабанщиками, см. Кардан (музыкальный инструмент)

Для информации о рок-группе, ранее известной как Карданный Вал, см. Бони НЕМ

Карданово соединение (шарнир Гука)

Карда́нная переда́ча

(разговорное — «кардан») — механизм, передающий крутящий момент между валами, пересекающимися в центре карданной передачи и имеющими возможность взаимного углового перемещения. Широко используется в различных областях человеческой деятельности, когда трудно обеспечить соосность вращающихся элементов. Подобные функции может выполнять также зубчатая муфта.

Общее описание[ | ]

Название передача получила от имени Джероламо Кардано, который описал её в XVI веке. (но не изобретал).

Карданная передача имеет существенный недостаток — несинхронность вращения валов (если один вал вращается равномерно, то другой — нет), увеличивающуюся при увеличении угла между валами. Это исключает возможность применения карданной передачи во многих устройствах, например, в трансмиссии переднеприводных автомобилей (где главная проблема — в передаче крутящего момента на поворотные колеса). Отчасти этот недостаток может быть скомпенсирован использованием на одном валу парных шарниров, у которых вилки промежуточного вала находятся в одной плоскости. Однако там, где требуется синхронность, как правило, используется не карданная передача, а шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) — более совершенная, однако и более сложная конструкция того же назначения.

Преимущества и недостатки кардана

Чтобы понять, какой же из приводов лучше, необходимо рассмотреть плюсы и минусы каждого из них. Кардан – вариант передачи крутящего момента двигателя на заднее колесо с помощью валов и шестерней. Идеальный вариант для тяжелых «туристов» и круизеров. Имеет ряд преимуществ, за которые его и любят:

• Не требует ухода. Практически никакого. Механизм полностью закрыт от попадания грязи и пыли – то есть, герметичен. В пользовательских руководствах иногда пишут о замене масла раз в пару десятков тысяч километров, но это требуется настолько редко, что большинство просто забывает о такой процедуре;
• Ресурс кардана можно приравнять к ресурсу самого мотоцикла. В большинстве случаев эта деталь отходит без ремонтов от покупки до продажи байка, и если тот когда-нибудь все-таки «умрет», то причиной будет явно не кардан. На время владения байком вы просто забудете о существовании у вас приводной передачи.

Но существуют и недостатки у кардана, которые не позволяют производителям устанавливать его везде:

• Размеры и вес. Это – действительно тяжелая громоздкая деталь, именно потому его не ставят на спортивные и эндуро мотоциклы, которые гонятся за каждым сантиметром и весом для достижения лучших результатов;
• Если вы в качестве контраргумента решите вспомнить BMW HP2 Sport, то не забудьте упомянуть и то, что байк оказался настолько неконкурентоспособным, что соревноваться мог только с такими же, как он. Конструкторы неоднократно пытались облегчать кардан, что так же неоднократно приводило к тому, что он просто ломался пополам;
• Масса кардана – не подрессоренная, что негативно сказывается на работе задней подвески. Аналогию можно ощутить, побегав сначала с 10-килограммовым рюкзаком на спине (вроде бы ничего сложного), а потом попытаться сделать то же самое, только привязав по 5 кг к своим ботинкам;
• Цена. Главный аргумент против карданной передачи. Многие любят приукрасить все вплоть до того, что «если кардан поломался, то проще выбросить весь мотоцикл и купить новый». На самом деле, стоимость колеблется от 300 до 600 $ (в зависимости от марки и модели мотоцикла), и критично это только любителям «бездоков за 1000$»).

Один из главных мифов о карданной передаче – якобы большие (до 30%) потери КПД крутящего момента. На самом деле, это не так. Одна шестеренчатая пара имеет кпд 96-98%, а когда их две – то все потери составляют максимум 8%, с учетом трения и расхода на нагрев – не более 10%. Но никак не 30%. Если бы треть всей мощности расходовалась на образование тепла – конструкция бы просто начинала плавиться. Конечно, существуют единичные случаи самовозгорания кардана, но это лишь прямой результат отсутствия смазки в нем.

Карданный переходник[ | ]

Карданный переходник для гаечного ключа
Насадка для торцовых гаечных ключей, особенность которой в том, что оси условной крестовины её карданного шарнира перекрещиваются, но не пересекаются. Это техническое решение применено для простоты и надёжности, а присущее ему увеличение несинхронности угловых перемещений соединяемых инструментов здесь не имеет особой негативной роли, ввиду крайне низких скоростей вращения и особенностей моторики движений рук человека. Карданный переходник подобной конструкции не является двойной крестовиной.

Устройство и принцип работы

Карданный вал состоит из нескольких элементов: вала, двух крестовин, скользящей вилки, уплотнений, деталей крепления и ряда других элементов, в зависимости от конструкции. Карданный вал может состоять из одной, двух, трех и более секций. Длина, толщина и вес вала зависят от габаритов автомобиля.

Крестовина кардана.

Односекционный карданный вал состоит из центральной части и присоединенных к ней наконечников с крестовинами. Центральную часть делают из стальной трубы. Использование трубы обусловлено необходимостью снижения веса вала и экономии металла. Сплошными делают только очень короткие валы.

Односекционными валами комплектуют, в основном, спортивные автомобили. К примеру, односекционный кардан применен в конструкции Nissan GT-R.

Карданный вал — одна из наиболее ремонтопригодных деталей. Его легко снять с автомобиля, а ремонт заключается в замене крестовин и подвесного подшипника

Карданный шарнир.

Работу карданной передачи обеспечивают шарнирные механизмы на основе крестовин. Крестовины позволяют двум сопряженным валам вращаться под переменным углом друг к другу. Наибольший коэффициент полезного действия достигается, когда угол вращения находится в пределах от 0° до 20°. Когда превышается этот показатель, крестовина подвергается большой нагрузке. Кроме того, вал утрачивает сбалансированность и начинает вибрировать.

Еще один важный элемент — раздвижное шлицевое соединение кардана. Его применение обусловлено тем, что подвеска автомобиля, особенно, при преодолении препятствий, существенно растягивается по высоте. Коробка передач или раздаточная коробка, к которой присоединен один конец вала, жестко зафиксирована внутри кузова, а редуктор моста (вторая точка крепления кардана) сопряжен с подвеской. В результате, при переезде препятствия расстояние между коробкой и редуктором моста увеличивается. Карданный вал в этом случае должен «растянуться», и раздвижное шлицевое соединение помогает ему это сделать.

Еще одна важная деталь карданной передачи — подвесной подшипник. Он создает дополнительную опору для составного вала, удерживая его на месте и не мешая вращаться. Кронштейн подшипника крепится к кузову. Количество подшипников зависит от количества секций, из которых составлен вал.

Карданный вал[ | ]

Карданные валы в тележке рельсового ТС
Элемент трансмиссии транспортных средств. По крайней мере один конец карданного вала связан через карданную передачу с другим элементом трансмиссии, а сам вал состоит из двух полувалов, соединённых друг с другом через зубчатую муфту, допускающую осевую подвижность одного вала относительно другого. Каноническое предназначение карданных валов — осуществлять передачу мощности от коробки передач до главной передачи задней оси на переднемоторных заднеприводных автомобилях. Фактически они могут применяться везде, где требуется передача мощности между двумя элементами трансмиссии, у которых либо не соосны оси вращающихся соединяемых деталей, либо возможна их некоторая взаимная подвижность в пространстве. Для аналогичных целей могут применяться валы и без карданных шарниров и муфт (например, со ШРУСами). Валы с карданными передачами могут применяться в приводах колёс и в травмобезопасных или регулируемых рулевых колонках, но такие валы в речевом обиходе обычно карданными не называются. Зачастую в карданных шарнирах трансмиссионных карданных валов используется не одиночная, а двойная крестовина.

Карданные валы должны быть очень точно отбалансированы и иметь тщательную развесовку, поскольку они вращаются на высоких скоростях и реализуют крутящий момент на колесах. Если в работе приводного вала наблюдаются какие-либо проблемы, то это влияет на управляемость автомобиля. Обычно они вызывают появление таких симптомов, которые однозначно указывают водителю на необходимость устранения неисправности приводного вала. Одним из первых симптомов выхода приводного вала из строя являются вибрации в нижней части автомобиля. При износе карданного шарнира или втулок может наблюдаться сильная вибрация приводного вала. Другим признаком неисправности приводного вала является наличие посторонних шумов. При износе или разрушении втулок, опорного подшипника или карданных шарниров вращение приводного вала может быть затруднено или нарушено. При этом могут наблюдаться посторонние шумы (лязг, грохот или скрежет) в нижней части автомобиля. При появлении подобных шумов необходимо как можно скорее произвести диагностику и ремонт карданного вала.[1]

Карданный вал

Если быть точнее, то сегодня мы рассматриваем механизм, который предназначен для передачи вращения от КПП к редуктору передней или задней оси автомобиля. Такая себе промежуточная, но крайне ответственная деталь трансмиссии.

Какой бывает карданный вал? На самом деле, классификация довольно разнообразна. К примеру, выделить какие-то группы можно в зависимости от его назначения, типа, наличия устройства компенсации.

Классификация по назначению

• основной – непосредственно отвечающий за раскручивание колёс в автомобиле;
• вспомогательный – такие карданные валы приводят в движение различные опциональные механизмы, например лебёдки, насосы.

Типы карданов

• открытый кардан – является самостоятельным и отдельным механизмом в машине;
• закрытый кардан – спрятан от посторонних глаз или интегрирован в какой-либо другой элемент авто.

Разновидности

• универсальные карданы – имеющие возможность компенсировать большие осевые перемещения;
• простые карданы – без каких-либо подобных ухищрений.

Устройство карданного вала и принципы его работы

Выше было отмечено, что карданный вал – это распределитель крутящего момента между осями и полуосями некоторых автомобилей. До появления шарниров равных угловых скоростей (иначе – гранат) «кардан» являлся одним из самых востребованных элементов трансмиссии всех без исключения транспортных средств. Однако в силу конструкционных особенностей переднеприводных автомобилей карданный вал был вытеснен из их структуры, а на замену ему пришли ранее упомянутые гранаты. Несмотря на это, в конструкции многих заднеприводных и полноприводных машин «кардан» используется и сегодня.

Карданный механизм стандартного типа может быть представлен в структуре авто двумя элементами:

• Передним карданным валом, который зачастую отходит по обе стороны от КПП и каждая его часть взаимодействует с полуосями (колёсами) напрямую;
• И задним карданным валом, который либо также соединяется с КПП напрямую, либо отходит непосредственно от передней части механизма через специальный распределитель (средний «кардан»). Задний карданный вал имеет существенное отличие от переднего, а именно – особую структуру, которая предполагает использование тонкостенной трубы, передающей вращение на полуоси посредством соединения с отмеченными ранее узлами. В случае с использованием переднего «кардана» подобный подход не требуется, так как приводные механизмы соединяются с колёсами напрямую.

Передний карданный вал

Задний карданный вал

Если с задним карданным валом всё предельно просто – он состоит из тонкостенной трубы, шарниров и соединителем с КПП, то вот с передним «карданом» ситуация обстоит слегка иначе. Данная часть механизма в типовом варианте имеет следующие конструкционные элементы:

• подвесной подшипник (реже и другие распределители крутящего момента);
• двойной шарнир, необходимый для передачи вращения полуосям;
• одной или нескольких скользящих вилок, распределяющих вращение между полуосями или осями после его получения от КПП;
• промежуточные уплотнители и защитные составляющие (сальники, прокладки и т.п.);
• крепежи деталей.

Рассматривая принцип работы любой части карданного вала максимально просто, стоит выделить три базовых этапа его работы:

1. Тонкостенная труба или скользящая вилка, соединенные с источником вращения (КПП) с одной стороны, получают от него это самое вращение;
2. Соединяясь с другой стороны с полуосями, данные элементы передают кручение непосредственно на колёса;
3. В процессе реализации двух предыдущих этапов возможно грамотное распределение крутящего момента между осями посредством использования некоторых подшипников, шарниров и подобных элементов устройства. Помимо этого, упомянутые шарниры в конструкции карданного вала используются для передачи вращения под углом. Наибольший эффект и КПД от подобного передачи вращения достигается в угловом диапазоне 0-20 градусов. Конечно, большинство «карданов» могут передавать вращение и при большем повороте колёс, но в этом плане они в любом случае будут уступать гранатам переднеприводных авто.

В зависимости от того, насколько грамотней, умней «кардан» распределяет вращение между полуосями, определяется сложность его конструкции. Тут действует крайне простой принцип – чем более сложные функции выполняет данный механизм, тем больших размеров, веса он будет. Отметим, что большинство карданных валов делают из высококачественной стали. Подобный подход позволяет не только добиться максимальной крепости узла, но и относительно небольших габаритов и массы, в отличие случая с использованием сплавов или замены стали на иные металлы.

Разрушение пыльников

Казалось бы, данная неисправность совсем незначительная, но она может привести к серьезным последствиям. Те, кто знают, что такое кардан на машине, тщательно следят за состоянием пыльников. Дело в том, что вал расположен непосредственно под машиной, а значит, подвержен воздействию грязи и пыли. Шарниры и крестовины защищены пыльниками. Когда же те разрушаются, подшипники шарниров не смазываются, и начнется их повышенный износ. Нужно тщательно следить за состоянием пыльников. Это поможет продлить жизнь крестовин и карданной передачи в целом.

Карданный вал

, он же
кардан
— является составной частью трансмиссии многих автомобилей. Передаёт крутящий момент от коробки передач или раздаточной коробки к редукторам переднего или заднего моста. Устройство карданного вала чрезвычайно просто, за более, чем сто лет его конструкция практически не изменилась. Без карданной передачи не обходится ни одна система полного привода

Основные неисправности КВ и их проявление

Ниже приведены их возможные внешние проявления и указаны причины появления для каждого из признаков. Посторонний стук в агрегатах трансмиссии; в начале движения, резком разгоне или переключении скоростей КПП автомобиля. Может возникать в результате:

1. Ослабления резьбовых соединений крепления фланцев и соединительной муфты карданной передачи;
2. КВ в шлицевой части имеет сверхдопустимый зазор;
3. Сверхдопустимый зазор, в подшипниках крестовины карданного вала.

Особого внимания требует крестовина карданного вала

. Именно крестовина является основным источников шума и скрежета в карданной передаче, и подлежит наиболее частой замене (менять рекомендуется каждых 10 тыс. км. пробега). Немного реже выходит из строя подвесной подшипник или может появится зазор в карданном шарнире.

Повышенный шум и вибрация автомобиля при движении. Причины могут быть следующие:

• изгиб КВ;
• не правильная установка КВ, при установке не соблюдены монтажные метки;
• нарушен баланс валов;
• разрушение или износ втулки (центрирующей) фланца промежуточной муфты или кольца (центрирующего) вала вторичного кпп;
• сверхдопустимый зазор в подвесном подшипнике;
• разрушение подвесной опоры КВ;
• ослабление резьбового соединения поперечной опоры;
• сверхдопустимый зазор в игольчатых подшипниках крестовины;
• ослабла соединительная гайка вилки КП;
• нет смазки в шлицах вала.

Вытекание смазки может происходить вследствие:

1. разрушения сальникового уплотнения шлицевой части вала;
2. повреждения сальникового уплотнения подшипников крестовин КП.

Основная причина быстрому выходу из строя карданного вала – дисбаланс

, нарушение баланса в несколько раз увеличивает нагрузка на детали кардана.

Известные модели

Спорить о том, что лучше, цепь кардан или ремень, можно до бесконечности. Но карданным приводом обычно оснащаются только мощные мотоциклы значительной кубатуры, так как этот узел сам по себе дорого обходится в производстве, и к тому же «отъедает» часть мощности у мотора при передаче крутящего момента на заднее колесо. Поэтому устанавливается он именно на дорогую технику, мощную и приёмистую, причём самых разных классов, от круизеров до спорт-туристов. Но некоторые производители стали постепенно отказываться от него – так, Yamaha последние полтора десятка лет уже не производит чопперов с карданным приводом, отдавая предпочтение ремням, по сохраняет при этом в модельном ряду карданный спорт-турист FJR 1300. На мотоциклах Honda этот тип привода можно увидеть на спорт-туристе VFR 1200 и на знаменитом турере Gold Wing GL1800. Suzuki по-прежнему ставит его на свои круизеры (Boluevard M190R, Boulevard C1800), а вот компания Kawasaki от него отказалась уже давно. В США и вовсе производятся в основном мотоциклы с ременным приводом, например, все Harley-Davidson.

Что предпочесть?

Тут всё зависит от ваших личных вкусов. Многие мотоциклисты полагают, что цепь на солидном байке смотрится несерьёзно, забывая о том, что все сверхмощные спортбайки оснащаются именно ей. А вот изготовленный из «честного железа» кардан считается чрезвычайно надёжным, и доля правды в этом есть, да и обслуживать его нужно нечасто. Но современные ременные приводы тоже не требуют частого обслуживания, обладая при этом огромным ресурсом, до 30-50 тысяч километров и более! Поэтому, выбирая байк, не нужно зацикливаться на каком-то конкретном типе привода.

Все модели с карданным валом объединяет одно – огромный ресурс и высокая надежность. Но многие владельцы полагают, что «с карданом» ничего не случится, и сводят его обслуживание к регулярной замене масла в редукторе. Поступать так не следует, так как даже самая надёжная деталь требует внимания. Нужно следить за состоянием сальников и пыльников, предохраняющих вал от попадания грязи в недра механизма, необходимо проверять состояние шлицов на нём (в том месте, где он стыкуется с редуктором и КПП), а также время от времени чистить его и смазывать. Это довольно трудоёмкая операция, требующая вывешивания мотоцикла и демонтажа заднего колеса, поэтому многие байкеры про неё попросту забывают. И в перспективе это может привести к сокращению ресурса и возможной поломке, так что при обслуживании своего стального коня нужно руководствоваться мануалом производителя, а не собственным мнением.

Выше вы найдёте полный список мотоциклов на кардане с обзорами на них и отзывами владельцев.

Из истории кардана

Карданный вал назвали в честь итальянского специалиста по медицине и математике Джероламо Кардано. Именно он разработал и описал принципы действия шарнирных механизмов, которые соединяют два вала, вращающихся в одну сторону. Кстати, историки утверждают, что нечто похожее уже было у Леонардо да Винчи.

Что такое кардан и когда он появился? Данный элемент впервые применил на практике Луи Рено. Именно он в 1898 году впервые использовал карданный вал в конструкции своих автомобилей. Этот привод чрезвычайно простой, что и поспособствовало тому, что в начале XX века он стал практически безальтернативным. Несмотря на развитие современных технологий, без карданов нельзя обойтись и сейчас. Они применяются в мотоциклах, карьерных внедорожниках, в трансмиссиях полноприводных автомобилей, в заднеприводных моделях.