У этого термина существуют и другие значения, см. Шарнир.
Шарнир равных угловых скоростей Принцип действия шарикового ШРУСа типа «Рцеппа»
Шарнир равных угловых скоростей
(ШРУС, жарг. —
граната
) обеспечивает передачу крутящего момента при углах поворота от 1 до 70 градусов относительно оси. ШРУСы изредка называют «гомокинетическими шарнирами» (от др.-греч. ὁμός — «равный, одинаковый» и κίνησις — «движение», «скорость»).
Используется в системах привода управляемых колёс легковых автомобилей с независимой подвеской и, реже, задних колёс и в приводах передних колес внедорожников, иногда — на рельсовом подвижном составе.
Первые попытки реализовать передний привод осуществлялись при помощи обычных карданных шарниров. Однако, если колесо перемещается в вертикальной плоскости и одновременно является поворотным, наружному шарниру полуоси приходится работать в исключительно тяжелых условиях — с углами 30—35°. А уже при углах, больших 10—12°, в карданной передаче резко увеличиваются потери мощности, к тому же вращение передаётся неравномерно, растёт износ шарнира, быстро изнашиваются шины, а шестерни и валы трансмиссии начинают работать с большими перегрузками. Поэтому потребовался особый шарнир — шарнир равных угловых скоростей, — лишённый таких недостатков, передающий вращение равномерно вне зависимости от угла между соединяемыми валами.
История создания ШРУСа
Поскольку конструкций шарнира равных угловых скоростей существует несколько, установить, какая из них возникла первой, достаточно сложно. Известно, что ШРУС шарикового типа, наиболее распространенный в наши дни, появился впервые в двадцатые годы прошлого века. Кулачковый ШРУС был разработан французским изобретателем по фамилии Грегуар. В начале двадцатых годов он запатентовал изобретение под именем «Тракта». Еще один тип — спаренный карданный ШРУС — применялся, в основном, в автомобилях производства США двадцатых годов, таких как Cord L29, а также в трансмиссии французских автомобилей «Панар-Левассор» 50-60-х годов. В наше время применяется в схемах транспортных средств, не развивающих высокую скорость, к примеру, на тракторах.
Основные неисправности
После того, как мы рассмотрели возможные конструктивные исполнения шарниров с равными угловыми скоростями, можно подытожить, что в современных легковых авто применяются только шарниры, шариковые и трипоидные.
Вообще конструктивно ШРУСы весьма надежны и должны с легкостью выхаживать 100000, а то и все 200000 км. Но на практике встречается более ранний выход узла и строя, как например было у меня на предыдущем авто , внутренний правый ШРУС умер на 75 тысячах (подробнее в конце статьи). Как человек теоретически подготовленный (учился 5 с половиной лет на инженера по специальности «Автомобилестроение» и несколько лет проработавший в этой теме), а также на своем авто столкнувшийся с поломкой шарнира я могу назвать основные причины поломок.
Все нагруженные элементы шарниров изготавливаются из высокопрочных материалов, детали изготавливаются с высокой точностью и новый шарнир не имеет люфтов и зазоров. Со временем трущиеся детали (ролики, шарики, корпус, сепаратор) изнашиваются и появляются зазоры.
Именно появившиеся зазоры и являются причиной двух основных неисправностей ШРУСов:
- Хруст
- Вибрация при разгоне автомобиля
Копнем еще глубже, а что же может привести к преждевременному появлению зазоров?
Шарнир должен быть герметично защищен от дорожной пыли и грязи, эту функцию выполняет пыльник, который изготавливается из резины и снаружи одевается на ШРУС.
В ходе эксплуатации на пыльнике образуются трещины, и даже порывы, соответственно его герметичность теряется, а попадающая в шарнир пыль выступает в качестве абразива и быстренько попадает к трущимся элементам, ускоряет их выработку и увеличивает зазоры.
Самое интересное, что предотвратить такую нелепую «смерть» ШРУСа, может только постоянный визуальный контроль за состоянием пыльников (хотя бы раз в 5–7 тысяч км. пробега). А многие ли из Вас это делают? Вот и я не делал, за что и поплатился.
Хочу дать совет, тем, кто вовремя обнаружил прорыв пыльника и планирует его замену. Пыльник должен на 100% закрывать ШРУС и быть герметичным. Оригинальные изделия весьма дороги и возникает соблазн снять пыльник и подобрать наиболее подходящий аналог. Не делайте этого, не повторяете мои ошибки, сэкономленная 1000 рублей, может в дальнейшем обернуться покупкой нового ШРУСа, который может стоить от 5 до 15 тысяч рублей.
Также обращайте внимание на смазку, особенно привередливы к ней подшипники трипоидного типа, так как там имеются игольчатые подшипники. Поэтому для закладки во внутренний ШРУС недопустимы смазки, имеющие твердые смазывающие добавки, а также в состав которых входит дисульфид молибдена, но для наружного смазка с дисульфидом молибдена допустима и скажу больше даже рекомендована. Как вы поняли, что еще одной причиной преждевременной «кончины» ШРУСА является неправильная смазка.
Хруст, также верный признак выхода ШРУСа из строя, сначала он появляется только на вывернутых колесах, потом дает о себе знать при малых углах и даже на прямых колесах. Причиной хруста может являться попадание грязи вследствие разрыва пыльника, а в некоторых случаях причиной может являться неудачный наезд на бордюр или попадание в яму на приличной скорости.
Назначение ШРУСа
Шарнир равных угловых скоростей используется в независимой подвеске передних управляемых колес при условии, если они же являются ведущими. ШРУС — составная деталь, и помимо вращения обеспечивает угол поворота до 70 градусов, что позволяет применять его в конструкции ведущей оси.
Сходство ШРУСа с ручной гранатой обеспечило ему соответствующее прозвище, причем, не только в русском языке
Реже встречается в заднеприводных и полноприводных автомобилях, и только в том случае, если сзади также применена независимая подвеска. В этом случае каждое из задних колес имеет пусть ограниченную, но несинхронизированную с другим колесом возможность передвижения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, что делает невозможным применение традиционных для задней ведущей оси приводных валов.
Если угол между сочленениями небольшой, с передачей крутящего момента легко справляются карданные шарниры неравных угловых скоростей. С увеличением значений этих углов валы начинают вращаться слишком неравномерно, что делает работу передачи проблематичной и ведет к потере мощности. Для решения таких проблем и существует ШРУС.
Устройство и принцип работы ШРУСа
В зависимости от типа (шариковый, триподный, кулачковый или спаренный карданный) конструкция ШРУСа может быть разной. Тем не менее, их роль в конструкции трансмиссии одинакова: ШРУС входит в состав приводного вала. Одна сторона вала вставляется в подшипник ступицы колеса, а другая – в дифференциал. Шарниры равных угловых скоростей передают энергию вращения от двигателя к ведущим колесам через подшипники ступиц.
Две основные составляющие ШРУСа – это корпус и обойма, находящаяся внутри него. Оба этих элемента имеют канавки, в которых расположены шарики. Они жестко соединяют обе детали, имеющие сферическую форму, и передают вращение.
Для наружных и внутренних ШРУСов используются различные типы шарниров: наружный конец приводного вала оснащают шаровыми, а внутренний – треножными
Диапазон рабочего угла наружного ШРУСа шире, чем у внутреннего, поскольку при повороте управляемого колеса угол поворота наружного ШРУСа может доходить до 50 градусов. Рабочий угол внутреннего ШРУСа не превышает 20 градусов. Поэтому для наружных и внутренних ШРУСов используются различные типы шарниров: наружный конец приводного вала оснащают шаровыми, а внутренний – треножными.
В конструкцию наружного ШРУСа входит обойма, установленная на валу, с шестью канавками, расположенных по радиусу. Корпус узла имеет такое же количество радиальных канавок. В них находятся шарики, которые и передают крутящий момент. Такая передача происходит от вала к корпусу ШРУСа и дальше, к ступице колеса.
Конструкция ШРУСа допускает изгиб, но не осевое перемещение. Внутренние ШРУСы, рассчитанные и на изгиб, и на осевое перемещение, имеют несколько иное устройство.
Внутренние шарниры равных угловых скоростей отличаются и между собой. Это зависит от модели автомобиля, на который они устанавливаются. К примеру, в ВАЗовских внутренних ШРУСах канавки корпуса прямые, а не радиальные.
А во внутреннем ШРУСе «Таврии» ролики установлены на трех шипах крестовины, которые вращаются на игольчатых подшипниках. Они помещаются во внутренние продольные пазы корпуса ШРУСа. Таким образом, сочленению обеспечивается как изгиб, так и осевое перемещение.
Пыльник ШРУСа удерживают на месте два хомута. Они продаются в комплекте с любым новым ШРУСом
Поскольку ШРУС располагается в проблемной зоне, где много грязи и пыли, он снабжен герметичной защитой. Эту роль выполняет пыльник – гофрированная резиновая накладка, закрепленная на корпусе ШРУСа хомутами.
Несмотря на разнообразие конструктивных решений ШРУСов, принцип их работы остается неизменным — точки контакта, передающие окружные силы, должны обязательно находиться в биссекторной полости, проходящей через биссектрису угла, образованного валами.
Карданный шарнир тип GKN
Универсальный шестишариковый карданный шарнир GKN
: 1 — стопорное кольцо корпуса внутреннего шарнира; 2 — защитное кольцо внутреннего шарнира; 3 — корпус внутреннего шарнира; 4 — упор вала; 5 — стопорное кольцо; 6 — обойма; 7 — шарик; 8 — упорное кольцо; 9 — сепаратор; 10 — наружный хомут; 11 — фиксатор внутреннего шарнира; 12 — защитный чехол; 13 — внутренний хомут; 14 — вал привода колеса; 15 — защитное кольцо наружного шарнира; 16 — корпус наружного шарнира
Осевое перемещение 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, что снижает КПД шарнира.
Достоинства и недостатки ШРУСа
К явным преимуществам ШРУСа можно отнести то, что при передаче при помощи этого шарнира потери мощности, по сравнению с другими аналогичными механизмами, почти не наблюдается Другие плюсы — его легкий вес, относительная надежность и простота замены в случае поломки.
К недостаткам ШРУСов следует отнести наличие в конструкции пыльника, который одновременно является контейнером для смазки. Расположен ШРУС в таком месте, где его соприкосновение с посторонними предметами практически невозможно предотвратить. Пыльник может быть порван, к примеру, при езде по слишком глубокой колее, при переезде через препятствие и тп. Как правило, узнает об этом владелец автомобиля только тогда, когда грязь уже попала внутрь пыльника через трещину в пыльнике, спровоцировав интенсивный износ. Если есть уверенность, что это произошло недавно, можно снять шрус, промыть его, заменить пыльник и заполнить его новой смазкой. Если же неприятность случилась значительное время назад, ШРУС обязательно выйдет из строя раньше времени.
карданный шарнир «Вейс»
Шарнир с делительными канавками типа «Вейс»
: 1, 5 — валы; 2, 4 — кулаки; 3 — шарики; 6 — центрирующий шарик; 7, 8 — фиксирующие штифты
Недостатки сдвоенных шарниров и шарниров кулачкового типа были толчком к поиску новых решений, и в 1923 г. немецкий изобретатель Карл Вейс запатентовал шариковый карданный шарнир с делительными канавками (типа «Вейс»
). Особенностью этого шарнира является то, что при движении автомобиля вперед движение передается одной парой шариков, а задним ходом — другой парой. Передача усилий только двумя шариками при точечном контакте приводит к большим контактным напряжениям. Поэтому он обычно устанавливается на автомобили с нагрузкой на ось, не превышающей 30 кН. В годы Второй мировой войны подобные шарниры производства устанавливались на такие автомобили, как Виллис, Студебекер, Додж. В отечественной практике они применяются на автомобилях УАЗ, ГАЗ-66. Сочленения типа «Вейс» технологичны и дешевы в производстве, позволяют получать угол между валами до 32°. Но срок службы из-за высоких контактных напряжений обычно не превышает 30 тыс. км.
