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.

Игорь Широкун
Фото Юрия Нестерова и Сергея Кузьмича

Редакция благодарит центр Uni-Cardan Servisе за помощь в подготовке статьи