Карданна передача

ВСТУП

Безпека дорожнього руху і своєчасність доставки вантажів і пасажирів, економічні показники  використання автомобілів багато в  чому визначаються їхньою надійністю. Проблема забезпечення надійності особливо актуальна тепер, оскільки ускладнюються конструкції автомобільної техніки і збільшується обсяг автомобільних перевезень. Недостатня надійність знижує готовність автомобілів до експлуатації, в результаті чого знижується ефективність їхнього використання і підвищуються експлуатаційні витрати.

Надійність — властивість автомобіля виконувати транспортну роботу, зберігаючи в часі або за пробігом експлуатаційні показники в потрібних межах, що відповідають заданим режимам та умовам використання, технічного обслуговування (ТО), ремонтів, зберігання і транспортування.

Надійність  автомобіля закладається при його проектуванні і доведенні дослідного зразка, забезпечується в процесі виробництва і як одна з найважливіших експлуатаційних властивостей проявляється і підтримується в експлуатації. Тому розрізняють конструктивну, виробничу й експлуатаційну надійність автомобіля.

У теорії надійності автомобілів (її вивчають методами теорії надійності технічних виробів) розглядають такі питання: теорію фізико хімічного старіння; статистичну теорію надійності (методи оцінки і розрахунку надійності, збирання й аналізу даних про відкази й несправності}; конструювання надійних автомобілів (методи економічного аналізу надійності, технічну психофізіологію, методи врахування впливу навколишнього середовища), виробництво автомобілів (методи оцінки якості деталей за показниками надійності, культуру виробництва, економіку виробництва); забезпечення надійності в умовах експлуатації (обгрунтування режимів ТО, ремонту); економіку надійності автомобілів. Таким чином, у теорії надійності розглядаються у взаємозв'язку різні питання створення й експлуатації автомобілів.

Розв'язування складних проблем надійності сучасних автомобілів неможливе без глибокого  теоретичного вивчення фізико — хімічних процесів, що спричиняють спрацьовування і поломку деталей автомобіля, розробки на цій базі відповідних практичних рекомендацій щодо конструювання, виробництва й експлуатації автомобілів.

Надійність  автомобіля не залишається сталою протягом усього терміну служби. В міру спрацювання  деталей, нагромадження в них необоротних процесів (явищ втомленості, спрацювання, корозії) збільшується ймовірність появи несправностей і відказів. Нові автомобілі більш надійні порівняно з автомобілями, які мають великий пробіг або пройшли капітальний ремонт.

Щоб поліпшити  експлуатаційні властивості автомобіля й підвищити техніко — економічні показники (безпеку руху, продуктивність, економічність, рентабельність), треба знати причини й закономірності зміни його технічного стану, які залежать від надійності агрегатів, вузлів, систем і автомобіля в цілому.

ПРИЗНАЧЕННЯ, БУДОВА І РОБОТА

Карданні   передачі   застосовуються  в  трансмісіях   автомобілів   для   силового зв'язку    механізмів,    вали  яких   не співвісні    чи    розташовані    під   кутом, причому   взаємне   положення   їх   може мінятися    в    процесі    руху.   Карданні    передачі     можуть    мати    один чи кілька карданних шарнірів, з'єднаних карданними  валами,  і проміжні   опори.    Карданні   передачі застосовують також для приводу допоміжних  механізмів,  наприклад, лебідки. В ряді випадків зв'язок кермового колеса з кермовим механізмом здійснюється за допомогою карданної передачі. 

До  карданних   передач   висувають наступні вимоги:

передача  крутного моменту без створення додаткових навантажень у трансмісії (згинаючих, крутних, вібраційних, осьових);

можливість  передачі крутного моменту із забезпеченням  рівності кутових швидкостей ведучого і веденого валів незалежно від  кута між валами, що з'єднуються;

високий ККД; 

безшумність.

Закриті         карданні         передачі (мал.   1, а).   Для   легкових   і   вантажних автомобілів,  у  яких  реактивний момент   на   задньому   мосту   сприймається трубою, карданна передача розміщається всередині труби. Іноді  ця труба служить також для  передачі зусиль, що  штовхають. Оскільки довжина  карданного валу в такій  конструкції   не  змінюється  при відносних переміщеннях кузова і заднього моста компенсуюче   телескопічне з'єднання в карданній передачі такого типу відсутнє і використовується тільки один карданний шарнір. При цьому нерівномірність обертання карданного вала до деякої міри компенсується його пружністю.

 Існують  конструкції легкових автомобілів,  у яких зв'язок коробки передач  і головної передачі здійснюється  торсіонним валом, а карданні шарніри відсутні. Це можливо в автомобілях, де головна передача встановлена в кузові (Вольво-600).

Відкриті         карданні передачі (мал. 1,б). Для автомобілів, у яких реактивний момент сприймається ресорами чи реактивними тягами, карданна передача повинна мати не менш двох шарнірів і компенсуюче з'єднання тому що відстань між шарнірами в процесі руху змінюється.

Рис. 1. Схеми  карданних передач:

а - закритої; б - відкритої

На автомобілях "Волга" ГАЗ-3110 із двигуном ЗМЗ - 4062.10 і на частині автомобілів із двигунами ЗМЗ - 402.10 установлюється карданна передача відкритого типу, двовальна, із трьома карданними шарнірами:

Маса карданної передачі -12,5 кг.

Будова і  робота карданної передачі

Карданна  передача складається із заднього карданного вала, проміжного карданного вала й проміжної опори (мал. 2).

Задній карданний вал 15 являє собою тонкостінну трубу із внутрішнім діаметром 45 мм і товщиною стінки 2,5 мм, у кінці якої запресовані й приварені дві вилки. У вушках вилок є співвісні отвори під підшипники.

До заднього кінця карданного вала через шарнір приєднується фланець 16 із двома вушками, центрувальним паском, що чотирма  болтами кріпиться через картонну прокладку до фланця ведучої шестерні заднього мосту. Наявність картонної прокладки запобігає викиду мастила у випадку підтікання його з картера заднього мосту по шліцах фланця ведучої шестірні.

До переднього кінця заднього карданного вала через  шарнір приєднується вилка 14 зі шліцьованим  отвором у хвостовику, що з'єднує  задній карданний вал із проміжним. У проточці вилки розташовується ущільнювальне кільце.

Проміжний карданний  вал 8 являє собою тонкостінну трубу (із внутрішнім діаметром 71 мм і товщиною стінки 2,5 мм), у задній кінець якої запресована й приварена вставка із зовнішніми шліцами, а в передній кінець - вилка, у вушках якої розташовуються підшипники хрестовин карданного шарніра.

Рис. 2. Карданна передача двохвальна: А - місце припустимих  ударів при демонтажі; 1 - ковзна вилка; 2 - манжета; 3 - хрестовина; 4 - голчастий підшипник; 5 - стопорне кільце; 6 - балансувальна пластина; 7 - брудовідбивач; 8 - проміжний карданний вал; 9 - проміжна опора; 10 - підшипник проміжної опори; 11 – П -подібна пластина; 12 - стопорна шайба; 13 - болт; 14 - шліцева вилка; 15 - задній карданний вал; 16   фланець; 17 - кільце ущільнювальне; 18 - відбивач; 19 - прес-маслянка з ковпачком

До переднього кінця  карданного вала через шарнір приєднується ковзна вилка 1 зі шліцевим отвором  у хвостовику, закритим завальцьованою заглушкою й брудовідбивачем. Хвостовик вставляється в сальники й втулку заднього картера коробки передач. При переміщеннях заднього мосту хвостовик ковзної вилки переміщається по шліцах вторинного вала й втулці заднього картера.

Проміжна опора 9 установлена на задньому кінці проміжного карданного вала. Вона являє собою гумовий елемент (подушку), зовнішня поверхня якого привулканізована до кронштейна, а внутрішня - до втулки, що є корпусом запресованого в неї кулькового підшипника 10. Гумовий елемент поглинає вібрацію карданної передачі й передачу її на кузов автомобіля. Профіль гумового елемента допускає поздовжні переміщення корпуса підшипника, а отже й всієї карданної передачі, щодо кронштейна проміжної опори, при коливаннях заднього мосту щодо кузова. У кульковий підшипник проміжної опори закладене мастило, що не вимагає заміни й поповнення протягом всього терміну експлуатації автомобіля. Для запобігання влучення води й бруду по обидва боки підшипника встановлені захисні кільця.

Кронштейн проміжної опори  болтами кріпиться до поперечки, а вона - до кузова автомобіля, через приварені до нього спеціальні болти.

Проміжний карданний вал  із встановленою на ньому проміжною  опорою з'єднується із заднім карданним  валом через шліцеву вилку  останнього й фіксується за допомогою  болта й П - подібної пластини 11, виступ на якій входить у западину шліца вилки.

Для запобігання відвернення  болта слугує стопорна шайба 12.

Карданний шарнір (мал. 3) являє собою хрестовину 4, цапфи якої розташовуються в голчастих підшипниках 3, встановлених у вушках вилок. У хрестовину вкручена прес - маслянка, що закривається гумовим захисним ковпачком, через яку по наявним у хрестовині свердлінням і канавкам на цапфах провадиться змащення голчастих підшипників і торців цапф.

Корпуси голчастих підшипників  фіксуються у вушках стопорними кільцями, які при вставленій хрестовині щільно прилягають до внутрішньої точно обробленої поверхні вушок. Оскільки зазор між торцями хрестовини й денцями корпусів украй малий (0,03 мм макс.), хрестовина не може переміщатися уздовж підшипників і точно центрується щодо вилок.. У корпусі розташовані 20 голок товщиною 2 мм (різнорозмірність 0,003 мм не більше) і запресована штампована обойма манжети, що є також голкотримачем, що запобігає переміщення голок і їх контакт із торцем гумової манжети.

Діаметр голок підшипника й отвору для них у корпусі  підібрані так, щоб голки після  установки утворювали склепіння  і не випадали в радіальному напрямку.

Для запобігання витікання  мастила з підшипника встановлена  гумова манжета із пружиною. Особливістю конструкції є те, що крайка манжети орієнтована не на втримання мастила як це звичайно прийнято, а навпаки, що дозволяє мастилу при змащенні шарніра виходити з - під крайки при створенні великих тисків і обійтись без застосування запобіжного клапана.

Рис. 3. Схема змащення підшипників карданного шарніра: 1 - манжета; 2 - обойма манжети; 3 - голчастий підшипник; 4 - хрестовина; 5 - масляні канали; 6 - брудовідбивач; А - фаска манжети

Зусилля пружини, що підтискає крайку манжети, підібрано  таким, що забезпечує вихід повітря й надлишків мастила при його нагнітанні й підвищенні тиску, а також при дії відцентрових сил, але в той же час зберігає в підшипнику необхідну для нормальної роботи кількість мастила.

Для захисту  манжети від влучення води, бруду  й пилу служить напресований на хрестовину брудовідбивач, до якого притискається торець манжети.

Карданна  передача одновальна

Маса карданної  передачі - 8,5 кг

Карданна  передача одновальна (мал. 4) повністю взаємозамінна з 2 - х вальною карданною передачею.

Складається з вала, фланця, ковзної вилки й двох карданних шарнірів. Крім карданного вала, всі деталі використовуються від 2 - х вальної карданої передачі.

Карданний вал  являє собою тонкостінну трубу  Ø71 мм і товщину стінки 1 мм, у кінці  якого запресовані й приварені дві вилки.

До заднього кінця карданного вала через шарнір приєднується фланець 7, а до переднього кінця - ковзна вилка 4.

Технічне  обслуговування й ремонт одновальної  карданної передачі провадиться  також, як і ремонт 2 - х вальної  карданної передачі.

Рис. 4. Карданна передача одновальна: 1 - задній картер коробки передач; 2 - вторинний вал коробки передач; 3 - брудовідбивач ковзної вилки; 4 - ковзна вилка; 5 - карданний вал; 6 - балансувальна пластина; 7 - фланець карданного вала; 8 - фланець ведучої шестерні заднього мосту; 9 - брудовідбивач; 10- манжета; 11 - обойма манжети; 12 - стопорне кільце; 13 - корпус голчастого підшипника; 14 - хрестовина; 15 – прес - маслянка; 16 - захисний ковпак маслянки

ТЕХНІЧНЕ  ОБСЛУГОВУВАННЯ

У процесі  експлуатації необхідно систематично оглядати проміжну опору з метою виявлення наявності тріщин, розривів, відшарування гуми від арматури, ушкодження, вм'ятин, погнутості труб карданної передачі, у міру потреби виконувати підтяжку гайок болтів кріплення фланця карданної передачі до фланця ведучої шестірні заднього мосту моментом 2, 7 - 3,0 Н • м (кгс • м).

Через 10 000 км виконувати підтяжку кріплення проміжної опори до поперечки моментом 1,2 - 1,8 даН•м (1.2 - 1,8 кгс•м); поперечки до кузова моментом 2, 7 - 3,0 даН • м (2, 7 - 3,0 кгс • м).

Через 20 000 км (при їзді по брудних дорогах через 10 000 км) робити змащення шарнірів карданної передачі, домагаючись виходу мастила з - під всіх манжет хрестовин.

Змащення  робити маслом ТАД - 17 І або "Омскойл Супер Т".

Категорично забороняється застосовувати солідол або інші консистентні мастила, тому що вони не надходять до голок підшипників під час роботи, тверднуть у каналах хрестовини, перешкоджаючи надалі проходу рідкого мастила.

На початку  експлуатації змазаного шарніра карданної передачі може спостерігатися вихід надлишків мастила з - під манжет і забризкування днища кузова, що не є дефектом.

Зусилля пружинки манжети хрестовини підібране таким  чином, що після видалення надлишків, у підшипнику зберігається необхідна  кількість мастила.

ОСНОВНІ НЕСПРАВНОСТІ ТА РЕМОНТ

Можливі несправності карданної передачі й способи  їхн усунення

Ремонт карданної  передачі

Зняття карданної  передачі з автомобіля

Якщо при  роботі на автомобілі карданна передача не мала зауважень, то при її знятті з автомобіля й наступній установці  доцільно зберегти раніше існуюче положення.

Для цього:

• включити в коробці передач будь-яку передачу, щоб зафіксувати положення вторинного вала щодо заднього картера коробки передач;
• нанести співпадаючі мітки на фланці карданної передачі й фланці ведучої шестерні заднього мосту;
• нанести співпадаючі мітки на задньому картері коробки передач і брудовідбивачі ковзної вилки карданної передачі;
• очистити виступаючі частини болтів кріплення карданної передачі до заднього мосту й поперечки проміжної опори до кузова;
• від′єднати поперечку проміжної опори від кузова;
• від′єднати карданну передачу від фланця ведучої шестерні заднього мосту й зрушити вперед карданну передачу, утопивши ковзну вилку в задньому картері коробки передач;
• зняти прокладку між фланцями заднього мосту й карданної передачі;
• зняти карданну передачу з автомобіля, вийнявши ковзну вилку із заднього картера коробки передач;
• заглушити отвір у задньому картері коробки передач щоб уникнути витікання мастила з коробки передач (якщо воно не було злито).

Розбирання  карданної передачі

• очистити карданну передачу;
• від′єднати поперечку від проміжної опори;
• зробити мітки фарбою з достатньою точністю на трубі проміжного валу й на шліцевій вилці середнього шарніра, щоб при складанні шліци хвостовика проміжного вала й шліцевої вилки зайняли колишнє положення;
• відігнути стопорну шайбу 12 (див. мал. 2), відвернути болт на три оберти й вийняти викруткою П - подібну пластину (при відкручуванні болта не можна вставляти важіль між хрестовиною й вушками вилки);
• зняти зі шліц проміжного вала задній вал зі шліцевою вилкою ударами мідного молотка в місці, позначеному буквою А на мал. 2. Якщо 
  вилка не знімається, то необхідно розібрати середній шарнір і зняти вилку знімачем;
• зняти проміжну опору із проміжного вала ударами його шліцевого хвостовика об дерев'яну або мідну підкладку;
• позначити фарбою взаємне положення вилок карданних шарнірів;

На знятій карданній передачі можна оцінити  стан шарнірів по величині радіального  люфту в підшипниках.

Для цього  затискають у лещатах через підшипники хрестовини одну з вилок шарніра, підводять індикатор до вільного вушка іншої вилки (мал. 5) і, повертаючи це вушко убік індикатора й від нього, визначають радіальний люфт у підшипниках цієї вилки. Люфт більше 0,1 мм свідчить про надмірне зношування й необхідність заміни підшипників і хрестовини.

Огляд і контроль деталей

Рис. 5. Вимірювання радіального зазору в підшипниках карданної передачі

Розбирання  шарніра провадять у лещатах  за допомогою оправлення й кільця, як зазначено на мал. 6 для шарніра із фланцем.

Рис. 6. Розбирання карданного шарніра: 1 - кільце; 2 - фланець шарніра карданного валу; 3 - оправлення; 4 і 6 - підшипники; 5 -  маслінка

Щоб уникнути поломок маслінку хрестовини необхідно  розташовувати з боку оправлення:

• зняти стопорні кільця підшипників;
• випресувати підшипник з вилки й зняти його із хрестовини;

- вийняти з вилки фланець із хрестовиною.

Аналогічно  випресувати підшипник з іншого вушка вилки.

Зняти манжети  із шипів хрестовин або вийняти їх з обойми.

Після розбирання деталі необхідно ретельно промити  й уважно оглянути на предмет відсутності  відбитків голок глибиною більше 0,05 мм на шипах хрестовини й корпусах підшипників, зносів голок, тріщин і  забоїн на шипах і корпусах підшипників, привалочної площини й центрувальному пояску фланця, випадання обойми манжети з корпуса підшипника, зіскакування відбивача із шипа, затвердіння й зношування крайки манжети, зіскакувала пружини манжети, погнутості карданного вала більше 0,4 мм. Голки підшипника повинні бути однієї групи з різнорозмірністю 0,003 мм.

Шліци ковзної  вилки переднього кардана, його шліцованного заднього хвостовика й шліци вилки  заднього кардана не повинні мати слідів зношування, обм′яття, задирів.

На зовнішній  поверхні ковзної вилки не повинно бути слідів задирів, припалів і виробітку.

Підшипник проміжної  опори повинен обертатися легко, без заїдань, а сама проміжна опора  не повинна мати тріщин і розривів.

Складання карданної  передачі

Зібрати задні  й проміжний карданні вали із шарнірами й деталями, що сполучаються.

Складання карданних  шарнірів провадиться в такий  спосіб:

• очистити підшипник і хрестовину від консерваційного мастила, якщо таке є;
• перевірити наявність фаски А на торці манжети, при її відсутності притупити гостру крайку (див. мал. 3);
• змазати робочу крайку манжети й надягти неї на шип хрестовини до упору в брудовідбивач. Пружина манжети повинна бути звернена до брудовідбивача;

Рис. 7. Складання карданного шарніра:

1 - кільце; 2 - стопорне кільце

• переконатися, що губа манжети при її установці не завернулася;
• залити мастило в стакани підшипників до середини голок;
• вставити діаметрально розташовану пару шипів хрестовини в отвори вушок однієї з вилок шарніра, з огляду на розташування прес - маслянок згідно мал. 2, які повинні бути в одній площині й по одну сторону карданного вала головками назустріч одна одній;
• вставити підшипники в отвори вилки, частково надягши їх на шипи й обертаючи хрестовину в різні сторони, щоб не допустити їх перекосу (мал. 7);
• погойдуючи хрестовину, плавно стискати підшипники до упору (мал. 7, а);
• ударом молотка вставити стопорне кільце 2 у канавку підшипника (мал. 7, в). При цьому кільце необхідно притримувати, тому що можливо його вилітання;
• поставити кільце - оправлення на зовнішній торець вушка із застопореним підшипником (мал. 7, с) і допресувати хрестовину з підшипниками до упору стопорного кільця в підшипник і вилку, потім вставити друге стопорне кільце;
• зібрати другу половину шарніра указаним вище способом.

У шарнірів не повинно бути осьового люфту уздовж шипів більше 0,03 мм, заїдань і змінного зусилля повороту. Момент повороту не повинен перевищувати 2 Н • м (0,2 кгс • м). Якщо шарніри тугі можна кілька разів ударити молотком у основи вушок вилок.

При складанні  проміжної опори:

• запресувати підшипник у проміжну опору на глибину 15 мм (див. мал. 2) від її заднього торця, прикладаючи зусилля до зовнішнього кільця підшипника;
• закласти мастило Літол - 24 у поглиблення захисних кілець;
• напресувати проміжну опору й захисні кільця на шліцевий кінець проміжного вала, впливаючи на внутрішнє кільце підшипника;
• ввернути болт із надягнутою на нього стопорною шайбою на 3,5 ÷ 4 оберти в торець шліцевого хвостовика проміжного вала, вусик на стопорній шайбі повинен бути звернений до проміжної опори;
• установити ущільнювальне кільце у виточення вилки заднього карданного вала;
• знежирити різьбу на болті й в отворі вала, і шліци вилки і шліцевого кінця;
• нанести анаеробний герметик на західну частину шліц вала кільцевим пояском шириною 5 - 10 мм і 3 - 5 капель герметику на західну частину різьбового отвору. Використовувати герметик однієї з наступних марок УГ - 8, УГ - 10, АН - 10З, АН -111, АН - 112;
• надягти вилку заднього карданного вала на шліци хвостовика переднього вала точно по зробленим при розбиранні міткам;
• без зволікання протягом 1-2 хвилин після надягання вилки вставити П -подібну пластину під стопорну шайбу, до упору в болт, таким чином, щоб виступ на пластині ввійшов у западину шліца вилки, а вусик на стопорній шайбі - у виріз П - подібної пластини;
• затягти болт моментом 5,0 - 5,6 даН•м (5,0 - 5,6 кгс • м);
• перевірити легкість обертання підшипника проміжної опори;
• застопорити болт, відігнувши на його грань стопорну шайбу;
• змазати карданні шарніри до виходу мастила з - під кожної манжети..

Зібрана карданна передача балансується динамічно на спеціальних верстатах у діапазоні  частоти обертання 2000 - 6000 хв־¹ шляхом приварки на труби карданних валів поблизу вилок балансувальних пластин, забезпечуючи дисбаланси не більше 15 гсм у кожній площині зрівноважування.

Установка карданної  передачі

Установка карданної  передачі на автомобіль провадиться  в порядку, зворотному зняттю:

• сполучивши мітки на торці вторинного вала коробки передач із міткою на задньому картері, вставити шліцовану вилку карданної передачі в отвір на задньому картері, сполучивши мітку на брудовідбивачі ковзної вилки з міткою на задньому картері;

Моменти затягування  відповідальних нарізних сполучень

ХАРАКТЕРИСТИКА  ІНСТРУМЕНТІВ ТА ПРИСТОСУВАНЬ

Для технічного обслуговування та ремонту карданної  передачі використовуються такі інструменти  та пристосування:

1. Бородок

2. Зубило