Февраль 15th, 2016 Admin
Подавляющая часть современных автомобилей выпускается с передним приводом. Он пришел на смену заднему и обладает по сравнению с ним рядом преимуществ, главные из которых – это существенное улучшение поведения машины на дороге, особенно в неблагоприятных погодных условиях, и облегчение конструкции авто, поскольку отсутствует и карданный вал, и главная передача. Двигатель на переднеприводной машине стоит поперечно, коробка передач находится рядом с ним в моторном отсеке. Но как, же передается крутящий момент? С помощью особой детали (ШРУС). О ее устройстве и принципе работы мы расскажем ниже.
Что такое ШРУС в автомобиле
Расшифровывается аббревиатура ШРУС как – шарнир равных угловых скоростей. Устройство это осуществляет передачу крутящего момента от коробки передач прямо к ведущим колесам. По своей функции схож с полуосью, но отличается от нее конструктивно, благодаря чему может двигаться, обеспечивая поворот колес вплоть до угла в 70°. В просторечье известен как «граната» из-за своей формы.
Виды ШРУСов
Для начала следует заметить, что ШРУСы подразделяются на внутренний и внешний. Первый сочленен с коробкой передач, а второй – с колесом. Конструкция у них может быть как одинаковой, так и разной (по крайней мере, если говорить о легковых автомобилях).
К настоящему моменту ШРУСы бывают 4-ех разновидностей:
1) Кулачковые и кулачково-дисковые, которое нашли применение в грузовиках и автобусах большого и особо большого класса;
2) Трипоидные, которые часто ставятся в качестве внутреннего ШРУСа;
3) Спаренные карданные – применяются в конструкции колесных тракторов и некоторой строительной техники;
4) Шариковые, наиболее распространенные. Используются в качестве и внешнего, и внутреннего ШРУСа.
Как устроен ШРУС
Поскольку ШРУС шарикового типа наиболее распространен, его конструкцию мы и рассмотрим в подробностях. Основных деталей у него 4 штуки. Это:
1) Корпус в виде чаши сферической формы. В ней установлен ведомый вал;
2) Нижняя часть в форме кулачка, опять же сферического, где находится ведущий вал;
3) Сепаратор – широкое кольцо с прорезанными в нем «окнами». В нем располагаются шарики;
4) 6 металлических шариков, упомянутых выше.
Разумеется, все эти детали работают не на сухую, а в смазке, закладываемой в ШРУС на заводе-изготовителе.
Принцип работы ШРУС
Ниже представлено видео, где показано, как работает ШРУС в динамике. Остановимся подробнее на том, как элементы конструкции взаимодействуют друг с другом:
1) В корпусе и на нижней части сделаны специальные канавки. Их 6 штук, как и шариков.
2) Сепаратор держит шарики, чтобы они находились на своем месте между корпусом и нижней частью. При этом шарики могут двигаться по канавкам.
3) Крутящий момент передается на ведущий вал с закрепленным на нем корпусом, потом на шарики и далее – на нижнюю часть и ведомый вал.
4) В процессе изменения угла положения колес (при повороте) шарики просто смещаются вверх/вниз по канавке. Крутящий момент передается на ведущие колеса без изменений.
Ресурс шарниров равных угловых скоростей (ШРУСа)
Обычно, ШРУС легко способен прослужить100 000 км. пробега при условии регулярного ТО автомобиля и езды по асфальту, на бездорожье ресурс снижается. Однако в некоторых случаях эта деталь может быстро износится или даже мгновенно выйти из строя.
Во-первых, ШРУС сломается, если порван его пыльник. Пыльник – это резиновый чехол гофрированной формы, предохраняющий внутренние элементы конструкции от пыли и грязи. Если он порван, абразивные частицы проникают туда и быстро разрушают канавки, после чего шарики клинят и навечно застывают в одном положении. Так что если пыльник порвался, меняйте весь ШРУС без раздумий.
Во-вторых, ШРУС может буквально вырвать в результате очень сильной нагрузки на подвеску (сильный удар колеса о бордюр, проезд по глубокой яме на большой скорости и пр.). На сегодня все, до новых встреч на страницах нашего сайта!
Автомобили, оснащенные передним приводом, в 60-х годах очень заинтересовали инженеров и разработчиков практически всех автомобильных брендов. Считалось, что такая компоновка кузовов дает возможность получить больше свободного места в салоне. Для осуществления этой идеи инженеры придумали достаточно сложный на тот момент механизм. Он позволял обеспечить вращение передних колес и управлять ими при более компактных размерах конструкции.
Как создавали ШРУС
Так как существует несколько видов шарниров угловых скоростей, то точно установить, какая конструкция была первой, очень трудно. Но есть мнение, что узел на основе шариков, один из популярных сегодня, был изобретен в 20-е годы.
Идея создания кулачкового механизма пришла в голову французскому изобретателю Грегуару. В начале 20-х он получил патент на это изобретение.
Спаренный карданный элемент равных угловых скоростей использовали преимущественно в американских моделях автомобилей и в системах трансмиссий французских «Панар-Левассор».
ШРУСы - что это такое?
ШРУС - это Его используются в конструкции независимой подвески на переднеприводных автомобилях. Это деталь обеспечивает не только энергию вращения, но и позволяет управлять поворотом колес. Так, этот узел позволяет выполнить поворот ведущего колеса на угол до 70 градусов. Деталь похожа на поэтому автолюбители так и прозвали этот шарнир.
Эта конструкция также встречается в автомобилях с задним либо полным приводом, но лишь в моделях с независимой подвеской. В этом случае задние колеса имеют возможность двигаться горизонтально и вертикально. Существует наружный и внутренний ШРУС. Что это за деталь, вы скоро узнаете.
Как устроены шарниры угловых скоростей
В зависимости от типа детали конструкция может быть различной. Однако зная, как работает ШРУС, что это за элемент, и какова его роль, можно сказать следующее. С одной стороны вал соединяется со а с другой - с дифференциалом. Шарниры равных скоростей отдают энергию вращения от мотора к ведущим колесам через подшипники.
Основные составляющие изделия - обойма и корпус. И на корпусе, и на обойме, расположенной внутри корпуса, нарезаны специальные канавки, где установлены шарики. Шарики очень жестко соединяют эти составляющие друг с другом, тем самым передавая вращение.
Благодаря большему рабочему углу, которым обладает (что это, вы уже знаете), угол поворота может доходить до 70 градусов. Диапазон возможностей внутреннего шарнира позволяет ему двигаться лишь на 20 градусов. Так, и внешне и внутренне изделие использует различные виды элементов. С внешней стороны приводной вал оснащается шаровыми, а вот с внутренней - треножными шарнирами.
Внешнее изделие состоит из обоймы, смонтированной на валу и с канавками по радиусу.
Корпус также имеет канавки. В них установлены шарики, с помощью которых передается крутящий момент.
Внутренние детали могут отличаться по своей конструкции в зависимости от модели автомобиля и вида подвески.
Так, на моделях ВАЗ канавки прямые, а не радиальной формы. На украинских ЗАЗах ролики смонтированы на трех шипах, вращающихся на игольчатых подшипниках.
В нашей статье мы рассматриваем ШРУСы. Что это такое, вы уже примерно понимаете, работают они в достаточно проблемных местах, ведь там всегда много грязи и пыли, поэтому они оснащены специальной защитой. Для этого используется защитный пыльник - это резиновая накладка, которая надежно удерживается на корпусе при помощи хомутов.
Достоинства и недостатки
Вы уже многое знаете про ШРУС (что это важные детали в конструкции автомобиля). Поэтому можно обсудить основные этих изделий. Среди преимуществ можно выделить такое свойство. При передаче энергии нет потерь в мощности, как это бывает при использовании других механизмов с другим принципом действия. Также среди достоинств - простая замены и невысокая стоимость.
Среди недостатков - конструктивные особенности пыльника. Ведь он выполняет сразу несколько функций.
Это защита механизма от грязи и контейнер для смазки. Недостаток такой детали, как ШРУС - что это соединение расположено там, где невозможно предотвратить его соприкосновение с другими предметами. Так, пыльник можно легко порвать, а без смазки «граната» быстро выйдет из строя.
Ресурс или немного об обслуживании
Ресурс этих деталей может зависеть от большого количества всевозможных факторов.
Чаще всего этот показатель бывает разным из-за особенностей строения, а также использования. И если конструкцию автовладелец изменить не может, то вот режим эксплуатации полностью в его власти.
Износ «гранаты» в естественных условиях неизбежен. Но зачастую возможности этих узлов резко уменьшаются по вине владельца автомобиля.
Кто-то любит стартовать, чтобы машина буксовала при вывернутых колесах. В этом положении наружные узлы находятся в частично зажатом состоянии - это повышенные нагрузки. Следствие - скорая замена.
Другие автовладельцы любят тюнинг. Иногда мощность двигателя увеличивается до серьезных пределов, что не ведет ни к чему хорошему. Чем больше крутящий момент, тем быстрее износ.
Пыльники
Еще одна группа водителей забывает проверять состояние пыльников. Есть фактор, оказывающий значительное влияние на сроки работы такой детали, как ШРУС. Что это смазка, догадаться легко. А значит, нужно регулярное обслуживание механизма. Если герметичность пыльника нарушится, то это не только вызовет загрязнение механизма, но и отсутствие смазки. Все это не лучшим образом повлияет на долговечность узла.
Чтобы продлить ресурс изделия, нужно регулярно следить за пыльником, а манера вождения должна быть более спокойной. Тогда этот узел прослужит долго.
Так как нас интересует шариковый шарнир, то рассмотрим его устройство. Из-за того, что элементы не находятся в масле (в отличие от заднего моста), то устройство называется «сухим». Устройство конструкции шарикового шруса довольно простое.
Из чего состоит ШРУС:
- Корпус. Представляет собой полусферу, чашу. В нее устанавливается ведомый вал.
- Нижняя часть. Это кулачок в виде сферы с ведущим валом.
- Сепаратор. Это кольцо с отверстиями, в которые устанавливаются металлические шарики и удерживаются там.
- Шарики из металла. Подвижные элементы. Их 6.
Какой шрус выбрать
Прежде чем покупать новый шрус, следует узнать о видах (какие бывают), какие лучше по отзывам водителей, какие цены. На цене при покупке этого элемента устройства автомобиля, не следует делать основной акцент.
Бывают следующие фирмы производители шрусов:
- Pilenga. По отзывам хороший вариант.
- Febest. По отзывам водителей, купивших по недорогой цене запчасти этой фирмы, быстро выходят из строя.
- Metelli. Рекомендуемые.
- Loebro. Рекомендуемые.
- SKF. Рекомендуемые.
Характеристики ШРУСОВ различные. Бывают в конструкции 23 шлица, а бывают 24. Если ошибиться, то неподходящий (разница в один зуб) не установится на вал.
Качественная новая запчасть отличается от новой по виду и по осязанию. Бракованный шрус имеет тонкий пыльник, мало смазки, фиксирующих хомут слабый.
Признаки неисправности ШРУСА
Благодаря наличию в устройстве шруса пыльника — он защищен от попадания пыли, влаги и грязи.
Причины поломок шарниров равных угловых скоростей:
- Порванный пыльник.
- Использование некачественной или не подходящей смазки.
- Бракованный металл.
Если во время езды появились хрусты, щелчки, скрежет (металл об металл), то это и есть не что иное как признак поломки ШРУСА. Эти звуки появляются, когда через порванный или слетевший пыльник попали механические частицы в подшипники и шарики заедают.
На видео показаны устройство и замена шрусов своими руками.
Иногда автовладельцы встречают странные названия деталей и не всегда понимают, о чем идет речь. Одним из таких терминов является ШРУС. Эта статья расскажет, что это за механизм, на каких принципах построена его работа и какие функции выполняет устройство внутреннего ШРУСа.
Что такое ШРУС и его виды
ШРУС (это сокращенное название шарнира равных угловых скоростей) - механизм в приводной системе управляемых автомобильных колес, который транспортирует вращательный момент между полуосями, причем угол между ними составляет меньше 70 градусов. Эта деталь устанавливается на переднеприводные и заднеприводные авто.
ШРУСы были изобретены в 1927 году Альфредом Рцеппом. В простонародье этот механизм так и называют «шарнир Рцеппа», а в водительском сленге для обозначения этой детали используется слово «граната».
На сегодняшний день специалисты различают следующие виды шарниров:
- кулачковые - из-за склонности к перегреву на высоких скоростях, используются на грузовиках;
- кулачково-дисковые - применяются на больших грузовиках, например, «Урал» или «КрАЗ»;
- шариковые - на сегодняшний день являются самыми часто используемыми;
- трипод - в основном выступает в роли внутреннего шарнира, оснащен роликами в виде сфер;
- спаренные карданные - используются на старых американских легковых машинах, внедорожниках, строительной и сельскохозяйственной спецтехнике.
Конструкция ШРУСа и как он работает
Шарниры имеют простое устройство. В них входят следующие элементы:
- корпус сферической формы
- ведущий и ведомый валы;
- внутренняя обойма;
- сепаратор с отверстиями для удерживания подшипников;
- шесть шариков.
Эти элементы шарнира обеспечивают максимально точную передачу вращательного момента. ШРУСы имеют следующий принцип работы:
- число сферических канавок на внутренней обойме и в корпусе такое же, как и число подшипников;
- между кулаком и корпусом расположены подшипники, которые удерживают сепаратор;
- подшипники перемещаются по большему диаметру корпуса и по меньшему диаметру кулака;
- в этот момент возникает вращательный момент, который транспортируется на внутреннюю обойму и ведомый вал;
- после смены угла между полуосями, подшипники транспортируют крутящий момент, плавно двигаясь по внутренним канавкам.
Выбор смазки для ШРУСов
Шарниры испытывают постоянные высокие нагрузки - когда трогается с места, на подъемах, при движении по разбитой дороге и т. д. Поэтому смазка низкого качества не может выдержать серьезные ударные нагрузки и ШРУСы быстро изнашиваются.
Специалисты в области автомобилистики рекомендуют пользоваться пластичной черной смазкой на основе дисульфид молибдена. Для обычных автомобилей подойдет трехпроцентная смазка, а для авто, которые эксплуатируются в тяжелых условиях, лучше выбирать пятипроцентную.
Уход за шарнирами
Для повышения безопасности ШРУСа и сохранения его чистоты, этот механизм накрывается пыльником. В большинстве случаев пыльник представляет собой резиновую накладку, которая защищает механизм от пыли, грязи, воды и других загрязнений.
Чтобы ШРУСы служили как можно дольше необходимо систематически следить за ними и регулярно осматривать резиновый чехол, который защищает механизм от попадания грязи и воды. При обнаружении мелких дефектов в виде трещин и потертостей, при которых сохраняется герметичность чехла, можно ограничиться заменой крепежных хомутов и самого чехла. В противном случае происходит полная замена шарниров.
Так как устройство внутреннего и внешнего ШРУСа постоянно подвергается высоким нагрузкам, то для их изготовления выбирают сверхпрочные материалы. Однако это не обеспечивает вечной функциональности шарнира, так как агрессивный способ езды, попадание в него различных загрязнителей приводит к износу элемента. Чтобы максимально продлить жизнь устройству ШРУСа автомобиля необходимо выполнять следующие рекомендации:
- регулярно проводить осмотр ШРУСов на наличие сколов, трещин и других повреждений;
- периодически менять смазку в шарнирах;
- покупать качественные ШРУСы и смазку для них.
На видео описано устройство наружного ШРУСа автомобиля:
Схема ШРУСа
:
ω1, ω2
- угловые скорости валов 1 и 2 соответственно;
α, β
- угол шарнира;
О
- точка контакта рычагов валов 1 и 2;
r1, r2
- радиусы вращения рычагов вала 1 и вала 2 соответственно;
OO" - биссектриса угла ϕ
Передние ведущие колеса полноприводных и переднеприводных автомобилей являются также и управляемыми, т. е. должны поворачиваться, что требует использования между колесом и полуосью шарнирного соединения. Карданные шарниры неравных угловых скоростей передают вращение циклически и работают при небольших значениях углов между валами, что делает в этом случае их применение проблематичным. В этих условиях нашли применение синхронные шаровые сочленения, называемые
шарнирами равных угловых скоростей
(ШРУС
).
В переднеприводном автомобиле обычно используются два внутренних таких шарнира (связаны с коробкой передач) и два внешних
(крепятся к колесам). Устройство этих шарниров можно представить так: в каждом шарнире имеются две главные детали - корпус и обойма, одна в другой. В этих деталях выполнены канавки с шариками, которые, по сути дела, жестко соединяют обе сферические детали, через них и передается вращение от двигателя к колесу. В то же время, двигаясь в канавках, шарики позволяют одной сферической детали поворачиваться относительно другой и при этом осуществлять поворот колеса. При всем многообразии конструктивных решений, в шарнирах равных угловых скоростей должен выдерживаться единый принцип: точки контакта, через которые передаются окружные силы, должны находиться в плоскости, проходящей через биссектрису угла между валами (в биссекторной плоскости)
.
Cдвоенный карданный шарнир
Это условие можно обеспечить различными способами. Простейшее решение - объединить два обычных карданных шарнира неравных угловых скоростей так, чтобы ведомая вилка одного служила ведущей вилкой другого. Такая конструкция получила название сдвоенного карданного шарнира
.
Первые конструкции сдвоенных шарниров в 20-х гг. прошлого века были довольно громоздки, не оставляли в ступице переднего колеса места для тормозного механизма, который приходилось перемещать к картеру главной передачи. Однако со временем сдвоенные карданные шарниры совершенствовались, становились более компактными и продержались на легковых автомобилях до 60-х гг. Для сдвоенных шарниров на игольчатых подшипниках характерен усиленный износ этих подшипников и шипов крестовины, так как благодаря преимущественно прямолинейному движению автомобиля иглы подшипников не перекатываются, вследствие чего поверхности деталей, с которыми они соприкасаются, подвержены бринеллированию , а сами иглы иногда сплющиваются.
Кулачковые карданные шарниры
Карданный шарнир «Тракта»
Кулачковые карданные шарниры
:
а - шарнир «Тракта»,
б - дисковый
В 1925 г. на переднеприводных автомобилях появляется шарнир «Тракта»
(позиция "а" на рисунке), состоящий из четырех штампованных деталей: двух втулок и двух фасонных кулаков, трущиеся поверхности которых подвергаются шлифованию. Если разделить по оси симметрии кулачковый карданный шарнир, то каждая часть будет представлять собой карданный шарнир неравных угловых скоростей с фиксированными осями качания (так же, как у сдвоенного карданного шарнира). В нашей стране был разработан кулачково-дисковый шарнир
, который применяется на полноприводных грузовиках КрАЗ, Урал, КамАЗ.
Шарнир (позиция "б" на рисунке) состоит из пяти простых по конфигурации деталей: двух вилок, двух кулаков и диска.
Кулачковые шарниры благодаря наличию развитых поверхностей взаимодействующих деталей способны передавать значительный по величине крутящий момент при обеспечении угла между валами до 45°. Но трение скольжения между контактирующими поверхностями
приводит к тому, что этот шарнир имеет самый низкий КПД из всех шарниров равных угловых скоростей. Следствием этого является значительный нагрев и задиры на деталях шарнира.
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 фирмы «Бендикс» 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.
Карданный шарнир «Рцеппа»
Карданный шарнир «Рцеппа»
:
1 - биссекторная плоскость
2 - делительный рычажок
В 1927 г. появился шариковый шарнир с делительным рычажком (шарнир "Рцеппа"
). Шарнир технологически сложен, но он более компактен, нежели шарнир с делительными канавками, и может работать при углах между валами до 40°. Так как усилие в этом шарнире передается всеми шестью шариками, он обеспечивает передачу большого крутящего момента при малых размерах. Долговечность его достигает 100–200 тыс. км.
Карданный шарнир «Бирфильд»
Шестишариковый шарнир с делительными канавками
Дальнейшей эволюцией этого подхода является шестишариковый шарнир типа «Бирфильд»
с делительными канавками. Такой шарнир может работать при угле между валами до 45°. Шарниры этого типа имеют высокую долговечность. Основной причиной преждевременного разрушения шарнира является повреждение эластичного защитного чехла. По этой причине автомобили высокой проходимости часто имеют уплотнение в виде стального колпака. Однако это приводит к увеличению габаритов шарнира и ограничивает угол между валами до 40°. Данный тип шарниров широко применяется в карданной передаче передних управляемых и ведущих колес современных автомобилей. Он устанавливается на наружном конце карданного вала; при этом на внутреннем конце необходимо устанавливать шарнир равных угловых скоростей, способный компенсировать изменение длины карданного вала при деформации упругого элемента подвески. Такие функции совмещает в себе универсальный шестишариковый карданный шарнир (тип GKN).
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.
Карданный шарнир Loebro
Карданный шарнир Loebro
:
1- Канавки с углом проточки 15-16°
Шарнир Loebro отличается от GKN тем, что канавки в чашке и кулаке нарезаны под углом 15-16° к образующей цилиндра, а геометрия сепаратора правильная – без конусов и с параллельными наружной и внутренней сторонами. Он меньших размеров, чем другие шестишариковые шарниры, кроме того, сепаратор его менее нагружен, поскольку не выполняет функции смещения шариков кулаков.