Внутренний шарнир равных угловых скоростей. По какому принципу работает шрус

Абсолютное мнение по поводу истории создания ШРУСА отсутствует. Суть одного из наиболее распространенных в том, что в 1927 году это устройство изобрел и запатентовал Альфред Рцепп. Поэтому, сам механизм среди любителей-профессионалов до сих пор называют шарниром «Рцеппа». Уже ближе к концу 60-х переднеприводные автомобили стали особо интересны для разработчиков практически сразу всех значительных автомобильных концернов. Интерес вызвала компоновка их кузова, неоднократно позволяющая предложить водителю и самим пассажирам максимум места в транспортном средстве.

Вот так для обеспечения привода на передние управляемые колеса, не лишая их возможности поворачивать, специалисты придумали такой сложный механизм как ШРУС. Аббревиатура обозначает «шарнир равных угловых скоростей». Деталь интересная, термин непривычный. Само устройство предусматривает решение следующей задачи – передачу равномерного вращательного движения от одной полуоси к другой, в случае если они расположены под углом друг к другу. Самое важное, чтобы расположение полуосей было под определенным углом. Его величина обычно терпит постоянные изменения, не превышая отметку в 70 градусов.

Конструкции шарнира равных угловых скоростей бывают разные, их существует сразу несколько. В настоящий момент существует несколько модификаций ШРУСа. Так, ШРУС шарикового типа является наиболее распространенным. Появился он впервые в двадцатые годы прошлого века. Популярным является кулачковый ШРУС, разработанный французским изобретателем Грегуаром. Тот запатентовал свое изобретение в начале двадцатых годов под именем «Тракта». Следующая разновидность ШРУСа - спаренный карданный. Сфера его применения – автомобили производства США тоже двадцатых годов. Речь идет о Cord L29. В том числе их использовали для трансмиссии французских автомобилей «Панар-Левассор» в 50-60-х годы. В настоящий момент он тоже применяется в схемах разных транспортных средств, которые не развивают достаточно высокую скорость, например, тракторы.

1. Назначение ШРУСа

ШРУС имеет свое предназначение. Его основная задача – передача равномерного вращения под углом. Так, шарнир равных угловых скоростей применяют для независимой подвески, что на передних управляемых колесах. Правда, здесь нужно соблюдать следующее условие – колеса должны быть ведущими.

Так как ШРУС – составная деталь, значит, помимо вращения он способен обеспечить угол поворота в пределах 70 градусов, позволяя его применять в конструкции ведущей оси.

Внутренний и внешний ШРУС

Попытаемся разобраться, что собой представляют в трансмиссии переднеприводных автомобилей внутренний и внешний ШРУСы. Речь пойдет не только об особенностях конструкции, но и механизме передачи вращательного движения от коробки переменных передач либо вала редуктора на ведущие колёса, требуя как минимум два шарнира на пути. Дело в том, что иметь по одному ШРУСу на каждое колесо оказывается мало, нужна их пара.

Поэтому, напомним еще раз, что сама конструкция необходима для обеспечения свободы передвижения вала. Внутренний шрус устанавливают внутри корпуса коробки передач, в то время как внешний у самого колеса. Оба шруса необходимы для успешного передвижения автомобиля. Однако, между ними существует определенное отличие, которое зависит от модели автомобиля.

Попытаемся разобраться, в чем же разница между ними. Во-первых, внутренний больше по размерам, поэтому и стоит дороже. Его основное предназначение – передача вращения от трансмиссии к валу. Внешний ШРУС должен вращать ступицу колеса, поскольку у него посадочные шлицы. Отсутствие достаточного количества свободного пространства неоднократно вынуждает специалистов сделать его в габаритах намного меньшим.

2. Устройство и принцип работы ШРУСа

Что касается стандартного набора составляющих шарнира, он следующий. Здесь всего четыре детали, поэтому сам механизм простой.

- корпус, похожий на сферическую чашу и ведомый вал;

Внутренняя обойма как сферической кулак и ведущий вал;

Сепаратор как кольцо, в котором есть специальные отверстия. Он необходим для удержания шариков;

Да и сами шарики – шесть штук.

Невзирая на то, что существует полное разнообразие конструктивных решений ШРУСов, неизменным остается их принцип работы. А именно, точки контакта, которые передают окружные силы. Они обязательно должны находиться в биссекторной полости, что проходит через биссектрису угла, которую образуют валы.

Попытаемся разобраться в том, как работает ШРУС. Однако, чтобы этот принцип работы понять, необходимо разобраться из каких компонентов он состоит и каким образом работает.

Процесс работы ШРУСа предусматривает следующие этапы:

1. На внутренней обойме и в корпусе есть сферические канавки. Их количество совпадает с числом шариков;

2. Удержать шарики вполне реально сепаратором, что расположен в векторном пространстве кулак-корпус. Дальше они перемещаются по внешнему диаметру канавок корпуса. Что касается внутреннего диаметра, здесь шарики перемещаются по канавкам кулака;

3. Вращая ведущий вал, можно передать усилие на обойму через кулак и шарики, что находятся в канавках. Дальше эта мощность передается на ведомый вал;

4. В результате изменения угла между ведомым и ведущим валами, шарики очень свободно перемещаются по канавкам, продолжая таким образом передавать усилие.

3. Достоинства и недостатки ШРУСа

ШРУС легкий, относительно надежный, в случае поломки заменяется просто. Его преимущество заключается в том, что в сравнении с иными аналогичными механизмами, благодаря помощи шарнира возможна лишь незначительная потеря мощности.

Недостаток ШРУСа - наличие пыльника в конструкции. Он необходим, чтобы сохранить чистоту устройства, одновременно выступая контейнером для смазки. Это его защитная функция.

ШРУС как раз расположен в таком месте, где невозможно его соприкосновение с иными посторонними предметами. Оказаться порван может и пыльник. Это может случиться в момент езды, например, переезжая препятствие, либо по слишком глубокой колее. Узнать об этом может только сам владелец авто. Обычно он об этом понимает, когда грязь уже находится внутри пыльника, попав туда через трещину. Таким образом, можно спровоцировать интенсивный износ. В том случае, если владелец авто уверен, что это случилось совсем недавно, шрус можно просто снять, хорошенько его промыв. Заменяя пыльник, его необходимо заполнить новой смазкой. В том случае, если неприятность произошла не недавно, ШРУС обязательно должен выйти из строя раньше времени.

Здравствуйте, уважаемые автолюбители! Владельцы переднеприводных автомобилей, изучая устройство своих четырёхколёсных помощников, с удивлением обнаруживают названия деталей, которые ранее на слух не попадали.

Один из таких непривычных терминов – ШРУС. Загадочное наименование является всего лишь аббревиатурой от длинного названия – шарнир равных угловых скоростей. Задача этого устройства передавать вращательное движение от одной полуоси к другой, если они находятся под углом друг к другу, величина которого постоянно изменяется.

Хотя ШРУС является обязательным атрибутом даже самых современных авто, изобретение это не новое. В том виде, каким он представлен в настоящее время, ШРУС был изобретён и запатентован в 1927 году Альфредом Рцеппом.

Он так и называется - шарнир «Рцеппа», а на народно-водительском сленге - «граната». Справедливости ради следует отметить, что подобный шарнир может встречаться и у заднеприводных, а также полноприводных авто, когда конструкцией предусмотрено жесткое крепление заднего редуктора и независимая подвеска задних колёс.

Устройство ШРУСа

Сложное, на первый взгляд, устройство шарнира вызывает массу вопросов у того, кто впервые с ним сталкивается. В действительности ШРУС очень прост по конструкции, что является одной из составляющих его большого ресурса работы.

При условии правильной эксплуатации и уходе, шарнир может прослужить дольше, чем любой другой узел машины. Принцип работы устройства становится ясен, если подробно разобраться из чего состоит ШРУС.

Это загадочное устройство имеет всего 4 детали:

корпус в виде сферической чаши с ведомым валом;
внутренняя обойма – сферический кулак с ведущим валом;
сепаратор, представляющий собой кольцо с отверстиями для удержания шариков;
шесть шариков.

Такое устройство шруса, позволяет производить передачу вращательного движения очень ровно. Любой автолюбитель знает, что известное карданное соединение полуосей, которое выполняет ту же функцию, что и ШРУС, такой способностью не обладает.

Если одной полуоси сообщается равномерное вращение, то на второй оно будет уже прерывистым.

Как работает ШРУС?

Изучая вопрос о том, из чего состоит и как работает ШРУС, обязательно следует прибегнуть к осмотру этого устройства в натуре или ознакомится с фотоизображениями.

В специальной литературе можно найти подобное описание процесса работы ШРУС:

в корпусе и на внутренней обойме выполнены сферические канавки, количество которых совпадает с числом шариков;
шарики, которые удерживаются сепаратором, находятся в пространстве между корпусом и кулаком, по внешнему диаметру перемещаются по канавкам корпуса, а по внутреннему - по канавкам кулака;
при вращении ведущего вала, усилие, через кулак и находящиеся в канавках шарики, передаётся на обойму и далее на ведомый вал;
при изменении угла между ведущим и ведомым валами, шарики свободно перемещаются по канавкам, продолжая передавать усилие.

ШРУС внешний и внутренний: в чём разница?

Для того, чтобы автомобиль успешно двигался, оказывается, очень мало иметь по одному ШРУСу на каждое колесо. Для функционирования всего привода необходима их пара. Именно поэтому, когда автолюбитель, собираясь ремонтировать авто, замечает в магазине, что ШРУС внутренний больше по размерам, чем внешний и стоит на порядок дороже, хотя ранее казалось, что они совершенно одинаковые.

Особенности конструкции и механизма передачи вращательного движения от вала редуктора или коробки переменных передач на ведущие колёса требуют, чтобы на пути было, как минимум, два шарнира. ШРУС, который передаёт вращение от трансмиссии к валу называется внутренним. Он гораздо больше по размеру.

Внешний ШРУС вращает непосредственно ступицу колеса и имеет для неё посадочные шлицы. Отсутствие достаточно количества свободного пространства вынуждает делать его меньшим в габаритах.

Вот, собственно и вся деталь, с таким необычно-загадочным названием.

Несмотря на осведомлённость современных водителей (а таковыми приходится стать практически каждому при выходе из строя его «железного коня»), практически никто не слышал о запчасти, именуемой ШРУСом. Ну а те, кто уже познакомился с ней, уже наверняка успели потратить довольно большое количество денежных средств на её замену или в лучшем случае ремонт. В этой статье мы расскажем об этих столь хитрых и важный автомобильных комплектующих, а также раскроем секрет их долгой беспроблемной эксплуатации.

Что такое ШРУС

Что такое ШРУС в автомобиле? Переводя на «народный» язык, обозначается как «граната». Следовательно, если в авто есть такая запасная часть, то рано или поздно она взорвётся. Хорошо, шутки оставим в сторонку… Тем не менее не будем забывать о главном. Итак, ШРУС или «граната» — это шарнир равных угловых скоростей. Именно эти запчасти служат для того, чтобы передавать с сердца авто (мотора) к ведущим колесам. Эти детали не только дают возможность колесам «начать свою работу после команды «свыше» — от мотора», но и полностью управлять ими.

Почему всё-таки «граната»? Во-первых, данная деталь очень похожа на настоящую гранату, а во-вторых, её действия действительно убийственные. Если , транспортное средство не сможет до момента замены или ремонта самостоятельно передвигаться.

Устройство ШРУСа

Работает ШРУС практически также, как и всем водителям известный кардан. Тем не менее привод второго более совершенен и сложен. В чём отличия? В случае с карданом: передача несинхронно передаёт крутящий момент (то есть один вал вращается равномерно, в тот момент, как другой — нет), а угол скрещения довольно затруднённый. ШРУС отличается тем, что выполняет всю эту работу, но на 90% проще: обладает большим ресурсом, поскольку его углы поворота составляют не более 70 градусов сравнительно оси.

Важно! ШРУСы возникли более ста лет тому назад. Тем не менее на сегодняшний день они сильно эволюционировали и являются одной из главных составляющих абсолютно всех транспортных средств, которые встречаются на дороге (вне зависимости от их «возраста» или дороговизны).

Граната – это силовая запасная часть, часто подвергающаяся нагрузкам. Следовательно, она нуждается в защите от окружающей среды, в чём может помочь смазка (и таким образом продлить срок её эксплуатации). Конструкция детали закрыта пыльником, изготовленным из пластика или резины (который набивается смазкой и удерживается на валах при помощи хомутов). Отметим, что от качества пыльника зависит и срок эксплуатации гранаты. Если данная комплектующая выйдет из строя, а вы при этом не предпримите никаких действий, вам в скором времени придётся проверять ШРУС на исправность (поскольку он не может работать в не защищенной среде и довольно быстро выходит из строя из-за прямого воздействия окружающей среды: попадание грязи, и другого).

Как выбрать ШРУС

На сегодняшний день существует несколько конструкций данной , выделить среди которых как самые популярные нужно следующие:

трипод;
реппа;
сухариковые (кулачковые);
шариковые;
спаренные.

Наиболее часто в современных транспортных средствах встречаются именно шариковые запчасти. Спаренные и кулачковые наиболее часто используются спецтехникой, грузовыми автомобилями, а также тракторами.

Признаки неисправности ШРУСа

Первый признак – это стук, гул, урчание (хотя главный звук – всё-таки стук), с той , где деталь, в общем-то, уже готова «вылетать». Кстати, этих звуков вполне достаточно, чтобы определить неисправность ШРУСа (даже без каких-либо проверок на станциях технического обслуживания).

Стоит помнить, что стучать граната может как неделю, так и несколько месяцев. В любом случае она рано или поздно выйдет из строя… и тогда – берегитесь в прямом значении этого слова. Если это произойдёт на трассе, избежать ДТП будет сложно, ну а при более низкой скорости быстрый тормоз вас спасёт…

Когда вылетает ШРУС, управлять автомобилем становится практически невозможно! Изначально очень тяжело поворачивать рулём в ту сторону, с которой он вылетел. Тем не менее некоторое время (примерно полчаса) ехать ещё возможно. Затем автомобиль попросту останавливается и уже не может тронуться с места.

При этом машина заводится как обычно, скорости включаются, но ни на одну из них авто не реагирует. Изначально может показаться, что вышла из строя коробка переключения скоростей, но это не так. Если вы перед этим слышали сильный грохот под каким-то из колес, потом оно практически заклинило (повезло, если не вылетело полностью), а затем перестала работать коробка, то стопроцентно это всего лишь граната – волноваться не стоит (менять нужно именно ШРУС, а не коробку, что будет стоит гораздо дешевле).

В любом случае важно не доводить свое авто до такого состояния… Лучше при первых признаках отремонтировать, нежели потом платить за ремонт, да и ещё неделю ждать ремонта (находясь в этом время без авто и будучи вынужденным передвигаться на общественном транспорте).

Ну что же, теперь вам известно, что такое граната в автомобиле и что она собой представляет. Теперь, прочитав эту статью, вы знаете, как самостоятельно проверить внутренний ШРУС, не переплачивая за услуги профессионалов. Надеемся, что эта статья была полезной для вас. Желаем удачи!

Лучшие цены и условия на покупку новых авто

Кредит 6.5% / Рассрочка / Trade-in / 98% одобрений / Подарки в салоне

Мас Моторс

Рад видеть Вас на страницах сайта, дорогие читатель! Продолжаю серию публикаций, в которой я буду рассказывать об устройстве современного автомобиля. Ранее Вы наверняка читали статьи: и . Сегодня речь пойдет о неотъемлемой части любого переднеприводного автомобиля, я подробно расскажу, что такое ШРУС.

Всего несколько десятков лет назад большинство автомобилистов не представляло о наличие данного узла. И это легко объяснить, так как практически все автомобили были заднеприводными и крутящий момент от редуктора к ведущим колесам всегда передавался под одним и тем же углом, так как задние колеса на большинстве транспортных средств не являлись управляемыми. И многие из Вас помнят неотъемлемую часть заднеприводного авто – неразрезной мост.

Но время заднеприводных автомобилей, по крайней мере в массовом сегменте, давно и безвозвратно прошло и переднеприводные автомобили, в силу их ряда преимуществ «захватили» рынок.

У переднеприводных авто передние колеса являются одновременно и ведущими и управляемыми и при таком положении вещей крутящий момент от двигателя на ведущие колеса передается под постоянно изменяющимися углами.

Чтобы обеспечить кинематически правильную передачу момента в конструкцию внедрили ШРУС.
Этот узел был разработан и запатентован достаточно давно – в середине 20‑х годов прошлого века, но широкое распространение получил лишь в конце 50‑х с появлением первых переднеприводных авто.

Шарниры равных угловых скоростей (ШРУСы) применяются в автомобилестроении для привода управляемых ведущих колес с независимой передней подвеской. Их предназначение – обеспечение равномерного вращения колес при углах поворота до 60 градусов.

Многие «профессиональные» автомобилисты ШРУС называют гранатой, лично я не сторонник таких жаргонизмов, так как при описании узлов и агрегатов, должны применяться технические термины, а не гаражный сленг.

Разновидности шарниров, их устройство и принцип работы

Кулачковый

Имеет две вилки 2 и 6, насаженные на валы 1 и 7 или откованные с ними как одно целое; два полуцилиндрических кулачка 3 и 5, охватываемых вилками; диск 4, входящий в цилиндрические пазы кулачков. Эти шарниры обязательно работают попарно (внутренний и наружный), так как один создает неравномерность вращения, а второй устраняет её, то есть сам шарнир непосредственно ШРУСом не является, так как обеспечивает вращение валов с равной угловой скоростью только в паре. К недостаткам стоит отнести низкий КПД и склонность к перегреву, что исключает использование на современных легковых транспортных средствах.

Шариковые шарниры

Общее устройство:

чашеобразный корпус, представляющий собой внешнюю обойму, вместе с валом
сепаратор (кольцо с отверстиями, расположенными на равном удалении друг от друга, в котором удерживаются шарики)
внутренняя обойма
металлические шарики
стопорное (фиксирующее) кольцо

Кстати забыл указать, что данный тип шарниров широко применяется на автомобилях в настоящее время.

Трипоидные ШРУСы

Данный шарнир состоит из корпуса (стакана) с запрессованным в него валом со шлицами. Хоть это и самая большая часть трипоида, но не самая основная. Основная – это трёхлучевая вилка, на лучах вилки смонтированы ролики, которые вращаются на игольчатых подшипниках. Вилка напрессовывается на шлицы вала, идущего от КПП.

На внутренней части корпуса присутствуют канавки, именно они и обеспечивают угол поворота ШРУСа.
Из-за конструктивных особенностей данный тип шарнира применяется только в качестве внутреннего.

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.

Моя жизненная история

Дело было так: при интенсивном разгоне начала появляться вибрация, после первых диагностических операций был приговорен подвесной подшипник правой полуоси (левая полуось короче и на ней нет подшипника). Поменял, вибрация стала меньше, но не пропала.

При дальнейшей эксплуатации вибрация стала усиливаться, тут то я как раз и обнаружил порванный пыльник на левом внутреннем ШРУСе. Сначала хотел отделаться малой кровью, то есть заменить смазку и пыльник. Это чуть продлило жизнь ШРУСу, но от вибраций естественно не спасло. На тот момент оригинальный шарнир стоил 7 тысяч, жаба естественно взяла свое и в итоге куплен ШРУС фирмы pilenga, который подошел по .

Когда мы разобрали привод, то очень сильно удивились, что шарнир не подходит, а точнее не подходит число шлицов. ШРУС был успешно отмыт и отдан в магазин, а я в расстроенных чувствах стал ездить дальше.

Так я и ездил на протяжении 7–8 тысяч км., пока вибрация не стала дикой и разгоняться свыше 90 км/ч, вообще было страшно. Теперь необходимость замены была на лицо и, позвонив в один из интернет-магазинов, за 7 тысяч рублей я нашел не то, что ШРУС, а привод в сборе, то есть 2 шарнира и ось.
Оформил заказ с доставкой, которая, кстати, была бесплатной, и вечером привод был у меня, я очень опечалился, когда мне его привезли, так как привод был той же марки pilenga.

В итоге все закончилось благополучно, во-первых привод подошел, а во-вторых второй ШРУС тоже был неисправен и очень хорошо, что я не купил только один шарнир. Отсюда следует два вывода: все необходимо делать вовремя и скупой платит дважды.

Теперь вы знаете всё о ШРУСах, их возможных неисправностях, а самое главное о профилактике этих неисправностей.

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.