ВЫБИРАЕМ ШРУС ДЛЯ УАЗ: ШАРИКОВЫЙ «ВЕЙС», СЕПАРАТОРНЫЕ «РЦЕППА» И «БИРФИЛЬД» ИЛИ ТРИПОИДНЫЙ?
Карданные передачи применяются в трансмиссиях автомобилей для силовой связи механизмов, валы которых не соосны или расположены под углом, причем взаимное положение их может меняться в процессе движения. Карданные передачи могут иметь один или несколько карданных шарниров, соединенных карданными валами, и промежуточные опоры.
К карданным передачам предъявляют следующие требования:
- передача крутящего момента без создания дополнительных нагрузок в трансмиссии (изгибающих, скручивающих, вибрационных, осевых);
- возможность передачи крутящего момента с обеспечением равенства угловых скоростей ведущего и ведомого валов независимо от угла между соединяемыми валами;
- высокий КПД;
- бесшумность.
Карданная передача служит для передачи крутящего момента от коробки передач к раздаточной коробке и от нее к валам главных передач ведущих мостов автомобиля. Так как ведущие мосты автомобиля расположены ниже раздаточной коробки, то оси валов привода мостов раздаточной коробки располагаются по отношению к осям валов главных передач ведущих мостов под углом. Этот угол постоянно изменяется в связи с эластичным соединением ведущих мостов с кузовом. Изменяется не только угол, но и расстояние между раздаточной коробкой и ведущими мостами. Поэтому в устройстве карданной передачи предусмотрены элементы, которые обеспечивают передачу крутящего момента под постоянно изменяющимся углом и изменяющейся длине карданной передачи. К этим элементам относятся карданные шарниры. Карданная передача состоит из переднего и заднего карданных валов.
По типу конструкции шарнира карданные передачи обычно дифференцируют на передачи:
- с шарнирами неравных угловых скоростей – крестовины,
- с шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС).
У привычных карданных крестовин есть несколько существенных недостатков.
Во-первых, даже при равномерном вращении ведущего вала частота вращения ведомого вала неравномерна и изменяется во времени по синусоидальному закону. Причем эта неравномерность увеличивается при возрастании угла между валами. В результате в трансмиссии возникают дополнительные пульсирующие нагрузки, вызывающие не только появление неприятных шумов и вибраций, но и повышенный износ деталей.
Во-вторых, при изменении угла между валами происходит изменение расстояния между шарнирами. Обычные крестовины не могут его компенсировать, поэтому в дополнение к ним привычный карданный вал имеет так называемое компенсирующее соединение, как правило, шлицевое.
Приводные валы с шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС) обеспечивают равномерность скорости вращения и осевую компенсацию длины ведомого вала по отношению к ведущему.
В результате проведенных испытаний было установлено, что использование ШРУС позволяет:
- Существенно снизить уровень шумов (на 4Дба) и вибраций от трансмиссии.
- Снизить до 16 кг усилие продольного перемещения.
- Снизить механические потери в трансмиссии до 5 л.с. и, соответственно, расход топлива на 0,8 - 1,6 литра на 100 км пробега.
- Обеспечить равномерную передачу крутящего момента при больших углах отклонения.
- Уменьшить износ деталей трансмиссии.
ШРУС (шарнир равных угловых скоростей) – это элемент трансмиссии ряда автомобилей, обеспечивающий одинаковую угловую скорость каждого колеса моста, вне зависимости от того, как движется автомобиль.
Применяется такая конструкционная деталь только на передней оси как полноприводных агрегатов, так и переднеприводных. Это связано с тем, что передние колеса автомобиля поворачиваются, а задние - нет, поэтому для последних проще использовать относительно упрощённый дифференциал.
Идея создания кулачкового механизма пришла в голову французскому изобретателю Грегуару, который в начале 20-х годов XX века получил патент на это изобретение. Это было 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. Его использовали преимущественно в американских моделях автомобилей и в системах трансмиссий французских автомобилей «Панар-Левассор».
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. 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.
В автомобилях УАЗ применяются следующие модификации ШРУСов:
1. 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 «Тракта», применявшихся на полноприводных грузовиках КрАЗ, Урал, КамАЗ, были толчком к поиску новых решений, и в 1923 году немецкий изобретатель Карл Вейс запатентовал шариковый карданный шарнир с делительными канавками.
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. Впоследствии патент на шарниры Вайсса купила американская фирма Bendix и стала выпускать их под маркой Bendix-Weiss. Такие шарниры и по сей день можно встретить, например, на 469-х «уазиках» и легендарной «шишиге» 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.
2. Карданный шарнир «Рцеппа»
1 - биссекторная плоскость
2 - делительный рычажок
Самую успешную конструкцию через три года после изобретения Вайсса предложил Альфред Рцеппа — это был, по сути, привычный нам шестишариковый ШРУС, способный работать при углах до 40 градусов, компактный и долговечный.
Этот ШРУС состоит из двух кулаков: внутреннего, связанного с ведущим валом, и наружного, связанного с ведомым валом. В обоих кулаках имеется по шесть тороидных канавок, расположенных в плоскостях, проходящих через оси валов. В канавках находятся шарики, положение которых задается сепаратором, взаимодействующим с валами через делительный рычажок. Один конец рычажка поджимается пружиной к гнезду внутреннего кулака, другой скользит в цилиндрическом отверстии ведомого вала. При изменении относительного положения валов рычажок наклоняется и поворачивает сепаратор, который в свою очередь, изменяя положение шариков, обеспечивает их расположение в бисекторной плоскости. В данном шарнире крутящий момент передается через все шесть шариков. Предельный угол между осями валов 35—38°.
3. Карданный шарнир «Бирфильд»
Дальнейшей эволюцией является шестишариковый шарнир типа «Бирфильд» с делительными канавками.
В общем виде деталь представляет собой корпус с ведомым валом (цапфой), в который вставлена обойма (кулак). На внутренней поверхности корпуса и внешней стороне обоймы нанесены направляющие канавки, по которым двигаются шесть шариков, удерживаемые сепаратором. В центральное отверстие кулака вставляется шлицевая часть приводного вала. Для обеспечения устойчивой работы установленный шарнир заполняется смазочным материалом и герметично закрывается резиновым или силиконовым пыльником. При этом применяются густые смазки с дисульфидом молибдена.
Конструкция с шестью шариками при компактных внешних размерах обладает высокой надежностью и износоустойчивостью. Нагрузка распределяется на большую контактную площадь, поэтому ШРУС может передавать крутящий момент высокой интенсивности без негативных последствий для детали.
Также шариковый шарнир обладает большим углом поворота сепаратора, минимальным люфтам между элементами и соответственно низкими вибрационными нагрузками при начале движения машины.
4. Трипоидные ШРУСы.
В корпусе такого шарнира располагается трехлучевая вилка, напрессованная на шлицы ведомого вала. На оконечностях вилки крепятся три рабочих ролика, которые могут перемещаться по направляющим канавкам корпуса при повороте или осевом смещении узла.
За счет применения игольчатых подшипников обеспечивается стойкость трипоидов к износу, а также снижаются потери на трение элементов в узле.
Для защиты трипоидных шарниров от износа и задиров металла применяются специальные синтетические составы без твердых добавок.
Следует отметить, что трипоидные ШРУСы начали устанавливать на автомобили семейства УАЗ-3163 с шаровой опорой открытого типа.
5. "Вилка Виллиса" (американка).
Так называемая "вилка Виллиса" представляет собой ни что иное как обыкновенную карданную крестовину, а она не является ШРУСом.
Вместо пяти маленьких шариков в "вилке Виллиса" установлен один большой. На нем в двух взаимно перпендикулярных плоскостях по всей окружности выполнены пазы. В это пазы входят две вилки.
Кинематически "вилка Виллиса" не отличается от обычного карданного шарнира. Это значит, что она, действительно, неравных угловых скоростей (что хуже, чем равных) и что угол поворота колес МЕНЬШЕ, чем у родного ШРУСА.
Кроме того, наиболее нагруженные поверхности в "вилке Виллиса" имеют трение скольжения, а не качения, как в родных ШРУСах, а это означает, что желательна гипоидная смазка, а не литол. Неизнашиваемость по этой причине весьма сомнительна.
ВЫБОР ШРУСА ПО ПРОИЗВОДИТЕЛЮ
Шарниры равных угловых скоростей – востребованная среди автомобилистов деталь, поэтому перечень производителей подобных запчастей достаточно широк. Другой вопрос в том, какие эксплуатационные свойства гарантирует тот или иной бренд.
В качестве бюджетного надежного варианта для езды в городских условиях вполне приемлемы штатные заводские ШРУСы бренда «АДС».
Если Вы начинаете прокачивать свой УАЗ, лифтовать его, изменять кастор и использовать для езды по бездорожью, штатные ШРУСы и полуоси начинают быстро ломаться как у дифференциала, так и у колеса.
В таком случае мы рекомендуем рассмотреть усиленные ШРУСы ОАО Саратовский завод «СЕРП и МОЛОТ» - старейшего промышленного предприятия Поволжья, основанного в Саратове немецким промышленником Отто Берингом в 1887 году. В 1980-е годы завод занимал ведущие позиции среди предприятий Поволжья в составе Министерства автомобильного, тракторного и сельскохозяйственного машиностроения СССР. Сегодня завод — высокомеханизированное предприятие, оснащённое современной техникой отечественного и зарубежного производства, производящее карданные валы в сборе со ШРУСами, шарниры поворотного кулака, тяги управления и распределительные валы.
Шарнир поворотного кулака переднего моста / ШРУС (мост "Спайсер" 1445 мм) L=640 мм, правый, усиленный "Серп и молот"
Шарнир поворотного кулака переднего моста / ШРУС (мост "Гибридный", "Спайсер" 1445 мм) L=1040 мм, левый, усиленный "Серп и молот"
Шарнир поворотного кулака переднего моста / ШРУС (УАЗ-3160) L=1030 мм, левый, усиленный "Серп и молот"
Шарнир поворотного кулака переднего моста / ШРУС (мост "Тимкен"; УАЗ-3160) L=630 мм, правый, усиленный "Серп и молот"
Шарнир поворотного кулака переднего моста / ШРУС (мост "Спайсер" 1600 мм) L=720 мм, правый, усиленный "Серп и молот"
Шарнир поворотного кулака переднего моста / ШРУС (мост "Спайсер" 1600 мм) L=1120 мм, левый, усиленный "Серп и молот"
Преимущества ШРУСов ООО "Серп и Молот":
1. Шлицы полуоси и гранаты, беговые дорожки подшипника закалены токами ТВЧ до твердости 62 единицы по шкале Роквелла (HRC), что обеспечивает увеличенный ресурс изделия.
2. Закалка рабочей поверхности шлиц выполнена токами ТВЧ на глубину 6 мм, при этом сердцевина полуоси остается сырой для того, чтобы полуось могла работать на скручивание, как упругий элемент. Как следствие, полуось может воспринимать знакопеременные нагрузки без разрушения.
3. Рабочая поверхность канавок после закалки проходит операцию шлифования, это позволяет получить идеальную поверхность для работы шарика с высотой микронеровностей от 2 до 4 микрометров. Это техническое решение применено для увеличения ресурса работы шарнира и исключения появления люфтов.
4. Шарнир конструкции типа "Бирфильд" работает при угле между полуосями до 45 градусов, тогда как максимальный угол работы штатного шарнира конструкции "Вейс" составляет 32 градуса.
5. Дорожки качения шариков выполнены с высокой точностью обработки, высота микронеровностей от 2 до 4 микрометров, что минимизирует возможность появления люфта.
6. В шарнир заложена синтетическая консистентная невымываемая влагостойкая смазка, в состав которой включен диоксид молибдена, обладающий высокими антифрикционными свойствами и способностью работать при температурах от -45˚С до +110˚С.
Более подробно смотрите о ШРУСах от ООО "Серп и Молот" на нашем канале:
Для просмотра блока опросов Вам необходимо войти под своей учётной записью либо зарегистрироваться на нашем сайте, если Вы не делали этого ранее.
Для просмотра блока опросов Вам необходимо подтвердить свой номер телефона в личном кабинете.
