Карданный вал: что это и для чего он нужен

Карданный вал — непременный элемент трансмиссии в задне- или полноприводной машине. Этот узел не слишком сложен по конструкции, но очень важен — без него автомобиль просто не сможет двигаться. Рассказываем главные факты о карданах, частых неисправностях и способах их избежать.

Что такое карданный вал и для чего он нужен

Карданный вал, или, проще, кардан, — это узел в трансмиссии автомобиля, который передаёт вращение от коробки передач или раздаточной коробки на редуктор ведущих колёс. Если бы эти агрегаты были жёстко закреплены друг относительно друга, их можно было бы соединить обычным валом. Но в реальности коробка передач и редукторы расположены в разных плоскостях по отношению друг к другу, да ещё и могут менять взаимное положение при работе подвески. И тем значительнее, чем больше ход подвески.

Поэтому кардан в машине должен уметь передавать вращение при изменении углов и расстояния между агрегатами трансмиссии. Именно поэтому его устройство сложнее, чем может показаться.

Устройство и типы карданной передачи

Как выглядит карданный вал? На первый взгляд он кажется совсем простым, но на самом деле включает в себя нескольких важных элементов. Вот из чего состоит карданный вал: 

• трубчатый вал или валы;
• шарниры угловых скоростей;
• подвесной подшипник;
• шлицевое соединение;
• эластичная муфта.

Основная, самая крупная и заметная часть карданного вала — длинная труба, которую называют центральным валом. При одинаковой жёсткости и прочности пустотелая труба легче сплошного прутка.

Проще и дешевле всего однотрубные карданы. Но если карданная передача конструктивно должна быть длинной, её делают многовальной из нескольких подвижно соединённых между собой труб. Лучше понять устройство карданного вала поможет фотография ниже. 

Для соединения частей карданного вала между собой используются шарниры угловых скоростей. Их минимум два у однотрубного вала или больше у составных конструкций.

Чаще всего используются шарниры неравных угловых скоростей, которые за характерную форму называют крестовинами. Для каждой крестовины на концах валов и фланцах трансмиссии предусмотрены вилки — ведущая и ведомая. Между ними располагается крестовина с четырьмя наконечниками, в каждом из которых находится игольчатый подшипник. Для фиксации конструкции предусматриваются пазы и шлицы.

Карданы с крестовинами относятся к асинхронному типу карданных передач. Особенностью такого шарнира является неравномерность вращения ведомой вилки относительно ведущей, если их оси не параллельны. Проще говоря, ведомая вилка за один оборот ведущей дважды замедляет скорость вращения и дважды ее ускоряет, что создаёт больше вибраций. 

К синхронному типу относят карданные передачи, в сочленениях которых используют шарниры равных угловых скоростей, или ШРУСы, наподобие тех, что применяются в приводе передних колёс. Внутри них — вилка с несколькими лопастями сцепляется с шариками, перекатывающимися в специальных канавках. Это выравнивает частоту вращения. Такие карданные валы создают меньше вибраций, но сложнее и ощутимо дороже.  

Из экзотических конструкций можно припомнить такую, где в качестве шарнира используются резиновые муфты. Этот вариант прост и дёшев, но на практике почти не встречается, поскольку не рассчитан на передачу значительного крутящего момента и не работает при больших изгибах привода.

Подвесной, или опорный, подшипник используется для поддержки и стабилизации вращения кардана, если он имеет составную конструкцию. 

Поскольку соединяемые карданным валом агрегаты перемещаются относительно друг друга, в устройство кардана обязательно включено шлицевое соединение. Оно позволяет ему менять длину в необходимом диапазоне.

Также карданная передача включает в себя резиновую или резино-металлическую эластичную муфту, которая обычно устанавливается в месте присоединения к коробке передач. Упругость муфты позволяет снизить рывки и вибрации при работе механизма, а также защищает трансмиссию от ударных нагрузок. 

Диагностика неисправностей карданного вала

Как правило, износ и неисправность карданного вала при езде проявляются разного рода шумами, а также вибрациями, возникающими при его быстром вращении. Вот основные симптомы и способы ремонта кардана.

Щелчки, звонкий стук (как по пустой трубе) при трогании. Вибрации при разгоне или сбросе газа. Причины:

• Износ крестовины карданного вала. Необходима замена крестовины, других вариантов нет.
• Износ шлицов карданного вала. Для устранения меняется модуль со шлицами либо часть вала или вал в сборе.
• Ослабление затяжки болтов крепления карданного вала к фланцам агрегатов. Все болты нужно подтянуть.

Скрип при работе вала (его появление может зависеть от угла работы механизма). Причины: 

• Заклинило крестовину карданного вала. Необходимо заменить шарнир.
• Подклинивает ШРУС. При небольшом его износе можно перебрать и смазать, при значительном — заменить шарнир.

Вибрация кардана при движении. Причины:

• Разбалансировка карданного вала. Как правило, это происходит после его неправильной разборки/сборки с заменой крестовин или других элементов.
• Нарушение плавности работы в крестовинах. Необходимо заменить изношенные шарниры.
• Отсутствие смазки в шлицевых соединениях карданного вала. Разобрать и смазать узлы.
• Потеря балансировочных пластин. Устраняется балансировкой.
• Механическое повреждение трубы кардана. В этом случае возможна только замена детали на новую.

Вой или свист при работе. Наиболее вероятная причина — износ подвесного подшипника карданного вала. Необходима его замена.

Как проверить состояние карданного вала

Диагностика карданной передачи достаточно проста, и при наличии ямы или подъёмника её вполне возможно провести самостоятельно — ведь все элементы расположены на виду. Вот что нужно проверить:

• Следы механических повреждений на валу и остальных элементах карданной передачи — они должны отсутствовать.
• ШРУСы или крестовины. В них не должно быть люфтов. Их можно почувствовать при попытке повернуть вал руками или покачать трубу из стороны в сторону.
• Пыльники ШРУСов. Они должны быть целыми, без разрывов, трещин и следов выдавливания масла.
• Эластичная муфта. В ней недопустимы трещины и тем более разрывы. Муфту лучше осматривать при покручивании вала.
• Подвесной подшипник. Он не должен люфтить и болтаться, если взяться за два вала карданной передачи с обеих сторон от подшипника и  покачать их в стороны.
• Шлицевое соединение. Оно не должно иметь люфтов — это следует проверять при покачивании и вращении вала.
• Соединительные элементы карданной передачи. Нужно, чтобы весь крепёж присутствовал на своих местах и был как следует затянут.