Kardanový převod – Encyklopedie časopisu Za volantem

Kardanový pohon:
1 – elastická spojka;
2 — šroub pro upevnění pružné spojky k přírubě;
3 — příčník;
4 — olejové těsnění;
5 – pojistný kroužek;
6 — ložisko příčníku;
7 – matice;
8 — elastická spojovací příruba;
9 — olejové těsnění;
10 — klec olejového těsnění;
11 — bezpečnostní konzola;
12 — šroub pro upevnění konzoly k mezilehlé podpěře;
13 — přední kloubová hřídel;
14 — mezilehlá podpěrná konzola;
15 – střední podpora;
16 — vidlice přední spojovací hřídele;
17 — zadní kloubová hřídel;
18 — vidlice zadního kloubového hřídele;
19 — příruba hlavního hnacího ozubeného kola převodovky;
20 – matice;
21 — šroub upevnění vidlice

V automobilových převodovkách se kardanové převody používají k přenosu krouticích momentů mezi hřídeli, jejichž osy neleží na stejné přímce a mění svou polohu v prostoru. Obecně se kardanový převod skládá z kardanových hřídelí, kardanových kloubů, mezilehlých podpěr a spojovacích zařízení.
Podle uspořádání se kardanové převody dělí na: zavřeno и otevřené.
Uzavřený kardanový převod je umístěn uvnitř trubky. Trubka může absorbovat síly a reakce vyskytující se na hnací nápravě a sloužit jako vodicí prvek zavěšení. V takovém kardanovém převodu se používá pouze jeden kloub a nerovnoměrné otáčení kardanového hřídele je kompenzováno jeho pružností. Existují konstrukce, u kterých roli kardanového hřídele plní torzní tyč (pružný hřídel malého průměru), zatímco kardanové klouby chybí.

Konstrukce mezilehlé podpory:
1 – vidlice;
2 – elastický polštář;
3 — mezilehlé podpěrné ložisko

Otevřený přenos nemá potrubí a reaktivní moment je vnímán pružinami nebo reaktivními tyčemi. Kardanový převod musí mít alespoň dva klouby a kompenzační článek, protože vzdálenost mezi spojenými jednotkami se během pohybu mění. U vozidel s dlouhým rozvorem se používá kardanový převod sestávající ze dvou hřídelí. Tím se eliminuje možnost, že kritická úhlová rychlost hřídele se shoduje s provozní. Zkrácení délky hřídele zvyšuje její kritickou frekvenci otáčení, která musí být během provozu alespoň 1,5krát vyšší než maximální možná frekvence. Konstrukce kardanového převodu se dvěma hřídeli vyžaduje použití střední podpora jeden z hřídelí, jehož ložisko je uloženo v pružném kroužku pro kompenzaci možného axiálního pohybu pohonné jednotky na rámu nebo karoserii.

Kardanové klouby, s celou rozmanitostí provedení a podle kinematických charakteristik a přípustných úhlů mezi hřídeli, lze klasifikovat, jak je uvedeno v tabulce.
Kardanový kloub s nestejnými úhlovými rychlostmi byl vynalezen v 16. století italským matematikem Girolamem Cardanem a zpočátku byl používán k zavěšování luceren v kočárech. Později anglický vědec Robert Hooke poskytl matematický popis kinematiky tohoto mechanismu.

Části kardanového převodu (a) a graf závislosti úhlové rychlosti (b):
1 – drážkovaná vidlice;
2 – deska ve tvaru U;
3 — pojistná podložka;
4 — příčník;
5 — vidlice zadního kloubového hřídele;
6 — zadní kloubová hřídel;
7 — příruba hlavního hnacího ozubeného kola převodovky;
8 — zadní kardanový kloub;
9 – jehlové ložisko;
10 – pojistný kroužek;
11 — šroub; 12 — těsnicí kroužek;
α — úhel natočení hnací hřídele;
β — úhel natočení hnaného hřídele;
γ — úhel mezi hřídeli

Analýza diagramu kardanového kloubu ukazuje, že při konstantní úhlové rychlosti hnací hřídele se hnaný hřídel otáčí cyklicky: během jedné otáčky dvakrát zaostává za hnacím hřídelem a dvakrát ho předjíždí. Současně se zvětšujícím se úhlem γ mezi hřídeli se nerovnoměrnost otáčení rychle zvyšuje. Aby kardanový převod s klouby o nestejných úhlových rychlostech mohl přenášet synchronní otáčení mezi hřídeli spojených jednotek, musí se skládat z několika kloubů, jejichž vzájemné uspořádání bude kompenzovat nerovnoměrný přenos otáčení každého kloubu. Z tohoto důvodu musí být minimální počet kloubů roven 2. V tomto případě u kardanového převodu se dvěma klouby Musí být splněny následující požadavky na rozvržení:
— hnací vidlice jsou vůči sobě umístěny pod úhlem 90°;
— úhly mezi hřídeli v obou kloubech γ1 a γ2 jsou si navzájem stejné;
– všechny hřídele leží ve stejné rovině.

Kardanový kloub s nestejnými úhlovými rychlostmi

U kardanových převodů s více než třemi klouby s nestejnou rychlostí je synchronicity otáčení hřídelí spojených jednotek dosaženo určitým poměrem úhlů mezi hřídeli všech kloubů a tento poměr závisí na počtu kloubů. Kardanový kloub s nestejnými úhlovými rychlostmi se skládá ze dvou vidlic, do jejichž válcových otvorů jsou zasunuty konce příčníku. Vidlice jsou pevně upevněny na hřídelích. Při otáčení hřídelí se konce příčníku pohybují vzhledem k rovině kolmé k ose hřídele.
Příčka kardanového hřídele musí být přesně vycentrována, aby se eliminovala proměnná nevyváženost kardanového hřídele během jeho otáčení. Vycentrování se dosahuje přesným upevněním ložiskových kroužků pomocí pojistných kroužků nebo víček, které jsou připevněny k vidlicím závěsu. Minimální úhel mezi hřídeli musí být alespoň 2°, jinak se čepy příčky deformují jehlami a závěs se rychle zhroutí (jev brinelling).
Vývoj konstrukcí kardanových kloubů s nestejnými úhlovými rychlostmi šel cestou snižování ztrát spojených s otáčením konců příčníku v otvorech vidlice. V konstrukcích prvních kloubů byly konce příčníku instalovány na kluzných ložiscích. Vzhledem k tomu, že počet kloubů v převodovce vícenápravových vozidel může přesáhnout dvě desítky, může použití kluzných ložisek v nich výrazně snížit celkovou účinnost převodovky. V kardanových kloubech moderních automobilů se používají pouze jehlová ložiska.
Předchozí konstrukce používaly mazivo, které bylo nutné pravidelně měnit pomocí speciálního oleje. Kardanové klouby moderních automobilů jsou obvykle naplněny vysoce kvalitním plastickým mazivem a během montáže a provozu se nevyměňuje.

Dnešní motoristé většinou jen málo rozumí struktuře jednotek a sestav svých automobilů. Proto vám poskytneme stručný úvod a povíme vám o homokinetickém kloubu.

V tomto textu si povíme o dlouholetých „granátech“, které vám ve vašem autě opravdu rády křupají.

První mechanismus podobný modernímu kulovému kloubu navrhl, respektive si nechal patentovat, ve 20. letech 60. století inženýr Alfred Rzeppa. Toto zařízení se dodnes nazývá Rzeppův kloub. Přibližně ve stejnou dobu vynalezl Francouz Gregoire vačkový (křupavý) mechanismus „Tractu“. Vačkový mechanismus má nepříjemnou vlastnost – může se přehřívat, proto se v moderní automobilové technice používá hlavně v nákladních automobilech. Ve své moderní podobě dosáhly „granáty“ určité dokonalosti v XNUMX. letech XNUMX. století a japonští inženýři mají velkou zásluhu na vývoji jejich konstrukce.

Co je to

Homokinetický kloub je zkratka pro „constant velocity joint“ (kloub s konstantní rychlostí). Hlavním úkolem této součásti u většiny vozů s pohonem předních kol a u některých vozů s pohonem všech kol je přenos točivého momentu z motoru na hnací kola, což umožňuje ovládat vůz s velmi kompaktními rozměry a nízkou hmotností. Samotný proces přenosu točivého momentu probíhá mezi poloosami, a to v neustále se měnícím úhlu. Slangový název „granát“ je dán vnější podobností s tímto projektilem a jeho účinkem. Zlomený homokinetický kloub zaručeně znehybní auto, pokud ovšem nemáte zámky – a to se stane náhle.

• míč – se hojně používají v osobních automobilech s pohonem předních kol;
• tripoid – vhodné pro osobní automobily a lehké nákladní vozy;

Princip činnosti

Samotná jednotka je v principu podobná běžnému kardanovému hřídeli, ale kardan je nejsložitější a nejdokonalejší jednotkou. Kardanový převod může přenášet točivý moment asynchronně a úhel křížení bude velmi obtížný. Proces „trávení“ úhlů natočení homokinetického kloubu však probíhá bezbolestně a s obrovským zdrojem.

Automobily s pohonem předních kol a nezávislé zavěšení kol přivedly tuto jednotku k masám, a to i přesto, že samotná jednotka je stará asi sto let. V závislosti na značce a modelu se konstrukce jednotky může měnit, ale v principu systém funguje stejně: na jedné straně je hnací hřídel spojena s ložiskem náboje a na druhé straně s diferenciálem, a v důsledku toho se točivý moment přenáší z motoru na kola. Vnější homokinetický kloub se skládá z klece a pouzdra s drážkami. V těchto drážkách „chodí“ kuličky, které pevně spojují komponenty. Vnější homokinetický kloub přenáší točivý moment beze ztrát v jakémkoli úhlu. Opakuji, v jakémkoli možném úhlu. Vnitřní část jednotky je méně pohyblivá a může „pracovat“ pouze do 20 stupňů. Jedná se o trojnožku s válečky na ložiskách, které se pohybují po stejných drážkách, pouze v protilehlé misce – právě tato jednotka kompenzuje pohyb zavěšení a zajišťuje kontinuitu hřídele.

Samotný pant je výkonový prvek vystavený vysokému zatížení, proto je třeba o něj pečovat. To zahrnuje mazání a následnou izolaci od vnějších vlivů prostředí. Doporučuje se naplnit manžetu mazivem a upevnit ji na hřídelích pomocí svorek, nejlépe kovových, protože životnost jednotky závisí na manžetě.

Zlomené. Proč?

V ideálním světě by homokinetický kloub měl vydržet celou dobu životnosti vašeho vozu, ale ideální svět existuje pouze na papíře a jednotka se může kdykoli rozbít a opotřebení není vždy na vině. Často si k selhání jednotky „dopomáhají“ sami řidiči. Hlavním důvodem poruchy je poškození manžety. Guma časem praská a činidla v zimě mohou korodovat samotnou manžetu. Důsledkem je vniknutí nečistot, které se při kontaktu s pohyblivými klouby stanou abrazivem. Dříve či později se homokinetický kloub opotřebuje a zasekne a z ložisek mohou také vypadnout válečky.

Dalším důvodem je nedostatečná jízda nebo touha zabředávat do konstrukce vozu. Nezapomeňte, že prudké rozjezdy s prokluzováním jsou plné smutných následků pro homokinetický kloub. Rozjezdy s natočenými koly, kontrolované smyky na předním pohonu – to vše může způsobit poruchu. Nezapomeňte na fanoušky „polotuningu“, u kterých se všechny peníze investují pouze do motoru a na podvozek se zapomíná – ukazuje se, že jednotka určená pro určité zatížení je nucena přijímat více – takže je docela pravděpodobné, že se zlomí.

Následky

U většiny moderních aut je obtížné tuto jednotku bezbolestně vyměnit, i když jste poškodili pouze manžetu. Buďte připraveni vyměnit hnací hřídel najednou. Ale jak jistě chápete, není to příliš humánní. Automechanici a některé „klubové“ služby samozřejmě mohou tyto díly vyměnit samostatně, ale oficiálně buďte na takový výsledek připraveni. Docela často se stává, že se „unavený“ homokinetický kloub jednoduše zasekne a následně se vám zlomí poloosový hřídel a pak už můžete jet pouze s odtahovkou. Je dobré, když nezastavíte v levém pruhu na dálnici nebo na křižovatce. Nedramatizujte to však. Abyste se vyhnuli problémům na silnici a zbytečným finančním výdajům, doporučuje se kontrolovat manžety vnitřního a vnějšího homokinetického kloubu alespoň jednou za pět tisíc kilometrů. Při sebemenším podezření na únik jednotek je třeba klouby důkladně omýt od nečistot a manžety vyměnit za nové, přičemž zároveň obnovíte mazivo. Pokud se objeví charakteristické křupavé zvuky, neodkládejte opravy na dlouhou dobu – s největší pravděpodobností takový pohon již nebude možné „vyléčit“.