Карданная передача – часть трансмиссии, требующая особого внимания
Современный грузовой автомобиль представляет собой объединение сложных технических систем длительного пользования. В процессе эксплуатации детали, образующие эти системы, изнашиваются и теряют часть своих рабочих характеристик. Одним из важнейших узлов транспортных средств является трансмиссия. Специфика работы автомобильной трансмиссии в том, что отдельные ее части могут несколько изменять свое взаимоположение. Таким образом, оси валов агрегатов, передающие крутящий момент от двигателя к ведущим колесам, могут смещаться относительно друг друга, может изменяться линейное расстояние между агрегатами. Передачу крутящего момента обеспечивают карданные шарниры. Валы, соединяющие карданные шарниры, называются карданными валами. Система, состоящая из одного или нескольких карданных валов и карданных шарниров, называется карданной передачей. Для компенсации колебания расстояний между агрегатами трансмиссии в карданной передаче используются запатентованные еще в 1903 году Спайсером подвижные, в осевом направлении, муфты.
Однако возникновение дополнительных нагрузок, вызываемых центробежными силами, величина которых пропорциональна квадрату частоты вращения, негативно сказывается на долговечности работы данного узла. Жесткость вала на изгиб до определенной частоты вращения компенсирует центробежную силу, но только до критической частоты. Благодаря особой конструкции карданного вала, а также тому, что в опорах вала присутствуют силы трения, поломки вала, как правило, не происходит. Но при работе вала на критических оборотах уровень динамических нагрузок в трансмиссии значительно увеличивается. В результате чего возникает вибрация, которая, передаваясь через опоры карданного вала, "разбивает" несущую систему автомобиля. Для снижения вибрации валы карданной передачи необходимо тщательно балансировать.
Карданные передачи различных транспортных средств идентичны и отличаются, в основном, габаритными размерами и формой отдельных элементов. Трубы карданных валов обычно изготавливаются из сталей 15-20 с твёрдостью по Бринеллю HB 80-100. Вилки делаются из более прочного материала, из сталей 35-40 с HB 170-235. Шлицевые втулки выполняются, как правило, из стали 40Х с соответствующей закалкой.
Конструкции карданных шарниров неравных угловых скоростей претерпевают постоянный процесс модернизации с целью получения лучших эксплуатационных свойств – прежде всего увеличения КПД, а также повышения способность передавать вращение при повышенном угле между валами. Актуальность работ по модернизации очевидна, особенно, если учесть, что в некоторых конструкциях грузовых автомобилей карданных шарниров в трансмиссии может использоваться много. Например, в многоосной машине, порой, можно встретить более 2 десятков карданных шарниров. Причём, часть шарниров устанавливается последовательно, что существенно влияет на снижение общего КПД трансмиссии.
Ещё одной важной задачей, стоящей перед производителями узлов и деталей карданной передачи является увеличение срока службы крестовин карданного вала, фланцев, вилок, валов и карданной передачи в целом. Использование конструкционных материалов меньшей плотности существенно упрощает проблему повышения критической частоты вращения карданной передачи. Производители карданных валов, крестовин карданного вала и других элементов карданной передачи ведут постоянные перспективные разработки использования неметаллических композиционных материалов с полимерной матрицей. Существуют разработки с использованием стеклянных, углеродных и других волокон в качестве материала карданных валов. Положительные результаты достигнуты как иностранными компаниями, так и российскими предприятиями. Однако цена композитных карданов пока очень высока. Применение новых технологий для повышения износостойкости, например, крестовин карданного вала Вилюй достигается за счёт тесного сотрудничества с иностранным партнёром – английской компанией RP Technology LTD. Полимерные упорные шайбы и кольца уже применяются при производстве карданных крестовин некоторых модификаций, в частности это касается крестовин карданного вала для европейских грузовых автомобилей, а также для отечественной техники, например КАМАЗ 6520 (мосты МАДАРА).
