Шарнир равных угловых скоростей что это такое?

Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС)

Шарнир равных угловых скоростей (сокращенно ШРУС или «граната» – это одно и то же) – такое название одного из элементов трансмиссии автомобиля часто можно услышать на автосервисных предприятиях и в мастерских, но далеко не все автомобилисты представляют себе, что это такое и какие последствия может вызвать неисправность этого узла.

Существует несколько видов шарниров равных угловых скоростей, отличающихся друг от друга не только конструкцией, но и местами их использования.

В рамках данной статьи мы рассмотрим следующие вопросы:

  • Для чего в автомобиле нужен ШРУС и где он находится?
  • Виды шарниров равных угловых скоростей, как они устроены и работают?
  • Как проверить ШРУС на исправность, и каковы внешние проявления неисправности этого узла и последствия его выхода из строя?

Что такое ШРУС и зачем он нужен в автомобиле

Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) – это механизм, обеспечивающий равномерную передачу крутящего момента к ведущим колесам при их повороте на угол до 70° относительно оси. Используются такие шарниры на автомобилях с независимой подвеской в конструкции привода управляемых колёс.

Задача передачи крутящего момента от двигателя к колёсам оказалась в техническом плане не такой уж простой и потребовала от автоконструкторов создания трансмиссии. При этом колеса «живут» в машине своей жизнью и крепятся к кузову независимо по отношению к коробке передач.

Для заднеприводных автомобилей вопрос решился использованием в конструкции кардана. А вот для переднеприводных автомобилей потребовались иные устройства, обеспечивающие передачу вращательного движения к «подпрыгивающим» относительно кузова колесам.

Дело в том, что обычный кардан с крестовиной, при вращении с постоянной угловой скоростью ведущего вала, не в состоянии обеспечить постоянную угловую скорость расположенного под углом вала ведомого. А дополнительные рывки и торможения при передаче крутящего момента от двигателя к колёсам автомобиля абсолютно неуместны.

Технические приёмы, обеспечивающие компенсацию такой неравномерности угловых скоростей, оказались эффективными до углов между осями ведущего и ведомого колес не более 20⁰.

В то же время для переднеприводных автомобилей требовалось обеспечить передачу крутящего момента без «искажений» при углах поворота колёс до 70⁰, причём такая передача должна была быть ещё и очень надежной, ведь узел подвергается высоким нагрузкам.

Теоретическое решение – ШРУС, было найдено давно: устройство запатентовано еще в 20-х годах прошлого века инженером А.Рцеппой (шарнир Рцеппа), а для его практической реализации потребовалось почти 40 лет (Япония, 1963 г.).

Конструктивно один из распространённых вариантов ШРУС выглядит следующим образом.

Ведущий вал посредством шлицевого соединения приводит в движение внутреннюю обойму, на рабочей стороне которой выполнены шесть канавок. На внешней обойме шарнира (соединённой с ведомым валом) также выполнено шесть канавок. А обоймы связаны между собой через шарики, расположенные в вырезах сепаратора.

Подобная конструкция обеспечивает (в отличие от простой карданной передачи) равенство мгновенных угловых скоростей ведущего и ведомого валов.

Виды шарниров равных угловых скоростей

Шариковые варианты конструкции ШРУС, хотя и наиболее распространены в легковом автомобилестроении, оказались не единственно возможными.

Шариковый ШРУС

Практическое применение для легковых и лёгких коммерческих автомобилей нашли триподные ШРУСы, в которых роль шариков выполняют вращающиеся ролики со сферической рабочей поверхностью.

Трипоидный ШРУС

Для грузовой техники распространение получили кулачковые (сухариковые) шарниры типа «Тракта», состоящие из двух вилок и двух фасонных дисков. Вилки в таких конструкциях достаточно массивные и способны выдерживать большие нагрузки (что и объясняет область их использования).

Кулачковый (сухариковый) ШРУС

Необходимо упомянуть и ещё один вариант ШРУС – спаренные карданные. В них неравномерность передачи угловой скорости первого кардана компенсируется вторым карданом.

Спаренный карданный ШРУС

Как уже упоминалось выше, угол между осями двух валов не должен в этом случае превышать 20⁰ (иначе появляются повышенные нагрузки и вибрации), что ограничивает область использования такой конструкции в основном строительной и дорожной техникой.

Внутренние и наружные ШРУСы

Помимо различий в конструктивном исполнении, ШРУСЫ разделяются по месту их установки на наружные и внутренние.

Внутренний ШРУС соединяет коробку передач с полуосью, а наружный ШРУС – полуось со ступицей колеса. Вместе с приводным валом оба этих шарнира составляют привод автомобиля.

Наиболее распространённый тип наружного шарнира – шариковый. Внутренний ШРУС не столько обеспечивает большой угол между валами, сколько компенсирует перемещения приводного вала при движении его относительно подвески. Поэтому часто в качестве внутреннего шарнира в легковых автомобилях используется триподный узел.

Необходимое условие нормальной работы ШРУСов – смазка движущихся частей шарнира. Герметичность рабочего пространства, в котором находится смазка, обеспечивают пыльники, предотвращающие попадание на рабочие поверхности абразивных частиц. С учётом высокой нагруженности деталей, в них используются только специально разработанные для таких узлов виды смазок.

Как определить неисправность ШРУС

Срок службы ШРУСов в современных автомобилях при правильной эксплуатации практически сопоставим с ресурсом самой машины, хотя условия работы наружных и внутренних шарниров существенно отличаются (наружные узлы более нагружены, так как воспринимают воздействия непосредственно от колёс).

Заводской брак редко является причиной поломки ШРУСА, а вот эксплуатационный характер отказа встречается куда чаще. Прежде всего, это может быть банальное повреждение пыльника, и, как следствие, попадание в смазку шарнира влаги, пыли и грязи с содержанием абразива.

Именно поэтому периодический визуальный осмотр целостности пыльников обязателен при периодическом обслуживании автомобиля. Замасленная деталь или следы смазки, разбрызганные по колесу – явное свидетельство необходимости замены пыльника (если только отказ не перешел в более тяжёлую стадию).

Другая частая причина отказа – агрессивный характер вождения, особенно с вывернутыми до упора колёсами. При таком стиле вождения шарниры испытывают запредельные нагрузки, неизбежно приводящие к отказу. К похожему результату можно прийти при частой езде по разбитым дорогам.

Для наружных и внутренних ШРУСов внешние признаки неисправности несколько отличаются из-за разных условий эксплуатации и определяются (помимо состояния пыльников) в основном «на звук» и наличие люфтов.

Высоко нагруженные наружные шарниры на ранних стадиях отказа издают звук похожий на свист полностью изношенных тормозных колодок. Дополнительно состояние узла проверяется на ровной дороге: при резком трогании с места с вывернутыми колёсами. Появление характерных толчков или щелчков свидетельствует о неисправности шарнира. Полезно в этом случае сразу осмотреть пыльники (тем более что для этого не требуется поднимать машину).

Если в начале движения слышен хруст – это свидетельство необходимости безотлагательных мер по замене наружного ШРУСа. Характер звука при этом весьма специфический: его трудно спутать с другими звуками, и раздаётся он с той стороны, с которой произошла поломка.

Определить какой из внутренних ШРУСов неисправен – внутренний правый или внутренний левый – несколько сложнее.

  1. Для этого автомобиль вывешивается на подъёмнике, и тем самым добиваются максимального угла шарнира (между приводным валом и поверхностью земли).
  2. Двигатель запускается, и при включённой передаче прослушивают узел на посторонние звуки. Хруст слева или справа свидетельствует о поломке соответствующего шарнира.
  3. Кроме этого проверяется люфт приводного вала между наружным и внутренним шарнирами. При исправных шарнирах люфт отсутствует.

Если нет возможности установить машину на подъемник, выбирают участок дороги с ямами и рытвинами, и аккуратно въезжая в них колёсами с разных сторон (фактически вывешивая автомобиль с соответствующей стороны) выявляют посторонние шумы (хруст).

Последствия эксплуатации автомобиля с неисправными ШРУСами, особенно на стадии уже выявленного хруста, могут быть весьма тяжёлыми, ведь хруст сигнализирует о возможности скорого внезапного разрушения шарнира. В свою очередь это может привести к заклиниванию колёс и созданию аварийной ситуации на дороге.

Замена ШРУСов обходится не дёшево: узлы оригинальных приводов достаточно сложные механизмы изготовленные из специальных материалов. А в запущенных случаях разрушение внутреннего ШРУСа может привести к попаданию остатков игольчатых подшипников в картер коробки передач и необратимым повреждениям уже самой коробки.

Видео: как проверить внутренний и наружный ШРУСы на исправность

Потрещал – и хватит: что такое ШРУС, почему он ломается и как его проверить?

Есть в русском языке слова, которые никак не даются многим авторам в Интернете. Чего тут только не встретишь: и «подшибник», и «клейма», и «саленблок», и «кювейт», и – совершенно внезапно! – «шруз». Откуда взялся этот «шруз»? С ним-то как раз всё просто: это шарнир равных угловых скоростей, сокращённо – ШРУС. Что же, видимо, есть необходимость рассказать о нём подробнее.

Ты – туда, я – сюда​

Нет совершенства в этом мире, и автомобиль – не исключение. Он никогда не ездит по абсолютно ровной дороге по абсолютно прямой линии. При поворотах разницу в угловых скоростях внешнего и внутреннего по отношению к центру кривой колёс призван компенсировать дифференциал. С его помощью одно колесо может крутиться быстрее или медленнее второго колеса на одной оси. Но этого недостаточно.

На переднеприводном автомобиле ведущие колёса не только поворачиваются, но и ходят относительно оси коробки передач в зависимости от рельефа дороги. С такой свистопляской дифференциал не справится – тут нужно обеспечить не только равномерную и непрерывную передачу момента на ведущее колесо, но и сделать этот момент независимым от угла поворота колёс и рельефа местности. А для этого нужны дополнительные степени свободы.

Подробно рассказывать историю разработки ШРУСа не буду, но путь его был не всегда лёгок и удачен. Были попытки собрать нечто похожее из двух сочленённых карданных валов, но получилась тяжёлая и громоздкая штука. Были кулачковые (они же сухариковые) шарниры и кулачково-дисковые. Впрочем, слово «были» не совсем уместно: такие шарниры есть и сейчас, но в легковых машинах их встретить почти невозможно. А вот в грузовых – вполне. Например, на Урале 4320 стоят кулачково-дисковые ШРУСы. Но вернёмся к легковушкам.

Наиболее популярная конструкция ШРУСа – это шариковые шарниры. Существует довольно много их видов (Bendix-Weiss с делительными канавками, Rzeppa с делительными рычажками и т. д.), но наиболее популярные сегодня – это Рцеппа-Лебро с непараллельными делительными канавками. Такие ШРУСы обычно стоят в качестве внешних – тех, что установлены ближе к ступице.

Всего на приводном валу два ШРУСа – внутренний и внешний. Внутренний соединяет коробку передач и вал, внешний – вал и ступицу. А вот в коробке чаще стоит ШРУС другого типа – трипод. Чем отличаются эти шарниры?

В шариковом ШРУСе есть несколько основных деталей: внешний корпус с канавками, обойма и сепаратор. Сепаратор удерживает на обойме стальные шарики, которые перекатываются между корпусом и обоймой. И именно они передают через обойму вращение полуоси (вала) на корпус ШРУСа. А тот в свою очередь имеет свою ось со шлицами, которые вставляются в ответную часть ступицы. И в итоге выходит, что как бы ни было вывернуто колесо, оно постоянно получает момент с привода.

Читайте также  Дубликат ПТС взамен сданного что это значит?

Важно, что этот момент непрерывный. В случае, например, с сочленёнными карданами или триподами вывернутое в повороте колесо получало бы момент рывками, прерывисто. Понятно, что ехать на машине с такой особенностью было бы не очень приятно из-за толчков под нагрузкой в повороте и не очень безопасно из-за скачков в крутящем моменте на колесе (тяга была бы дискретной). При этом чем круче поворот, тем заметнее было бы биение.

Наконец, у шарикового ШРУСа есть ещё одно важное преимущество перед остальными: он работает при довольно большом угле поворота – до 70 градусов. Именно поэтому его ставят в качестве внешнего шарнира приводного вала: ступица отклоняется от оси приводного вала намного больше, чем вал от оси коробки передач. И как раз по этой же причине в качестве внутреннего ШРУСа обычно используют трипод, который теоретически надёжнее шарикового шарнира, но не способен работать при больших углах поворота. Его предел – это всего 18 градусов.

Устроен он по похожему принципу, что и шариковый шарнир, но с одним исключением: между обоймой и корпусом бегают три ролика (подшипника), а не шесть (обычно) шариков, как в шариковом ШРУСе.

У трипода есть одно очень важное преимущество: наличие небольшого свободного хода – осевого перемещения. Это очень важно, потому что без этого свободного хода привод вылетел бы из коробки на первой же яме. Дело в том, что при перемещении колеса изменяется общая длина привода от коробки до ступицы, а небольшое осевое перемещение внутри трипода способно его компенсировать.

Таким образом, схема приводного вала с шариковым шарниром снаружи и триподом внутри получается наиболее предпочтительной: именно эта комбинация способна не только обеспечивать его подвижность ведущего колеса относительно коробки передач, но непрерывно передавать момент на колесо вне зависимости от его поворота и перемещения относительно горизонтальной плоскости.

К сожалению, как и любой другой механизм, ШРУС не вечен. Когда-то ему приходит конец, и его приходится менять. Как понять, что этот печальный день настал, и как этот день оттянуть?

Гонки, грязь и безответственность

Трипод в коробке разваливается намного реже. И не всегда даже понятно, что с ним что-то не так. Да, если весь привод вылетел из коробки, всё сразу становится очевидно. Но иногда у него просто от старости и неизбежного износа растёт люфт. И в этом случае признаки поломки будут не такими очевидными. Чаще всего износ трипода проявляется вибрацией на определённых скоростях, и поиск причины может очень затянуться. Про существование трипода вспоминают слишком поздно. К этому времени у несчастного автовладельца на машине уже отбалансированы и намертво затянуты колёса, проверены тормозные суппорты и диски, переставлены местами шины, заменен подвесной подшипник привода, если он есть… А вибрация после всего этого остаётся на месте. Вот он, повод проверить трипод.

Кстати, похожая вибрация будет и при искривлении вала привода. Погнуть его сложно, но возможно.

Внешний ШРУС, прозванный за характерную форму «гранатой», выходит из строя чаще, чем трипод. И причин для его поломок больше – тут виноваты не только старость и износ.

Наиболее частая причина поломки ШРУСа – это повреждение его пыльника. Внутри пыльника набита смазка, без которой шарнир работать долго не может. Точнее, он без неё работать не может совсем, поэтому порванный пыльник – это почти приговор ШРУСу. Очень важно периодически заглядывать под машину и проверять состояние пыльников. Если он в грязи и масле – нужно срочно ехать на его замену. Иногда можно успеть спасти шарнир. А при каждой возможности пыльник желательно осматривать внимательно: трещины и потёртости на нём недопустимы.

При замене пыльника тоже есть свои тонкости. Многие сталкивались с тем, что пыльник может стоить слишком дорого, особенно учитывая, что это просто резинка с хомутиками. Естественно, возникает желание найти что-нибудь подешевле. На форумах часто попадаются темы вроде «подходит пыльник от Нивы», «поставил в 100500 раз дешевле от восьмёрки» и тому подобное. Ну, если прямо уж совсем подходит от Нивы, то можно и рискнуть. Но чаще бывает, что подходит с некоторыми допущениями: тут надо подтянуть, тут немного болтается, но «в общем» подходит. ШРУС – не судебный пристав, и на компромисс он не идёт. Если что-то не подходит, лучше ставить оригинал (или качественный аналог от нужной машины). Конечно же, при замене пыльника нужно обратить внимание на состояние смазки. Наличие грязи там недопустимо, отсутствие смазки – тем более. И не стоит забивать в ШРУС литол – для этого есть специальные смазки.

Вторая причина умереть обусловлена конструктивной особенностью шарикового ШРУСа. При разгоне по прямой момент на колесо передают все шесть шариков шарнира, а при вывернутых на большой угол колёсах – два шарика. Так что «газ в палас» в поворотах изнашивает ШРУС очень быстро. Если хочется продлить ему жизнь, про подобный манёвр лучше забыть.

Вот эта особенность – умирать под большой нагрузкой с вывернутыми колёсами – и легла в основу поиска неисправности внешнего ШРУСа. Способ старый, но вполне эффективный: выворачиваем колёса и давим газ. Слышен хруст или щелчки при повороте направо – меняем правый внешний ШРУС, налево – левый. Иногда возникает желание отложить эту работу, но я бы не советовал. Да, если чуть-чуть щёлкает, ШРУС ещё может проехать довольно много. Но не всегда. Теоретически ничего ему не мешает развалиться при первом же старте от светофора, так что лучше с ремонтом не затягивать.

При такой диагностике следует обратить внимание на одну особенность: в силу своей конструкции иногда может щёлкать и трипод. Обычно щелчок заметен при переключении первой передачи после задней или задней после первой (или любой другой, но вперёд). Небольшой люфт в триподе есть всегда, и пока он выбирается, трипод может тихонько щёлкнуть (именно щёлкнуть, а не стукнуть). Это нормально, паниковать рано.

Опытные механики могут посоветовать подёргать приводной вал рукой и посмотреть, будет ли люфт. Без подъёмника это делать проблематично, а без опыта – часто бесполезно. Хотя в одном они правы: заметный люфт во внешнем ШРУСе должен вызвать настороженность.

Ну и последнее: вал крутится, а машина стоит на месте. Всегда ли виноват ШРУС? Нет, не всегда. Бывает, что у старых валов корродируют или срезаются шлицы (почему-то этим частенько грешат старые «корейцы»). В этом случае тоже придётся менять ШРУС, потому что вал – это часть его корпуса.

А закончу всё-таки оптимистично: здоровье ШРУСов большей частью зависит от владельца автомобиля. Не будет чрезмерно беспощаден при стартах на поворотах, будет следить за пыльниками – и ресурс этого узла может перевалить и за 200, и за 300 тысяч километров (сейчас их делают качественно, это не «гранаты» на старых «девятках»). Так что спасение ШРУСа – дело рук водителя. И, наверное, это хорошо.

Шарниры равных угловых скоростей

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).

Содержание

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.

Читайте также  Заклинило задний суппорт что делать?

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.

Что такое ШРУС в автомобиле: принцип работы, устройство, возможные поломки

Сама идея шарнира равных угловых скоростей (ШРУС) известна очень давно. Но особой необходимости применять их в автомобиле не было, а сложность шарниров означала высокую цену. Изменить ситуацию смог лишь массовый перевод серийных автомобилей широкого применения на передний привод.

Преимущества подобной компоновки легко окупали любые мыслимые затраты на внедрение ШРУС в автопромышленности в серьёзных масштабах, а это практически весь существующий рынок легковых автомобилей, кроссоверов и даже лёгких грузовиков.

Зачем в машине нужен ШРУС

Передний привод и поперечное расположение двигателя совершили революцию в автомобилестроении. Можно долго спорить о преимуществах и недостатках различных схем привода для водителей и дорог, но с точки зрения производителей такое сочетание стало безусловным благом:

  • компоновка машины обрела дополнительную свободу для конструктора за счёт чёткой локализации силового агрегата и трансмиссии;
  • моноблок из двигателя, коробки передач и ведущего редуктора с дифференциалом максимально компактен, обладает хорошей жёсткостью и минимальной массой;
  • снимается много проблем, связанных с вибронагруженностью трансмиссии;
  • у кузова можно сделать ровный пол, без тоннеля под карданный вал к заднему мосту;
  • отсутствие редуктора ведущего заднего моста и полуосей позволяет более плотно упаковать подвеску, обеспечив объёмный и глубокий отсек под багаж;
  • пространство для задних пассажиров увеличилось;
  • топливные баки стали наращивать объём без ущерба для багажника;
  • высвободилось дополнительное место под запасное колесо, а при его отсутствии отсек можно было использовать как добавочный багажный органайзер;
  • кажущаяся устойчивость переднеприводной машины на дороге обеспечила прекрасный рекламный эффект, навсегда замаскировавший истинные причины появления массового переднего привода.

При таком количестве влияющих факторов решение проблемы передачи крутящего момента на управляемые колёса стало делом техники. Начали появляться поначалу не очень совершенные, а затем и современные шарнирные валы переднего привода.

Качество поднималось, а цена снижалась, в результате сейчас аналогичные конструкции используются и в заднем приводе, что позволяет значительно усовершенствовать заднюю подвеску.

Устройство шарнира равных угловых скоростей

Положение силового агрегата относительно кузова практически неизменно. Небольшие отклонения за счёт упругости подушек можно в счёт не принимать, а вот ответная часть — ступица ведущего, да ещё при этом и управляемого колеса, испытывает целый ряд перемещений.

Приводной вал состоит из металлического стержня, сплошного или полого внутри, заканчивающегося шлицевыми соединениями, на которые надеты два шарнира. Каждый из них должен обладать качеством равномерной передачи вращения в расчётном диапазоне углов изгиба вала в целом.

Это и отражено в названии, угловая скорость не должна меняться даже в пределах одного оборота, иначе возникнут колебания момента и вибрации. Оба ШРУС неодинаковы, каждый разработан под специфические функции.

Внутренний

Внутренним считается тот, что расположен со стороны выхода трансмиссии, обычно это коробка передач, внутри которой размещён дифференциал. Внутренний ШРУС своим выступающим шлицованным валом вставляется в одну из полуосевых шестерён дифференциала. Здесь же расположена проточка, по которой работает уплотняющий сальник, герметизирующий масляный картер коробки.

Устроен этот шарнир может быть различными способами, поскольку требования по максимальному углу отклонения вала привода по отношению к оси дифференциала небольшие (обычно это несколько градусов).

За счёт длины привода большой ход колеса вызывает небольшое угловое отклонение вала, хотя на некоторых машинах, например, если коробка обладает значительными размерами или рядом расположен угловой редуктор отбора мощности на задний мост, ставится удлинительный вал, а привод укорачивается. Тогда требования к углам работы внутренних ШРУС ужесточаются.

Отличительной особенностью внутреннего шарнира стала возможность за счёт его внутренних перемещений компенсировать изменение длины всего привода. Поскольку он являет собой гипотенузу треугольника, одним из катетов которого будет ход подвески, то при изменении этого хода длину вала также надо менять.

Это учитывается в конструкции внутреннего ШРУС. Реально на автомобилях можно встретить шариковый или трипоидный шарнир.

Наружный

От наружного изменение длины не требуется, зато его диапазон углов работы значительно шире. Это связано с обеспечением максимального угла поворота колеса, определяющего манёвренность автомобиля в стеснённых условиях.

Современные шарниры настолько совершенны, что переднеприводные машины уже практически превзошли показатели старых заднеприводных автомобилей, где шарниров не было вовсе, а угол поворота ограничивался компоновкой колёсных арок.

Именно по этой причине трипоид здесь никогда не применяется. На больших углах он не является ШРУС, создавая непреодолимые вибрации. Почти везде установлены шестишариковые шарниры, лишь на некоторых тяжёлых вездеходах ставятся кулачковые или карданные ШРУС.

Виды и виды конструкций

Вполне возможно создать универсальный шарнир, который перекроет все потребности. Но вопрос цены и прочности иногда заставляет применять компромиссные решения, которые с точки зрения чистой техники несовершенны.

Кулачковые

Такие шарниры состоят из двух фигурных вилок, входящих одна в другую, между которыми расположены вкладыши и диск, передающие вращение без рывков под значительными углами.

При всей примитивности шарнира выполняется он достаточно точно, способен передавать значительные моменты при компактности конструкции, прочен и надёжен. Но потери в нём высоки, что превращается в проблему на высоких скоростях. Поэтому используются кулачковые ШРУС только на тяжёлой тихоходной технике.

Трипоидные

Имеют трёхшиповую конструкцию, а на каждый шип надет игольчатый подшипник со сферической наружной обоймой. Эти обоймы скользят по направляющим канавкам, выполненным изнутри наружного корпуса ШРУС.

Очень прочны, долговечны, терпимы к качеству смазки, но плохо работают при больших отклонениях вала, вызывая вибрации. Поэтому используются обычно на легковых машинах с небольшими ходами подвесок в качестве внутренних ШРУС.

Шариковые

Наиболее распространённые и совершенные конструкции. Шестишариковый ШРУС можно встретить практически на каждом автомобиле, имеющем передний привод, в качестве наружного шарнира.

Шарнир состоит из:

  • корпуса, играющего роль наружной обоймы, в которое нарезаны направляющие для связывающих шарнир стальных шариков;
  • внутренней обоймы, также обладающей пазами под шарики;
  • сепаратора, ограничивающего лишнюю подвижность шариков;
  • чехла-пыльника, играющего большую роль в сохранении смазки, чистоте и долговечности всего устройства.

Шарнир прекрасно работает на любых скоростях, имеет высокий КПД и достаточно долговечен. Из недостатков только высокая цена, обусловленная качественными материалами и точностью изготовления.

Карданные

ШРУС на основе карданного шарнира может считаться таковым только если в нём применены две крестовины, развёрнутые относительно друг друга на прямой угол. Тогда неравномерность вращения одной компенсируется работающей в паре.

Конструкция громоздкая, тем не менее часто применялась из-за своей прочности, неприхотливости и ремонтопригодности. В основном на внедорожниках.

Возможные неисправности шарнира

Почти всегда проблемы со ШРУС связаны с нарушением условий смазки. Заложена она туда на весь срок службы, но только при условии сохранения герметичности чехла, а именно он и является слабым местом шарнира.

Пыльник открыт всем дорожным неприятностям, может быть повреждён или просто дать трещину из-за состарившегося материала. Моментально в шарнир попадёт пыль, вода, смазка превратится в ржавую грязь, а точно выполненные шарики и канавки потеряют свою идеальную форму. Ремонту такой шарнир уже не подлежит.

Читайте также  Клинит тормозной суппорт что делать?

Возможны и поломки из-за перегруза. Шарниры очень не любят резких ускорений при максимальных углах работы. Особенно если ШРУС уже поработал и приработался под определённые условия. Получив такую экстремальную нагрузку, он начнёт подклинивать, скорее всего лопнет стальной закалённый сепаратор, шарики обретут свободу и ШРУС разрушится.

Естественный износ тоже наступает, но очень нескоро. Если следить за состоянием чехлов и сохранностью смазки, а ещё лучше иногда её менять вместе с пыльником, промывая узел, то ресурс тут будет сравним с двигателем или коробкой передач.

Что будет, если не менять неисправный ШРУС

При работе изношенный или повреждённый шарнир будет издавать характерный хруст, переходящий в звонкие стуки при разгоне в повороте или прохождении его на высокой скорости с креном автомобиля.

Это означает, что шарики подклинивают и испытывают пиковые разрушающие нагрузки. Закончится это поломкой и отказом передавать момент на колесо, как говорят, привод срезан.

Момент очень опасный, поскольку произойти это может в повороте, где тяга критически важна, да и оторвавшийся вал привода способен создать большие неприятности, а выскочивший внутренний шарнир лишит коробку герметичности, и она потеряет масло. Без эвакуатора автомобиль передвигаться не сможет.

Что такое ШРУС и в чем его секрет?

Наверное, многие автолюбители, слышали такое слово как ШРУС. Заезжая на станцию технического обслуживания можно услышать много интересных слов, но большинство водителей бояться поломки ШРУСа как огня. Что это за хитрое устройство, почему его ремонт обходится в копеечку, выясним в сегодняшней статье.

Стоит отметить, что буквально полсотни лет назад, автолюбители даже понятия не имели о подобном изобретении. ШРУС – это аббревиатура, расшифровывается как шарнир равных угловых скоростей. Принцип работы механизма использовался еще в Древней Греции. Современные ШРУСы получили свое массовое распространение в 50-х годах прошлого столетия.

  1. Что такое ШРУС и для чего он нужен?
  2. Устройство и принцип работы ШРУСа
  3. Внешний ШРУС
  4. Внутренний ШРУС
  5. Типы и виды «гранат»
  6. Неисправности, признаки и причины поломок
  7. Диагностика шруса
  8. Советы автовладельцам
  9. Заключение

Что такое ШРУС и для чего он нужен?

Как правило, в автомастерских, профессиональные мастера называют механизм – «гранатой». Все из-за внешнего вида и сложной конструкции, отдаленно напоминающей ручную гранату. Даже существует шутка, что в каждой машине есть «граната», которая по любому взорвется.

ШРУС (шарнир равных угловых скоростей) — это шарнир, предназначен для передачи вращательного момента между валами, которые находятся под углом друг к другу. Это и есть основная задача. Устанавливают конструкцию почти на все современные автомобили. Не имея подобного механизма, невозможно без потерь передать импульс движения от двигателя до колес, не важно, передних или задних. Именно с приходом ШРУСа, автомобили стали более подвижными и управляемыми.

ШРУС решает много проблем.

  1. Помогает снять излишнюю вибрацию.
  2. Синхронизирует вращение ведущих колес.
  3. Снижает нагрузку на ведущий вал во время передвижения автомобиля.

Передача движения осуществляется под углом между передними или задними полуосями. Конструкция очень полезная, но при поломке может привести к дорогостоящему ремонту. Именно поэтому многие владельцы ТС, даже боятся произносить вслух аббревиатуру, дабы не накликать беды.

Устройство и принцип работы ШРУСа

В первую очередь шарнир предназначен для передачи движущей силы от двигателя к колесам автомобиля. Вторая важная функция – это сохранение движения при разных плоскостях колес. Простыми словами, наезжая на бугорок или яму, одно из колес будет расположено выше, чем второе, при этом движения автомобиля будет неизменно. Сложное устройство конструкции позволяет колесам двигаться в разных положениях. Принцип работы каждого вида шарниров одинаковый, отличается только конструкция. Граната может поворачиваться под углом до 70 градусов, при этом передавая вращательное движение колесам.

Принципиального различия в схеме работы ШРУСа нет. Одна часть привода крепится при помощи ступичного подшипника к двигателю, вторая присоединяется к колесам. При включении передачи, двигатель передает движение по трансмиссии, и автомобиль совершает движение. Каждый ШРУС состоит из внутренней и внешней части. Внутри конструкции находятся специальные шарики, которые соединяют два элемента в жесткую конструкцию. Внешняя часть более подвижная и может работать при углах до 70 градусов. Внутренний элемент работает в пределах 20 градусов.

Важное значение, в работе гранаты имеет смазка. Все внутренние детали движутся с большими скоростями, поэтому хорошая смазка способна уменьшить трение и износ элементов конструкции. Как правило, каждый шарнир закрыт резиновым колпаком, чтобы грязь не попадала внутрь. Стоит отметить, что резиновая защита имеет большое значение в работе механизма. Если пыльник повреждается, смазка выходит наружу, грязь попадает на важные элементы и шарнир выходит из строя.

Внешний ШРУС

Внешний шарнир очень легко определить визуально. Находится он возле ведущего колеса, как правило, оборудован многогранником системы ABS и большим резиновым пыльником пирамидообразной формы. Как мы уже писали, пыльник защищает гранату от попадания влаги, грязи и пыли.

Конструкция ШРУСа чем-то напоминает карданный вал. Но последний, в связи с особенностью конструкции не может поворачиваться на критические углы. Это связано с тем, что угол работы карданной передачи очень маленький, а при критических углах начинаются рывки, которые пагубно влияют на коробку передач.

Совершенно другое дело – ШРУС. Конструкция позволяет выполнить механизм небольшого размера, который будет поворачивать колесо в разных плоскостях, при этом сохраняя плавность хода и комфортную езду.

Внешняя «граната» состоит из корпуса и полуоси, а также защитного кожуха. Внутри механизма находятся металлические подшипники (шарики). Все элементы конструкции соединены между собой при помощи металлического кольца. Принцип работы простой, механизм поворачивается в разные стороны, шарики крутятся внутри корпуса в специальных пазах, при этом происходит плавная передача вращательного движения.

Внутренний ШРУС

В некоторых случаях, схема внутренней «гранаты» может быть похожей с внешней. Но, как правило, разработчики внедряют иную схему. Если ШРУС двигается при помощи трех подшипников, его называют трипоидным. Как показывает практика, подобный механизм ломается намного реже. Это связано с тем, что он меньше подвержен критическим нагрузкам и смены углам, так как находится ближе к дифференциалу, то есть к центру авто. В зависимости от конструкции он может состоять из шариков, разного размера и диаметра.

Принцип работы аналогичный внешней гранате, только из-за конструктивной особенности и расположению, внутренний шарнир работает при меньших градусных диапазонах. Как правило, рабочий угол составляет до 20 градусов.

Видео работы внешнего и внутреннего шруса на приводном вале.

Типы и виды «гранат»

Конструктивно ШРУС может отличаться. Все зависит от завода производителя и типа. В настоящее время существует четыре основных разновидности «гранат».

  1. Кулачковый
  2. Трипоидный
  3. Шариковый
  4. Карданный спаренный

Кулачковый состоит из двух круглых элементов, один из которых входит в другой. Подобная конструкция позволяет применять максимальные нагрузки на ось. Как правило, транспортные средства, оборудованные кулачковым шарниром, двигаются только на средних скоростных режимах.

Трипоидный состоит из трех подшипников. Большинство автомобилей оборудуют именно этой системой. Она более универсальная и довольно жесткая, способная осуществлять работу на высоких скоростях и служит достаточно долго.

Шариковый работает по принципу трипоидной системы, только вместо роликов, вращающий момент передают небольшие металлические шарики, заключенные в оболочку и двигающиеся по заданным каналам.

Карданный состоит из обычных карданных соединений, которые передают крутящий момент колесам автомобиля. Устанавливается на большие грузовые автомобили.

Неисправности, признаки и причины поломок

При нормальной езде и периодических проверках, шарниры могут прослужить очень много лет. Из опыта можно сказать, что некоторые ШРУСы работают по 10-15 лет без проблем. Самой частой поломкой является – износ пыльника. Когда рвется защитная резина, грязь попадает в кожух, смазка вымывается, система начинает давать сбои.

В большинстве случаев, узнать о поломке гранаты можно во время езды, а также на слух. Когда грязь попадает в пыльник, ШРУС при езде на поворотах начинает специфически шуметь. Звук называют «хрустом». Если услышали один раз, ошибиться будет сложно. Но лучше не слышать его на своем автомобиле! Как правило, хруст сигнализирует автовладельцу о недостатке смазки.

Подобную неисправность можно легко отремонтировать на начальной стадии. Меняется пыльник, внешний шарнир очищается от грязи и наполняется специальной смазкой. Но если владелец «запустил» работу механизма, он может прийти в полную негодность. На некоторых марках авто, ШРУС меняется только в сборе. К примеру, на KIA Cerato 2006 года, невозможно поменять только внешнюю гранату. Оригинальная запчасть стоит очень дорого и продается только в сборе.

Диагностика шруса

На видео, ниже, Вы увидите наглядно, как можно диагностировать поломки ШРУСа несколькими способами.

Советы автовладельцам

Дабы избежать преждевременной поломки ШРУСа, рекомендуется периодически посещать станции технического обслуживания и проверять герметичность внешнего защитного кожуха. При наличии любых дефектов, пыльник лучше заменить вместе со смазкой.

Если водитель услышал характерный хруст на повороте, лучше всего сразу обратиться на СТО. Чем быстрей владелец поменяет пыльник и смазочные материалы, тем дешевле обойдется ремонт. Несомненно, на неисправной «гранате» можно передвигаться небольшой промежуток времени, но с большой осторожностью. ШРУС имеет свойство блокироваться по ходу движения, лучше не рисковать жизнью пассажиров и водителя!

Стоит отметить, что при слишком агрессивной езде, механизм выходит из строя намного раньше своего срока жизни. Продлевает срок работы только безопасное вождение и периодическая проверка состояния пыльника.

В дополнение, хотелось бы сказать, что не все автомобильные мастера могут, определит на слух повреждение шарнира. Бывали случаи, когда хозяин авто послушав непрофессионального мастера, покупал дорогостоящую деталь и попадал на деньги, потому как причиной хруста могут быть иные детали ходовой части. К примеру, шаровая опора, расположенная на передних рычагах, при неисправности может издавать подобные звуки при выворачивании колеса.

Лучше всего доверять свой автомобиль проверенным СТО с опытными мастерами!

Заключение

В заключении, добавим, что ШРУС очень важная деталь в конструкции ходовой части транспортного средства. Бережливое отношение и периодическая диагностика, поможет избежать лишних проблем и денежных потерь при дорогостоящем ремонте. Запомните, ремонт и замена «гранаты» дорогостоящее удовольствие, которые можно предотвратить обычной диагностикой.