Карданная передача КамАЗ

Компоновка первых грузовых автомобилей Камского автозавода была выполнена по «классической» схеме: двигатель впереди (под кабиной), ведущие мосты – сзади (первый, сошедший с конвейера тягач 5410, имел  колесную формулу 6х4). За четыре десятилетия было освоено немало полноприводных моделей, однако неизменным компонентом трансмиссии остается карданная передача автомобиля КамАЗ.

Описание назначения

Традиционно в конструкции грузовиков мощность и крутящий момент передаются из передней части автомобиля, где располагаются двигатель и КПП, в заднюю часть — на ведущий вал. Это обусловлено несколькими причинами. Главные – лучшая управляемость, меньший радиус разворота, более надежное сцепление ведущих колес с дорожным покрытием. Однако, при движении автомобиля валы не остаются соосными, постоянно изменяя взаимное расположение. При наезде на неровности, встрече с препятствиями мост на упругой подвеске совершает колебания относительно шасси, на котором жестко закреплены силовые агрегаты. При поворотах оси мостов могут пересекаться. Кроме того, переменным будет и расстояние между точками подвеса передачи. Для передачи вращения от приводного механизма (КПП) и приведения автомобиля в движение   применяют карданный вал – механизм, впервые описанный в CVI веке итальянским математиком  Джероламо  Карданом, которому безосновательно приписывают его изобретение.

Карданная передача автомобиля КамАЗ представляет собой карданные шарниры, соединенные валами. Шарниры обеспечивают две степени свободы за счет поворота в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

В шарнирах гасятся возникающие осевые и радиальные (изгибающие) усилия, которые вызывают напряжения внутренних слоев материала вала. Вращающий момент, как известно, передается поверхностными слоями. Поэтому валы карданной передачи изготавливаются обычно из трубы.

Для того чтобы без деформации компенсировать изменение расстояния между точками подвеса передачи (мост и привод) вал выполняется составным со свободно скользящей посадкой (на шлицах). Наиболее нагруженной деталью шарнира является крестовина, на шипы которой напрессованы игольчатые подшипники.

Механизм выравнивание скоростей

Основным недостатком классической карданной передачи является, то, что при постоянной частоте первичного (ведущего) вала вторичный (то есть ведомый) вращается неравномерно. Он периодически то отстает то обгоняет первый. Это повторяющийся цикл именуют асинхронностью передачи. Асинхронность вызывает дополнительные переменные во времени нагрузки на элементы трансмиссии, подвески и ходовой. Показатели неравномерности меняются в зависимости от угла между осями валов, при значениях угла близких к  20⁰ избыточные нагрузки по значению могут превысить передаваемый момент.

Для того чтобы выровнять асинхронность  вращения ведомого вала в карданной передаче, в которой угол наклона валов ограничен 20° используют асинхронные шарниры неравных угловых скоростей, в которых имеются по две фиксированные оси качания. В такой передаче (например, карданная передача КамАЗ-4310) принято вилки шарниров располагать под углом 90⁰ (π/2) одна относительно другой.

Еще одна проблема связана с зависимостью критической собственной частоты вала с его длиной – чем длиннее вал, тем ниже эта частота. Поэтому длинный вал может разрушиться, если частота вращения совпадет с критической частотой. У коротких валов значение критической частоты выше, чем максимально возможная скорость вращения вала. Поэтому при проектировании длиннобазных автомобилей обычно применяется  вариант с промежуточным мостом или опорой. Подвижность промежуточного шарнира в опоре, жестко закрепленной на шасси автомобиля, обеспечивается его размещением в эластичном кольце.

В большинстве современных автомобилей применяются шарниры с игольчатыми подшипниками. Работоспособность  карданной передачи такого типа зависит от наличия достаточного количества смазывающего материала в подшипниках. Ранее в конструкции шарниров применялась схема, для которой обязательным было периодическое заполнение полости крестовины трансмиссионным (жидким) маслом. Надежно предотвратить утечки жидкости невозможно, и такая конструкция требовала периодического пополнения смазочного материала, что усложняло обслуживание. Современные асинхронные шарниры, которые не требуют частого смазывания. Смазка пластичной смазкой производится при сборке передачи. Хотя в такой конструкции сохраняется пресс-масленка для нагнетания шприцем смазки в полость крестовины и далее к роликам подшипников.

Особенности исполнения КамАЗ

Карданная передача КамАЗ-5320 состоит из валов и жестких асинхронных карданных шарниров. Шарнир – это две вилки: вилка-фланец и вилка с шлицами, жестко связанные крестовиной, которая монтируется в пазах вилок. Вилки взаимно перпендикулярны и могут поворачиваться на подшипниках крестовины. Шлицы вала скользящей вилки передают крутящий момент и, при изменении длины связи, двигаются в пазах шлицевой втулки. Шлицевая посадка набивается пластичной смазкой и герметизируется сальниками и кольцами, поджатыми гайкой.