Wał Cardana: czym jest i do czego służy

Wał przegubowy jest niezbędnym elementem układu przeniesienia napędu w samochodzie z napędem na tylne lub wszystkie koła. Węzeł ten nie jest zbyt skomplikowany w konstrukcji, ale jest bardzo ważny – bez niego samochód po prostu nie może się poruszać. Przedstawiamy najważniejsze fakty dotyczące wału kardana, częste usterki i sposoby ich uniknięcia.

Co to jest wał kardana i do czego jest potrzebny

Wał kardana lub, prościej, kardan, to jednostka w układzie przeniesienia napędu samochodu, która przenosi obroty ze skrzyni biegów lub skrzyni rozdzielczej do skrzyni biegów kół napędowych. Gdyby jednostki te były sztywno zamocowane względem siebie, mogłyby być połączone zwykłym wałem. W rzeczywistości jednak skrzynia biegów i przekładnie znajdują się w różnych płaszczyznach względem siebie, a nawet mogą zmieniać swoje wzajemne położenie podczas pracy zawieszenia. A im bardziej znacząco, tym większy skok zawieszenia.

Dlatego kardan w samochodzie musi być w stanie przenosić obrót podczas zmiany kątów i odległości między jednostkami przekładni. Dlatego jego urządzenie jest bardziej złożone, niż mogłoby się wydawać.

Konstrukcja i rodzaje przekładni kardana

Jak wygląda wał kardana? Na pierwszy rzut oka wydaje się dość prosty, ale w rzeczywistości zawiera kilka ważnych elementów. Oto z czego składa się wał kardana:

• wał lub wały rurowe;
• przeguby kątowe;
• łożysko zawieszenia;
• połączenie szczelinowe;
• sprzęgło elastyczne.

Główną, największą i najbardziej widoczną częścią wału napędowego jest długa rura, zwana wałem środkowym. Przy tej samej sztywności i wytrzymałości, wydrążona rura jest lżejsza niż pełny pręt.

Najprostsze i najtańsze są wały napędowe z pojedynczą rurą. Jeśli jednak gimbal musi być konstrukcyjnie długi, wykonuje się go jako wał wielorurowy z kilku ruchomych połączonych rur. Poniższe zdjęcie pomoże lepiej zrozumieć strukturę wału kardana.

Aby połączyć ze sobą części wału kardana, stosuje się przeguby kątowe. W wale jednorurowym znajdują się co najmniej dwa takie przeguby, a w konstrukcjach złożonych jest ich więcej.

Najczęściej stosowane są przeguby o nierównej prędkości kątowej, które ze względu na swój charakterystyczny kształt nazywane są krzyżakami. W przypadku każdego krzyżaka, końce wału i kołnierze przekładni są wyposażone w widełki – napędzające i napędzane. Pomiędzy nimi znajduje się krzyżak z czterema występami, z których każdy zawiera łożysko igiełkowe. Do mocowania konstrukcji służą szczeliny i wielowypusty.

Kardany z krzyżakami należą do asynchronicznego typu przekładni kardanowych. Osobliwością takiego połączenia jest nierównomierny obrót widełek napędzanych względem widełek napędzających, jeśli ich osie nie są równoległe. Mówiąc prościej, widelec napędzany dwukrotnie zwalnia prędkość obrotową i dwukrotnie ją przyspiesza podczas jednego obrotu widelca napędzającego, co powoduje większe wibracje.

Typ synchroniczny obejmuje przekładnie kardana, w których przegubach stosowane są przeguby równobieżne lub przeguby kulowe, takie jak te stosowane w napędzie przednich kół. Wewnątrz nich widelec z kilkoma ostrzami zazębia się z kulkami toczącymi się w specjalnych rowkach. Wyrównuje to prędkość obrotową. Takie wały napędowe generują mniej wibracji, ale są bardziej skomplikowane i zauważalnie droższe.

Spośród egzotycznych konstrukcji można wspomnieć o takiej, w której gumowe sprzęgła są używane jako zawias. Ta opcja jest prosta i tania, ale w praktyce prawie nigdy nie jest spotykana, ponieważ nie jest przeznaczona do przenoszenia znacznego momentu obrotowego i nie działa z dużymi zakrętami w napędzie.

Zawieszenie lub łożysko podporowe służy do podparcia i stabilizacji obrotu kardana, jeśli ma on konstrukcję kompozytową.

Ponieważ jednostki połączone wałem kardana poruszają się względem siebie, urządzenie kardana koniecznie zawiera połączenie wielowypustowe. Pozwala to na zmianę jego długości w wymaganym zakresie.

Ponadto przekładnia kardana zawiera gumowe lub gumowo-metalowe elastyczne sprzęgło, które jest zwykle instalowane w miejscu połączenia ze skrzynią biegów. Elastyczność sprzęgła redukuje szarpnięcia i wibracje podczas pracy mechanizmu oraz chroni przekładnię przed obciążeniami udarowymi.

Tam, gdzie połączone jednostki są silnie przesunięte względem siebie, instalowany jest wał kardana z dwoma krzyżakami.

Diagnoza nieprawidłowego działania wału kardana

Z reguły zużycie i nieprawidłowe działanie wału kardana podczas jazdy objawia się różnymi hałasami, a także wibracjami, które pojawiają się, gdy szybko się obraca. Oto główne objawy i sposoby naprawy wału napędowego.

Kliknięcia, dzwonienie (jak na pustej rurze) podczas dotykania. Wibracje podczas przyspieszania lub wciskania gazu. Przyczyny:

1. Zużycie poprzeczki wału napędowego. Konieczna jest wymiana krzyżaka, nie ma innych opcji.
2. Zużycie wielowypustów wału przegubowego. Wyeliminowanie modułu z wielowypustami lub części wału lub zespołu wału.
3. Luźne dokręcenie śrub mocujących wał PTO do kołnierzy modułów. Wszystkie śruby powinny być dokręcone.

Pisk podczas pracy wału (jego pojawienie się może zależeć od kąta pracy mechanizmu). Przyczyny:

1. Przegub krzyżakowy wału kardana jest zablokowany. Konieczna jest wymiana przegubu.
2. Przegub kulowy jest zablokowany. Jeśli jest lekko zużyty, można go odbudować i nasmarować, jeśli jest znacznie zużyty, przegub należy wymienić.

Wibracje kardana podczas jazdy. Przyczyny:

1. Niewyważenie wału kardana. Z reguły występuje to po jego nieprawidłowym demontażu/montażu z wymianą poprzeczek lub innych elementów.
2. Naruszenie gładkości w przegubach krzyżakowych. Konieczna jest wymiana zużytych przegubów.
3. Brak smarowania w połączeniach wielowypustowych wału PTO. Zdemontować i nasmarować węzły.
4. Utrata płytek wyważających. Wyeliminowane przez wyważanie.
5. Mechaniczne uszkodzenie rury kardana. W tym przypadku możliwa jest tylko wymiana części na nową.

Wyje lub gwiżdże podczas pracy

Najbardziej prawdopodobną przyczyną jest zużycie łożyska zawieszenia wału PTO. Konieczna jest jego wymiana.

Jak sprawdzić stan wału kardana

Diagnoza przekładni kardana jest dość prosta, a jeśli masz kanał lub windę, całkiem możliwe jest przeprowadzenie jej samodzielnie – w końcu wszystkie elementy znajdują się w zasięgu wzroku. Oto co należy sprawdzić:

1. Ślady uszkodzeń mechanicznych na wale i innych elementach przekładni kardana – powinny być nieobecne.
   Przeguby lub poprzeczki. Nie powinno być w nich luzów. Można je wyczuć podczas próby obrócenia wału rękami lub poruszania rurą na boki.
2. Pulsacje stawów. Muszą być nienaruszone, bez rozdarć, pęknięć i śladów wyciśniętego oleju.
3. Sprzęgło elastyczne. Niedopuszczalne są pęknięcia, a tym bardziej rozdarcia. Lepiej jest sprawdzić sprzęgło podczas obracania wału.
4. Łożysko zawieszenia. Nie powinno grać i drgać, jeśli weźmiesz dwa wały kardana po obu stronach łożyska i potrząśniesz nimi.
5. Złącze wielowypustowe. Nie powinno mieć luzów – należy to sprawdzić poprzez kołysanie i obracanie wałem.
6. Elementy łączące przekładni PTO. Upewnij się, że wszystkie elementy złączne są na miejscu i prawidłowo dokręcone.

Ogółem

• Wał Cardana to węzeł w układzie przeniesienia napędu samochodu, który przenosi obroty ze skrzyni biegów lub skrzyni rozdzielczej do skrzyni biegów kół napędowych, znajdujących się w różnych płaszczyznach.
• Główne elementy wału Cardana – wał lub wały rurowe, przeguby kątowe, łożysko zawieszenia, przegub wielowypustowy, sprzęgło elastyczne
• Główne usterki wału kardana, takie jak stuki lub obce dźwięki podczas pracy, są związane ze zużyciem jego ruchomych elementów. Również kardan może być niewyważony.
• Stan elementów wału kardana można łatwo sprawdzić niezależnie, jeśli masz kanał lub podnośnik.