Jak funguje hnací hřídel a proč je nutné v autě přenášet točivý moment?

Bez hnacího hřídele se dnes neobejde žádná konstrukce aut s pohonem všech kol nebo zadních kol. Plní jednoduchý, ale velmi významný úkol – přenáší točivý moment z rozdělovací převodovky nebo převodovky na přední nebo zadní kola.

Kardan byl vynalezen a navržen již v 16. století, ale začal se používat až po velkosériové výrobě nových automobilů. Za zmínku stojí, že průkopníkem v testování a implementaci byl francouzský automobilový koncert Renault.

Co je to hnací hřídel a k čemu slouží?

Hnací hřídel (CV) je mechanické zařízení, které přenáší točivý moment z rozdělovací převodovky nebo převodovky na hnací nápravy vozidla. Ve skutečnosti by bez tohoto užitečného zařízení nebylo možné vytvořit vozidlo s pohonem všech kol.

Umístění hnacích hřídelí

Jak bylo uvedeno výše, kardan byl poprvé použit na vozech Renault. Tvůrcem vozidel byl konstruktér jménem Louis Renault. Po instalaci převodovky jsme byli schopni vyřešit řadu důležitých problémů:

1. Měkký přenos točivého momentu – zpočátku mechanické zařízení umožňovalo snadno přenášet točivý moment z převodovky na zadní kola při změně úhlů mezi hřídelemi. V té době to byl velmi důležitý objev, protože na nerovných silnicích bylo auto vystaveno silným vibracím.
2. Plynulá jízda – první vozy neměly plynulou jízdu, zejména přes hrboly a nerovné silnice. Měkký přenos točivého momentu umožňoval co nejefektivnější přenos trakce na zadní nápravu, čímž byl zajištěn plynulý pohyb.

Přestože od prvních návrhů uplynulo hodně času, samotný mechanismus se hodně změnil, jeho hlavní úkoly se nezměnily. Téměř o století později byl kardanový mechanismus vylepšen a dnes záleží nejen na typu vozu, ale také na jeho účelu.

Vrtulová hřídel (CV) se používá nejen při konstrukci podvozku automobilu. Design je natolik univerzální, že jej lze využít v různých oblastech lidské činnosti. Například při návrhu nastavitelného převodu řízení.

Běžným příkladem konstrukce je hlavice ručního nástroje, kterou lze otáčet pod úhlem a umožňuje otáčet matice a šrouby na těžko dostupných místech. Jakákoli mechanická konstrukce, kde je nutné přenášet krouticí moment v určitých úhlech, používá kardan jako nejvhodnější prostředek.

Konstrukce a princip činnosti kardanové převodovky

Klasický kardanový pohon se hodně změnil a má výrazné rysy. Je obvyklé rozlišovat čtyři hlavní konstrukční prvky:

1. Centrální potrubí – nebo v odborném jazyce „centrální šachta“. Jedná se o dutou trubku vyrobenou ze silné kovové slitiny.
2. Kříže a hroty jsou speciální zařízení vyrobené ve formě kříže, které je zodpovědné za ovládání rotačních prvků kardanu. Zjednodušeně řečeno, kříž ovládá proměnné úhly náklonu, které by neměly být v rozsahu 0 až 20 stupňů.
3. Vidlice je mezilehlé spojení mezi hlavní hřídelí a mezilehlou hřídelí. Přímou funkcí je kompenzace výškové vzdálenosti mezi hřídelemi při přejezdu vozu přes nerovnosti a díry.
4. Mezilehlé ložisko je velmi důležitým konstrukčním prvkem, který podpírá hlavní hřídel a zároveň umožňuje jeho otáčení v požadovaném směru. V závislosti na typu kardanu mohou být dvě nebo více meziložisek.

Toto jsou hlavní prvky převodového zařízení. Samozřejmě kromě nich existuje mnoho dalších mechanismů – různé upevňovací prvky, pohyblivé příruby, těsnění, ochranné spojky atd.

Kardanové převodové zařízení

Konstrukce převodovky není složitá. Ve většině případů je mechanismus připevněn pomocí drážkového připojení k převodovce (nezáleží na tom, zda automatická nebo manuální). Každá převodovka má na svém pohyblivém konci otvory s vnitřním upevněním. Mechanismus činnosti drážek je navržen tak, aby se mohly pohybovat při pohybu stroje.

Dále je instalováno ložisko KV, které je připevněno ke karoserii vozu pomocí speciální konzoly. Slouží jako dodatečné upevnění a zabraňuje pohybu mechanismu při zatížení a jízdě. Na vidlici KB je připevněna příčka s jehlovými nebo jinými ložisky. Tato konstrukce umožňuje správný přenos točivého momentu při různých ohybech kardanu.

Když řidič zařadí rychlostní stupeň a sešlápne plyn, točivý moment se přenese na posuvnou vidlici a poté protéká kloubem ve tvaru kříže na koncový pohon a kola. Nejproduktivnější úhly závěsů jsou od 0 do 20 stupňů. Pokud v důsledku poruchy dojde k odchylce, může začít silné opotřebení celého mechanismu nebo porucha. Princip fungování je jasně znázorněn na videu níže.

Kardanová klasifikace

Konstrukce moderních automobilů používá několik typů hnacích hřídelí. Lišit se mohou nejen od výrobce, ale také od typu vozu. Některé identické modely mohou mít různé typy převodů.

V závislosti na konstrukci mohou být kardanové pohony:

1. Jednohřídelový – výkonnější typ, často instalovaný na vozidlech s pohonem všech kol nebo zadních kol. Tento mechanismus umožňuje co nejrychlejší přenos točivého momentu na kola.
2. Vícehřídel je složitější, ale křehký mechanismus, který je přítomen u většiny osobních vozů s pohonem předních kol. Kromě hlavního hřídele je přidána mezihřídel (tam, kde je potřeba ložisko).

Obsluha vícehřídelové kardanové převodovky

V závislosti na počtu podpěr hřídele existují následující typy:

1. Dvojité ložisko – nemají vnější ložisko, namontované na nákladních vozidlech nebo vozidlech s pohonem všech kol.
2. Tříložisko – mají jedno ložisko, které spojuje mezihřídel a hlavní. Použitelné pro většinu automobilů.
3. Čtyřložisková – mají několik mezihřídelů spojených dvěma ložisky. Vzácná odrůda, nainstalovaná na některých džípech Lexus a Chrysler.

Na základě konstrukčních prvků lze rozlišit následující modely:

1. S kloubem NUS (nestejná úhlová rychlost) – standardní provedení instalované na většině vozů s pohonem zadních kol.
2. CV kloub je moderní kardanová převodovka, která udržuje stejné úhlové rychlosti.
3. Elastické polokardanové spoje.
4. Pevné polokardanové klouby.

Většina moderních vozů s pohonem předních kol je vybavena hnací hřídelí s kloubem CV. Je pohodlnější a méně podléhá vibracím, což je u osobních automobilů důležité. Takový systém je však složitější, jeho údržba není levná a při nesprávné údržbě se může snadno rozbít.

Hlavní poruchy, jejich příznaky

Nejodolnějším mechanismem v konstrukci je samotná hřídel. Je odlita z pevné slitiny, která odolá extrémní zátěži. Proto se musíte tvrdě snažit jej poškodit. Zpravidla se jedná o mechanické poškození v důsledku havárie.

Obecně lze hlavní chyby rozdělit do několika typů:

1. Vibrace – při startování nebo pohybu se mohou objevit silné nebo slabé vibrace. Toto je první známka poškození ložisek pavouka. Problém může také naznačovat nesprávné vyvážení hřídele, k tomu dochází po mechanickém poškození.
2. Klepání – charakteristický zvuk klepání při pohybu z klidu bude znamenat, že se upevňovací šrouby nebo drážky opotřebovaly. V tomto případě je nejlepší okamžitě kontaktovat servisní stanici a zkontrolovat integritu připojení.
3. Únik oleje – v místech ložisek a těsnění můžete najít malé kapičky oleje.
4. Vrzání – mohou se objevit při sešlápnutí plynového pedálu. Ve většině případů může být vrzání spojeno s vadnými panty. Při výskytu koroze se může příčník zaseknout, což vede k poškození ložiska.
5. Vadné pohyblivé ložisko – problém lze identifikovat podle charakteristického šustění v oblasti pohyblivé části hřídele. Při běžném provozu by mechanismus neměl vydávat žádné zvuky, všechny pohyby jsou plynulé. Pokud uslyšíte šustění, ložisko s největší pravděpodobností selhává. Problém lze vyřešit pouze úplnou výměnou vadného dílu.

V ojedinělých případech, kdy dojde k mechanickému poškození hlavního hřídele, může v důsledku jeho nesprávné geometrie docházet k silným vibracím. Někteří řemeslníci doporučují ručně opravit geometrii potrubí, ale to je špatné rozhodnutí a může vést k rychlému opotřebení celé konstrukce. Nejlepším řešením by byla úplná výměna poškozených prvků.

Výhody a nevýhody

Hlavní předností kardanu je schopnost odolávat extrémnímu zatížení a přenášet krouticí moment. Jeho konstrukce umožňuje eliminovat téměř všechny vibrace vozu pohybujícího se po nerovném povrchu, nemluvě o dobré silnici.

HF má samozřejmě i řadu nevýhod. Mezi hlavní nevýhody patří:

1. Velká hmotnost přidává vozu kila navíc a snižuje jeho rychlostní charakteristiky.
2. Objemný – hnací hřídel je velká mechanická konstrukce, pro kterou je nutné vytvořit pod spodkem vozidla samostatný prostor, který ovlivňuje světlou výšku.

Za zmínku stojí, že první úpravy kardanové převodovky měly ještě jednu výraznou nevýhodu – hluk a vibrace. Ale dnes moderní zvukotěsné materiály umožňují zbavit se cizího hluku a mírných vibrací během normálního provozu převodovky.

Závěr

Standardní kardan má řadu technologických nedostatků. Patří mezi ně rychlé mechanické opotřebení dílů. K tomu dochází v důsledku změn rychlosti otáčení hřídelů při pohybu vozidla. Obecně je vývoj hnacích hřídelí rok od roku znatelnější. Již dnes se začaly objevovat úpravy, které kombinují konvenční hřídel a CV klouby. Takové systémy se začaly montovat do drahých SUV a klasické modely se pomalu stávají minulostí!