Kardan v autě – co to je? Jak fungují jeho mechanismy, k čemu slouží a co se stane, když selže?

Kardanový hřídel: důležitý prvek v převodových mechanismech

Definice hnacího hřídele

Kardanový hřídel je zařízení, které se používá k přenosu točivého momentu mezi dvěma divergentními osami otáčení. Je důležitým prvkem v převodových mechanismech, jako jsou automobily, zemědělské stroje, stavební a průmyslové stroje.

Obecné pochopení jeho struktury a funkce

Kardanový hřídel se skládá z několika částí: kardanové kříže, trubky a spojovací hřídele. Zajišťuje přenos točivého momentu z motoru na kola nebo jiné pracovní části stroje. Hnací hřídel umožňuje kompenzovat rozdíly v úhlech mezi hřídeli a zajišťuje plynulé a efektivní otáčení. Je důležité správně vybrat a udržovat hnací hřídel, aby nedošlo k opotřebení a poškození převodových mechanismů.

Účel kardanové hřídele

Pereda krutiashchego momenta

Hnací hřídel se používá k přenosu točivého momentu z jedné hřídele na druhou. Umožňuje přenos otáčivého pohybu i při malých úhlech sklonu nebo posunutí os hřídelů.

Spojení dvou hřídelí pod úhlem

Kardanový hřídel umožňuje spojení dvou hřídelí pod úhlem k sobě. To je užitečné zejména v případech, kdy jsou motor a pohon na různých úrovních nebo kde je potřeba přenést točivý moment přes překážky.

Kompenzace úhlových pohybů a vibrací

Kardanový hřídel je schopen kompenzovat úhlové posuny a vibrace, což snižuje zatížení zařízení a zvyšuje jeho spolehlivost. To je důležité zejména v automobilovém průmyslu, kde se hnací hřídel používá k přenosu točivého momentu z motoru na kola.

K čemu je hnací hřídel?

Hnací hřídel je nedílnou součástí převodovky vozidla a slouží k přenosu točivého momentu z motoru na hnací kola. Umožňuje kompenzovat rozdíl v úhlech sklonu mezi dvěma hřídeli a poskytuje volnost pohybu při změně úhlu.

Hlavní prvky

1. Kardanové klouby

Univerzální klouby spojují hnací hřídele a poskytují flexibilitu a volnost pohybu při změně úhlů.

2. Kardanové příčky

Kardanové příčníky jsou spojovací prvky, které zajišťují přenos točivého momentu z jedné hřídele na druhou.

3. Objímky a trubky

Objímky a trubky slouží k ochraně hnacího hřídele před vnějšími vlivy a zajišťují jeho spolehlivý provoz.

Typy kardanových hřídelí

1. Jednodílné hnací hřídele

Jednodílné hnací hřídele se skládají z jednoho kusu a používají se v jednoduchých systémech přenosu točivého momentu.

2. Dvoudílné hnací hřídele

Dvoudílné hnací hřídele se skládají ze dvou částí, což jim umožňuje kompenzovat velké úhly náklonu a zvýšit spolehlivost převodu.

3. Třídílné hnací hřídele

Třídílné hnací hřídele se skládají ze tří částí a poskytují možnost kompenzovat velké úhly náklonu při přenosu točivého momentu.

Aplikace kardanových hřídelí

Automobilový průmysl

Hnací hřídel hraje důležitou roli v automobilovém průmyslu, kde slouží k přenosu výkonu z motoru na kola. To umožňuje vozu pohybovat se vpřed pomocí motoru a převodovky. Hnací hřídel zajišťuje efektivní přenos točivého momentu a stabilitu vozidla na silnici.

Zemědělství

V zemědělství se hnací hřídele používají k přenosu točivého momentu u zemědělských strojů, jako jsou traktory, kombajny a další zemědělské stroje. Pomáhají zvyšovat produktivitu a efektivitu zemědělských strojů tím, že zajišťují spolehlivý přenos výkonu z motoru na pracovní nástroje.

Průmysl

Kardanové hřídele mají široké uplatnění také v průmyslu, kde nacházejí uplatnění v různých strojích a zařízeních. Pomáhají přenášet točivý moment mezi různými částmi strojního zařízení a zajišťují hladké a efektivní fungování zařízení. Kardanové hřídele se používají v průmyslových odvětvích, jako je výroba, těžba, stavebnictví a další průmyslové aplikace.

Výhody kardanových hřídelí:

1. Vysoká spolehlivost

Kardanové hřídele jsou vyrobeny z odolných materiálů, což zajišťuje vysokou spolehlivost a dlouhou životnost. Jsou schopny přenášet točivý moment na velké vzdálenosti bez ztráty účinnosti.

2. Možnost kompenzace úhlových posunů

Hnací hřídele umožňují kompenzovat úhlové nesouososti mezi různými součástmi hnacího ústrojí. To je užitečné zejména při drsné jízdě nebo při práci na nerovném terénu.

3. Snadná údržba

Kardanové hřídele nevyžadují složitou údržbu a v případě potřeby je lze snadno vyměnit. Díky tomu se snadno používají a obsluhují.

Nevýhody kardanových hřídelí:

1. Vyžadujte pravidelnou údržbu

K udržení vysokého výkonu a spolehlivosti vyžadují hnací hřídele pravidelnou údržbu, včetně mazání a kontroly opotřebení. V opačném případě mohou selhat a vyžadovat výměnu.

2. Může mít omezení přenosu energie

V závislosti na konstrukci a materiálech použitých při výrobě mohou mít hnací hřídele omezení z hlediska přenosu síly. To může být problém při manipulaci s těžkými břemeny nebo při vysokém namáhání.

Hnací hřídel je jednotka, která přímo přenáší točivý moment (energii otáčení) na kola.

Začátečníci si někdy pletou pojmy „vrtulový hřídel“ a „univerzální pohon“. Abyste tomu zabránili, je důležité naučit se následující věci:

1. Kardanový hřídel má dva opěrné body;
2. Pohon hnacího ústrojí může mít více podpěr a zahrnuje více hnacích hřídelí.

Kardanové hřídele lze snadno najít u osobních vozidel (auta s pohonem všech kol a zadních kol), lehkých nákladních automobilů, autobusů, sklápěčů, nákladních automobilů, autojeřábů, nakladačů, traktorů, čtyřkolek. Hnací hřídele jsou ale mezi auty s pohonem předních kol nepopulární. Je obtížné dosáhnout synchronního otáčení hřídelí. Výjimkou jsou vozidla s HF s CV kloubem.

Kardanové hřídelové zařízení

Hlavní prvky nejoblíbenější úpravy zařízení:

• Centrální hřídel (kardanová trubka, náprava). Dutá kovová trubka. Pevná tažená část. Konstrukční prvek, na který jsou připevněny další díly.
• Kříž. Důležité pro implementaci funkce ovládání proměnných úhlů náklonu a podle toho i rotačních prvků. Správný rozsah proměnných úhlů náklonu je od 0 do 20 stupňů. To je důležité, aby hřídel nepřerušovala rotaci. Vysoce kvalitní příčníky jsou vyrobeny z legované oceli lisováním za tepla.
• Svařovaná vidlice. Spojovací prvek mezi střední a hlavní hřídelí. Hraje roli kompenzátoru výškové vzdálenosti mezi hřídelemi. Hodnotu svařované vidlice oceníte především v terénu. Při výběru vidlice pro HF (například v případě výměny) je důležité vzít v úvahu velikost kříže, montážní průměr trubky, maximální úhel závěsu a typ upevnění.
• Příruba závěsné vidlice (kardanová příruba). Příruba vidlice je namontována v oblasti, kde je hřídel připevněna k mostu. Skládá se z příruby (plochého kotouče) a dvou rohů, ve kterých jsou vytvořeny otvory pro příčník pro šrouby. Vidlice je připevněna k protipřírubě na hnacích nápravách nebo převodovce. Nejslibnější jsou vidlicové příruby se 4 drážkovanými „patkami“ v oblastech instalace šroubů a drážkami na protilehlých přírubách. Taková řešení jsou zárukou kvalitního připojení uzlů. Při výběru příruby při výměně dílu je důležité vzít v úvahu průměr otvorů a jejich počet a průměr samotné příruby.
• Spline spojení. Zodpovědný za transformaci pracovní délky během pohybu. Jeden drážkový spojovací bod je upevněn na převodovce, druhý na převodovce. Když je vozidlo nuceno překonávat nerovnosti a díry, interval mezi opěrnými body se prodlužuje a díky drážkovému spojení se kardan „natahuje“.

Obě vidlice, kříž a drážkovaný kloub tvoří tzv. závěsovou jednotku. Jeho hlavním úkolem je přenášet točivý moment s měnícím se úhlem.

Výjimka! Na některých SUV se místo příčníku můžete setkat s kardany s CV klouby. V tomto případě neexistuje žádné spline spojení.

Zařízení řady KV obsahuje elastickou spojku. Pomáhá vyhladit kolísání točivého momentu a kompenzovat axiální a úhlové odchylky.

Ložiska

Pokud se bavíme nejen o kardanu, ale i kardanové převodovce jako celku, nesmíme při úvahách o zařízení zapomenout na ložiska. Pro udržení hřídele vrtule v technicky správné poloze je na něm instalováno zavěšené kovové ložisko s kovovou klecí a pryžovým polštářem.

Je to zavěšené ložisko, které přebírá zatížení (axiální, radiální) a zajišťuje rotaci a odvalování. Jedná se o jeden z nejvíce zatěžovaných prvků převodovky, a proto vyžaduje pravidelnou údržbu.

Mezilehlé ložisko plní funkci podpory hlavního hřídele a poskytuje mu schopnost otáčení v požadovaném směru. Nejlepší tlumicí vlastnosti mají ložiska ve formě kroužku z elastomeru.

Jaká je funkce hnacího hřídele?

HF je schopen vykonávat dvě důležité funkce.

1. Základní. Přenos točivého momentu z převodovky nebo rozdělovací převodovky vozu na zadní kola. Kardan umožňuje jemně přenášet točivý moment z převodovky na kola, tlumit vibrace v terénu a zajistit plynulou jízdu.
2. Další. Hraje roli spojovacího článku mezi sloupkem řízení a hřebenem. To znamená, že je již součástí mechanismu řízení. HF pomáhá zlepšit pocit z řízení.

Typy kardanových hřídelí

• Podle typu kardanového převodu: otevřený a uzavřený HF. Otevřený kardan je samostatným prvkem vozidla, uzavřený je integrován do jiného celku. Běžnou možností pro uzavřené CV je jejich zabudování do skříně hnací nápravy.
• Provedení: pevný kardan, kulový kardan a kardan vačkového typu se stejnými úhlovými rychlostmi. Přenos točivých momentů z vidlice s tuhými kardany je nerovnoměrný. Proto je rozhodnutí také nepopulární. Lze jej nalézt pouze u některých osobních automobilů. V užitkových vozidlech se můžete častěji setkat s kulovými hnacími hřídeli (nejoblíbenější varianta) a vačkovými hnacími hřídeli. Obrovským plusem kuličkových kardanů jsou dělící drážky, které zajišťují optimální polohu kuliček v rovině. Funkční, praktické.
• Podle materiálu. Základním materiálem všech HF je kov. Nejoblíbenější možností je dnes ocel. Litinové a hliníkové HF jsou poněkud méně běžné.
• Podle schopnosti provádět náhradu. Řešení, která umožňují kompenzaci významných axiálních pohybů mezi středy kardanů, jsou považována za univerzální. Pokud to není možné, pak máme jednoduché HF.
• Podle kinematických vlastností. Asynchronní a synchronní. Asynchronní konstrukce jsou oblíbeným řešením s pavoukem a vidlicí (najdete na vozidlech s pohonem zadních kol). Synchronní – řešení s klouby CV (k dispozici u vozidel s pohonem předních kol, některých modelů vozidel s pohonem všech kol). Asynchronní přenos je hlučnější než přenos synchronní, ale zároveň levnější na výrobu a jednodušší na údržbu.
• Podle počtu podpor. Většina vozidel má tříramenné hnací hřídele s jedním ložiskem fungujícím jako spojka mezi hlavním a mezilehlým hřídelem. Dvounohé konstrukce jsou poněkud méně obvyklé (montují se hlavně na nákladní automobily a řadu vozidel s pohonem všech kol). A ještě méně často najdete třínohé struktury. Toto řešení je obvykle vlastní automobilkám Chrysler a Lexus.
• Podle počtu sekcí. Jednodílné (ve skutečnosti jde o trubku, na jejímž konci jsou křížky a hroty) a vícedílné.

Kontrola stavu kloubového hřídele

I když je vůz provozován v neextrémních podmínkách (jízda po městských komunikacích), je nutná kontrola stavu hnacího hřídele každých 5 tisíc kilometrů. Při jízdě po polních cestách se kontrola doporučuje ještě častěji: každé 3 XNUMX km. Speciální vybavení má své vlastní požadavky. Vše závisí na tom, na jaké objekty se používá. Při kontrole je největší pozornost věnována příčnému nosníku, který se může začít rolovat a zasekávat, a také přívěsnému ložisku. Vznik zpětných rázů po určitém počtu ujetých kilometrů je zcela přirozeným jevem.

Spline spojení je také velmi zranitelné. Především proto, že se jedná o pohyblivý mechanismus, který neustále naráží na dynamické zatížení.

Doporučuje se zkontrolovat díly v následujícím pořadí:

• Spojovací prvky (matice, podložky) ložisek, spojky, přírubové vidlice. Je důležité, aby byly na místě nejen všechny spoje, ale také utahovací momenty odpovídaly požadavkům provozních podmínek.
• Spojky v momentu kroucení hřídele. Přítomnost prasklin, natož prasklin, na spojkách je nepřijatelná. Pokud dojde k takovému problému, je třeba součást naléhavě vyměnit.
• Spline spojení v okamžiku otáčení hřídele. Zde je důležité pochopit, zda existují nějaké zpětné reakce. Aby bylo vyhodnocení stavu splajnu co nejspolehlivější, je vhodné rotovat v obou směrech.
• Panty. Jednoduchá vizuální kontrola zde nestačí. Mezi vidlice je třeba umístit šroubovák a důkladně pumpovat. Nepříjemným momentem je opět nalezení mezery. V tomto případě budete muset nainstalovat nový kříž.
• Ložiska. Zásadní význam má způsob provádění ověřování. Dovednosti jsou důležité. Abyste nevynechali vůli, musíte HF držet jednou rukou a druhou ji táhnout různými směry.

Kardanová hřídel služba

Tradiční schéma údržby je založeno na třech operacích:

• Kontrola stavu hřídele (viz výše).
• Výměna vadných dílů (přesně výměna, obnova za přítomnosti vůle a prasklin je negramotným řešením problému).
• Mazání drážkového kloubu. Při výběru maziva věnujte pozornost zatížení svařováním (zodpovědné za vlastnosti při extrémním tlaku). Drahé produkty jsou orientovány na svařovací zatížení do 3920 Newtonů. U vysokofrekvenčních drážek na těžkých nákladních vozidlech se jejich použití pouze doporučuje. Pro osobní automobily postačí mazivo pro drážky pro nízké zatížení. Zde se nedoporučuje přeplácet za produkt.

Poruchy kloubového hřídele

Problém může nastat jak v celém zařízení, tak pouze v jeho jednotlivých součástech a částech:

• Zlomená svařovaná vidlice. Dochází k němu v důsledku prvotní nesprávné instalace příčníku, poškození montážních otvorů pro tento díl a zničení vidlice.
• Selhání přírubové vidlice. Vyskytuje se v důsledku opotřebení, odštípnutí, prasknutí nebo poškození upevňovacích šroubů.
• Selhání ložiska. Častěji – kvůli přirozenému opotřebení, chybám při montáži, neustálému kontaktu ložiska s prachem a stylu jízdy založenému na neustálém tvrdém řazení.
• Deformace, ohyb HF. Na základě prohlídky se technik rozhodne, zda lze problém vyřešit čistě mechanickou obnovou, nebo je potřeba vyměnit řadu prvků.
• Vibrace hnacího hřídele. Nejčastěji se jedná o „reakci“ na nesprávné seřízení dílů, zvětšení mezer mezi díly při provozu vozidla ve ztížených provozních podmínkách nebo nesprávné opravy (neodborně provedené svářečské práce).
• Kardan začne „zvonit“. Důvody mohou být různé. Pokud je podpěra poškozená, nejlepší možností je vyměnit kardan, pokud je ochranná botka uvolněná, stačí provést opravu svařováním. Nejjednodušší možnost: je problém s drážkovaným krytem – stačí jej vyměnit za nový.

Demontáž a instalace kloubového hřídele

Renovace a opravy automobilů zahrnují jejich demontáž a naopak montáž na převodovku.

Hlavní věc je, že při odstraňování HF musíte dodržovat přísný postup:

• Odšroubujte šrouby a matice, abyste oddálili kardanovou přírubu od převodovky.
• Spusťte přírubu dolů.
• Odšroubujte upevňovací šrouby.
• Odsuňte kardan od převodovky.
• Odšroubujte upevňovací šrouby ložiska.

Při instalaci HF proveďte postupy v opačném pořadí. Dodržování tohoto schématu vám pomůže vyhnout se chybám.

Další informace můžete vidět v modulech LCMS ELECTUDE – platformě pro školení automechaniků, automechatroniků a autodiagnostiků.