Для чего нужен шарнир равных угловых скоростей в авто?

Шарнир равных угловых скоростей (сокращённо ШРУС) обеспечивает передачу крутящего момента при углах поворота до 70 градусов относительно оси. ШРУСы изредка называют «гомокинетическими шарнирами» (от др.-греч. ὁμός — «равный, одинаковый» и κίνησις — «движение», «скорость»).

Используется в системах привода управляемых колёс легковых автомобилей с независимой подвеской и, реже, задних колёс и в приводах передних колес внедорожников. Жаргонное название ШРУСа в автомобиле: «граната».

Первые попытки реализовать передний привод осуществлялись при помощи обычных карданных шарниров. Однако, если колесо перемещается в вертикальной плоскости и одновременно является поворотным, наружному шарниру полуоси приходится работать в исключительно тяжелых условиях — с углами 30—35°. А уже при углах, больших 10—12°, в карданной передаче резко увеличиваются потери мощности, к тому же вращение передаётся неравномерно, растёт износ шарнира, быстро изнашиваются шины, а шестерни и валы трансмиссии начинают работать с большими перегрузками. Поэтому потребовался особый шарнир — шарнир равных угловых скоростей, — лишённый таких недостатков, передающий вращение равномерно вне зависимости от угла между соединяемыми валами.

Разновидности

Существуют различные конструкции ШРУСов. Различают обычно:

• Сухариковые или кулачковые — были разработаны французом Грегуаром и запатентованы под обозначением «Тракта» в начале 1920-х, в наше время применяются в основном на грузовиках, так как при высоких скоростях вращения вала склонны к перегреву;
• Кулачково-дисковые — «Урал-4320», КрАЗ-255Б; Часть автомобилей Газ-69 и Уаз-469 до1993г
• Шариковые — «Бендикс-Вейс» (Bendix-Weiss) с делительными канавками, «Рцеппа» (Rzeppa) с делительными рычажками, «Рцеппа-Бирфильд» со смещёнными делительными канавками, «Рцеппа-Лебро» с непараллельными делительными канавками — наиболее распространены сегодня, первые варианты были разработаны в 1920-е годы;
• Трипод(Tripod) со сферическими роликами и вилкой и Трипод-Уникардан со сферическими роликами — допускают бо́льшие осевые перемещения, но при этом — нелинейное изменение скорости при вращении под углом; часто используются как внутренние (то есть — устанавливаются со стороны привода, а не колеса); Используются чаще в задней независимой подвеске,и переднем редукторе полноприводных авто,например Nissan Terrano.
• Спаренные карданные — представляют собой состыкованные друг с другом два карданных шарнира, которые взаимно компенсируют неравномерность вращения друг друга; применялись редко, например, на ряде американских автомобилей 1920-х годов, вроде Miller 91 или Cord L29, а также французских «Панарах» пятидесятых-шестидесятых годов и ГДР-овских Wartburg. В конце 20 века устанавливались на карданные валы американских вседорожников (пример — Jeep). В настоящее время применяются на грузовиках, тракторах, строительной технике.

Наиболее распространённый сегодня шариковый ШРУС состоит из шести шариков, внешнего и внутреннего колец с прорезями под шарики, которые соединяются с приводным валом шлицевым соединением, и сепаратора, удерживающего шарики.

Отдельно стоит остановиться на выборе смазки для ШРУС. Из-за высоких ударных нагрузок, например при трогании автомобиля с места, преодолении подъёмов, данный тип шарнира требует выбора специальной смазки. Применение неподходящей для шарнира смазки — низкого качества или неспособной выдерживать ударные нагрузки, приводит к быстрому износу и выходу ШРУСа из строя.

Для шарниров Рцеппа на 6 шариках применяется пластичная смазка чёрного цвета с содержанием дисульфида молибдена MoS₂ 3% или 5% (для особо тяжёлых условий эксплуатации), что прямо указывается в описании. Смазка для шарниров типа «трипод» на игольчатых подшипниках добавки молибдена MoS₂ не содержит. В любом случае, категорически запрещено применение графитовой смазки.

Также шарнир требует периодического осмотра состояния резинового чехла, защищающего от загрязнения и попадания воды. Вода в сочетании с кислородом воздуха превращает MoS₂ в абразивный диоксид молибдена, чем сильно ограничивает применимость его в смазках.

Если обнаружены трещины или сильные потёртости, а сам чехол сохраняет герметичность, то можно обойтись заменой чехла, хомутов крепления, и заново смазать шарнир. В случае, если разрушились хомуты крепления, или чехол порван — рекомендуется замена шарнира целиком.

При больших углах поворота максимальный передаваемый шарниром крутящий момент (допустимая нагрузка) меньше (чем при малых углах поворота), поэтому при эксплуатации рекомендуется избегать больших нагрузок при «вывернутых колёсах».

Шарниры равных угловых скоростей всегда герметизируются пыльником (чехлом), так как расположение шарнира способствует попаданию в него пыли, которая быстро выводит его из строя.

Ресурс ШРУС современных автомобилей (при соблюдении герметичности чехла) очень велик и сопоставим с ресурсом самого автомобиля.

Продолжаю рассказывать про устройство автомобиля, очень много вопросов связано с передним приводом, потому как он более распространен. Начинающим водителям интересно как приводятся в движение колеса машины, ведь тут нет моста, как в заднем приводе. Однако ребята тут есть так называемый ШРУС, именно он отвечает за движение. Сегодня я постараюсь простыми словами рассказать, что это такое и как он работает.

Можно выделить всего четыре:

1. Сухариковый – применяется в основном на тяжелых автомобилях — таких как грузовики, или некоторые типы автобусов
2. Трипоидный – применяется во внутренних конструкциях, из-за своего большого осевого перемещения
3. Спаренный карданный угловой ШРУС – не так популярен, из-за сложности своего строения.
4. Шариковый – получил наибольшее распространение, именно такой стоит у нас с вами в переднеприводных автомобилях.

Строение

Как вы поняли, будем рассматривать именно шариковый ШРУС, потому как остальные практически не применяются в строении (не берусь отвечать за все марки). Строение «сухое» элементы конструкции не находятся в масле (как у заднего моста), они лишь имеют небольшую смазку. Может показаться что это устройство сложное – однако все проще, чем кажется на первый взгляд.

У этого узла всего 4 основные детали:

1. Корпус – сделанный в форме сферической чаши, в которую устанавливается ведомый вал.
2. Нижняя часть – сферический кулачок с ведущим валом.
3. Сепаратор – сделанный в форме кольца с отверстиями, где располагаются и удерживаются шарики.
4. Металлические шары – всего в конструкции их шесть, отсюда и название «шариковый».

Такое простое строение обладает высокой плавностью, автомобиль может развивать скорость ровно без каких-либо толчков. Если сравнить с карданным соединением, то там нет такой плавности.

Принцип работы

Для начала посмотрите видео ролик для общего понимания.

Теперь позвольте рассказать работу по пунктам:

1. Сам корпус ШРУСА, а также нижняя часть имеет продольные канавки, по одной для каждого шарика, то есть всего шесть.
2. Шарики в свою очередь удерживаются сепаратором, они находятся между корпусом и этой нижней частью, то есть они своего рода являются связующим элементом. Они перемещаются по этим продольным канавкам.
3. Усилие передается ведущему валу, к которому прикреплен корпус, далее передается шарикам, они в свою очередь передают нижней части, к которой присоединен ведомый вал.
4. Если автомобиль поворачивает (меняется угол вращения между валами), то шарики перемещаются по канавкам и с такой же силой передают усилие.

Такое строение позволяет установить эти элементы на передние ведущие колеса, которые изменяют свой угол благодаря рулевой рейке.

Ресурс конструкции

В разговорах опытных водителей и автослесарей можно услышать много неведомых слов, которые неизвестны начинающим автолюбителям. Например, такое слово как — ШРУС, расшифровывается как шарнир равных угловых скоростей. В данной статье обширно раскрывается тема устройства данных компонентов, также раскрыта тема долговременного и безпроблемного использования ШРУСов.

ШРУС — система, обеспечивающая передачу крутящего момента от КПП к ведущим колесам, которая позволяет поворачивать колеса под углом до 70 градусов. В народе ШРУС называют “граната”, т.к. очень схожа по форме с оружием. Инженерные умы уже около ста лет назад вплотную приступили к разработке этого элемента. “Граната” бывает разных типов, в зависимости от модели машины, но принцип работы идентичен. Одна область ведущего вала сходится со ступичным валом, а другая область с дифференциалом, от этого происходит делегирование крутящего момента от двигателя на передние колеса.

ШРУСы делятся на 4 типа:

1. Шариковый — самый часто используемый тип, стоит в автомобилях с передним приводом.
2. Сухариковый — основное применение в машинах-большевесах, например грузовики, автобусы и пр.
3. Спаренный — применяется крайне редко, т.к. слишком сложное строение.
4. Трипоидный — из-за большого осевого перемещения используется во внутренних конструкциях.

Для комфортного передвижения и нормальной работоспособности двигателя на каждой стороне находится по паре шарниров (всего их 4), они систематизируются как внутренние и внешние.

Создает вращение касательно внешнего механизма, вследствие чего происходит изменение радиуса полуоси по отношению к оси, если говорить простыми словами внутренний ШРУС — соединительный механизм между полуосью и КПП. Внутренний ШРУС наиболее неподвижен и максимальный угол поворота составляет около 20 градусов. Основная масса сборки, выглядит как трипоид с роликами на подшипниках, они в свою очередь двигаются по углублениям в встречной колбе. Такая деталь служит восполнением шагов подвески и сохранности целостности вала.

Представляет собой обойму и оболочку с углублениями, по ним двигаются шарики, совмещая составляющие части друг с другом. Для нормальной деятельности ходовой части внешняя «граната» должна качественно переводить крутящий момент под разными радиусами. ШРУС наружный крепится у основания колеса и оснащается шариковым шарниром на конце ведущего вала.

Пыльник ШРУСа выглядит как чехол, изготовленный из термопласта либо из резины, защищая шарнир от внешних неблагоприятных факторов, также предохраняет потерю автосмазки, которая находится внутри ШРУСа. Количество таких чехлов в автомобиле составляет до 20 штук. Внешне пыльник выглядит как часть гофрированной трубки. Повреждение корпуса защиты может привести к потере смазочного покрытия и вследствие этого возникает усиленная амортизация. Пыльник — единственная эффективная защита от повреждающих сегментов, и гарантия длительной исправной работы.

Диагностику чехла следует проводить на регулярной основе (ежемесячно), и при малейшей трещине заменять его. Выбирать пыльник нужно не по составу изготовления, а по качеству и репутации производителя. Слишком жесткий материал пыльника не подойдет для установки, для начала нужно одну из складок провернуть вокруг своей оси и на получившемся изгибе не должно быть заломов и трещин.

Внутренний пыльник подвергается большим нагрузкам со стороны работы двигателя с высокой температурой. Часто изнашивается инородными предметами, попадающими с проезжей части под капот. Повреждения пыльника характеризуются выделением смазки в большом количестве, внешними трещинами и микротрещинами. Внешний ШРУС непосредственно передает движение вала на ступицу колеса и по размеру он меньше, чем внутренний.

Также испытывает больший износ из-за трения деталей, взаимосвязи с дорогой и от постоянного сжатия и растяжения, так как ШРУС установлен непосредственно на колесе. Чтобы рассмотреть повреждения внешнего пыльника необходимо вывернуть руль до упора, одна сторона элемента растянется, что дает хорошую возможность определить целостность.

Внутренний ШРУС — один из главных элементов трансмиссии в автомобиле, и в связи с этим изготавливается из высококачественных материалов (не считая подделок). Обычно срок годности этих деталей высок, но часто получается что износ наступает намного раньше, такое бывает даже у новых машин.

Причины износа ШРУСа:

1. Недостаточное количество смазочного материала, либо его плохое качество.
2. Плохое качество материала при изготовлении ШРУСа, использование поддельных и бракованных деталей.
3. Проникновение инородных предметов и воды из-за того что пыльник вышел из строя.
4. Плохое покрытие дорог, и неаккуратное вождение по этим дорогам.
5. Несвоевременно проведенная диагностика и замена запчастей.

Первичную диагностику можно провести водителю самому, не прибегая к помощи автослесаря, путем поверхностного осмотра, благодаря этому можно выявить повреждения пыльника. Для более детального осмотра придется шарнир разобрать, в этом поможет эстакада, яма или просто домкрат. Провести диагностику ШРУСа самому не составит труда.

Характерные поломки шарнира:

1. Посторонние звуки (хруст), они усиливаются при: повороте, разгоне, преодолении барьеров. Шарики очень износились что беспроблемно двигаются по углублениям.
2. Недостаток смазки внутри деталей.
3. Зазор вала. Для того что бы понять так ли это, необходимо взять полуось и подвигать ее, при наличии дефекта вы сразу обнаружите люфт в рабочей стороне ШРУСа.
4. Инородные предметы, которые попадают с дорожного покрытия.

Чтобы определить звук неисправности наружного шарнира, нужно выбрать ровную поверхность, максимально повернуть в сторону руль и резко двинуться с места, обеспечивая тем самым нагрузку на шарнир, и если он действительно неисправен, то будет слышен знакомый шум. Важно определить с какой стороны исходит хруст.

Поломку во внутренних шарнирах диагностируют немного по-другому. Здесь наоборот необходимо найти плохую дорогу с ямами и проехать по ним. Если ШРУС застучал, то значит выявилась поломка. Существует еще способ диагностики хруста внутреннего ШРУСа. Нужно нагрузить хвостовую часть машины так, чтобы перед приподнялся, а ось внутреннего шарнира по возможности максимально согнулась. Приоритетным признаком поломки является хруст в движении. Не рекомендуется ездить с загруженной задней частью машины, на постоянной основе, контролируйте пружины амортизатора.

Третий способ распознать с какой стороны “граната” стучит, заключается в последующем алгоритме:

• 1 — выставить равномерно колеса автомобиля.
• 2 — поднять одно любое ведущее колесо подъемником.
• 3 — установить автомобиль на ручник и снять с передачи.
• 4 — плавно “тронуться” (вывешенное колесо начнет вращаться).
• 5 — потихоньку выжать педаль тормоза, таким образом создается естественная нагрузка на “гранату”. Если присутствует неисправность в одном из внутренних ШРУСов, сразу появятся звуки, в неисправной части машины. Если дефекта нету, то машина просто начинает глохнуть.
• 6 — Максимально вывернуть руль. Медленно выжимать педаль тормоза. Если есть неисправность — то хруст будет продолжаться. Если присутствует поломка ШРУСа с другой стороны, то прибавится дополнительный звук. Полностью понять что поломка состоит именно в ШРУСе можно если в начале движения авто появились рывки. Предпочтительнее конечно машину не доводить до состояния полной амортизации и проводить ежемесячную проверку. При подвешивании колеса и проверке ШРУСов придерживайтесь правилам безопасности, не забывайте поставить машину на ручник, а лучше всего пользуйтесь колесным стопором. Обратите внимание, не забыли ли вы установить нейтральную передачу, выключить двигатель, дождитесь полной остановки колеса до того, как поставите его на поверхность.

ШРУС – деталь ходовой части, который необходима регулярная диагностика. Даже малое проникновение грязи и влаги может быстро привести в негодность. Избежать этого можно с помощью проведения осмотра резиновых чехлов на наличие повреждений. Для того чтобы понять какой износ детали, необязательно ехать на СТО, проверка и замена ШРУСа может проводиться автолюбителем самостоятельно, о которой было написано выше. Многие автомобилисты узнав стоимость замены шарнира, продолжают ездить со сломанной деталью, а зря. Замена ШРУСа — эт о единственный способ комфортно передвигаться на своем автомобиле.

Некоторые водители думают что эти делали долговечные и их не стоит менять, но это большое заблуждение. Произвести замену ШРУСа нужно сразу же как выявили хоть незначительные неисправности, в противном случае машина “станет колом”. Опытному хозяину машины не составит труда заменить шарнир самостоятельно, а новичку придётся “повозиться”.

Небольшой совет: слейте немного масла с трансмиссии, перед снятием колеса и возьмите монтировку — она будет рычагом при снятии ведущего вала. Чтобы сменить ШРУС необходимо сначала снять колесо, открутить болты ступицы, убрать тормозной диск, суппорт, шаровую опору и рулевой наконечник.

Монтировкой, спокойными ударами, отбиваем ведущий вал. Далее такими же ударами нужно выбить наружную “гранату”, вращая ее по полуоси и поставить новую деталь таким же методом. Ставя колеса на место будьте очень внимательны, так как есть вероятность получить развал колес. Длительность замены шарниров составляет около часа.

Регулярно диагностируйте свой автомобиль и тогда не придется возится с заменой ШРУСа.