На автомобілях застосовують дві групи вузлів, що забезпечують передачу обертання з одного вала на інший при змінюваному куті нахилу між ними (карданні передачі), і карданні шарніри рівних кутових швидкостей, що забезпечують передачу потужності від двигуна до передніх керованих ведучих коліс автомобілів.
Карданна передача є елементом, що передає зусилля від коробки передач або роздавальної коробки до головної передачі ведучого моста автомобіля. У процесі руху автомобіля кут нахилу між валами цих вузлів змінюється, так як провідний міст підвішений на ресорах або пружинах і може переміщатися щодо рами або кузова. Переважне застосування на автомобілях отримали жорсткі карданні шарніри (шарніри Гука), що складаються з двох вилок, закріплених на валах, і хрестовини з голчастими підшипниками, що з'єднують їх. Вилки можуть гойдатися на хрестовині у взаємно перпендикулярних площинах. На кінцях карданного валу встановлено по хрестовині. Застосовують карданні передачі з одним карданним валом або з головним і проміжними валами, встановленими на проміжній опорі. У подвійній карданної передачі з одним валом до одного кінця трубчастого вала 8 (7, а) приварений наконечник 5 зі шліцами, а до іншого кінця-наконечник з виделкою другого карданного шарніра 9. Карданний вал наконечника 5 з'єднаний з шліцьовій маточиною 4 вилки 3. Ковзаюче шлицевое з'єднання одного з карданних шарнірів з валом необхідно для забезпечення можливості осьового переміщення вала при деформації ресор підвіски.
Основним елементом передачі є карданний шарнір, на частку якого в залежності від типу автомобіля п умов експлуатації доводиться 67. 91% відмов вузла [32).
Робоча температура голчастих підшипників більшості автомобілів лежить в межах мінус 50. 90 ° С. Необхідний ресурс роботи карданних передач в залежності від моделі автомобіля становить 125. 250 тис. Км. ^ Недостатня довговічність підшипників викликана в основ- оном конструкційними причинами, серед яких слід ^ виділити необгрунтований вибір конструкційних матеріалів, методів термообробки металів, недостатній ступінь герметизації вузла, наявність в карданной- передачі високочастотних вібрацій. Характерними видами руйнування карданних підшипників є помилкове брінел- лирование на доріжках кочення і шипах хрестовин, їх знос з втомним Викришування в навантаженої зоні, задираки торців шипів хрестовин, поломка голок, фреттинг-корозія і т. П. Зовнішніми ознаками незадовільної роботи карданних підшипників є підвищені зазори, стук в передачі, нагрів деталей. Втомне викришування в голчастих підшипниках пов'язано з тим, що при локальному розігріві в зоні шип - голка має місце руйнування поверхні. Голки під дією високих навантажень утворюють на поверхні шипа вм'ятини, в результаті чого швидкість ковзання в зоні контакту різко зростає, а це призводить до викришування частинок металу. Пошкодження шипів може мати характер віспинами і раковин, т. Е. Питтинга, який є наслідком не тільки контактної втоми поверхні шипа, ло і схоплювання контактуючих поверхонь з подальшим вириваючи металу. Великий вплив на довговічність сполучення шип - голка надає корозійне пошкодження поверхні, попереднє усталостному викришування.
Сліди помилкового брінеллірованія з'являються, як правило, в найбільш навантаженої зоні, де теплової знос носить яскраво виражений характер. При несоосности поверхонь тертя з'являються канавки на шипах хрестовин і зовнішньому кільці, а також спостерігається прискорене зношування поверхонь, який починається з боку торця шипа. Припускають, що в контакті виникає локальна температура близько 200. 400 ° С. У зоні сполучення з частинок зносу і розклалася мастила утворюється мазеподібний абразивний продукт, який значно прискорює знос. Таким чином, освіта слідів помилкового брінеллірованія є наслідком фрикційного, контактно-корозійного і теплового зносу. Подальша робота підшипника в цих умовах призводить до перекосу, залягання, поломки і висипання голок, заклинювання підшипника з подальшим руйнуванням цього вузла.
В процесі експлуатації викид мастильного матеріалу сприяє накопиченню значних кількостей пилу і бруду на поверхнях хрестовин і сальників, що в міру зносу сальників сприяє проникненню пилу і вологи до поверхонь тертя, а це в свою чергу викликає підвищений знос деталей і вихід з ладу вузла. У цих випадках часта зміна масла не тільки не корисна, але навіть шкідлива, тому що разом зі свіжим маслом в вузол потрапляють і абразивні частки, що осіли в голівці маслянки.
Радикальне вирішення проблеми стало можливим при використанні високоякісних пластичних мастил в поєднанні з установкою ущільнень, що забезпечують герметизацію вузла, і іншими заходами щодо підвищення Точності і якості виготовлення деталей шарніра. Однією з найбільш ефективних в таких вузлах, що встановлюються ha вантажних автомобілях, виявилася мастило № 158, а на автомобілях ВАЗ - фиол-2в. Так, на автомобілях МАЗ застосування мастила № 158 в тих же хрестовинах з цементованої стали 18ХГТ знизило знос в 6. 3,1 рази в порівнянні з маслом ТАп-15В. Впровадження указу інших заходів дало можливість на ряді моделей автомобілів (ЗІЛ, «Урал» і деяких інших) за рахунок укомплектування їх карданними валами, шарніри яких не вимагають поповнення мастила, виключити операції з технічного обслуговування даних вузлів в процесі експлуатації. У хрестовинах таких карданних шарнірів немає маслюк, а осьові канали в них виконані глухими (8). В даний час довговічність карданних шарнірів в залежності від типу автомобіля та дорожніх умов становить не менше 100..150 тис. Км.
Карданні шарніри рівних кутових швидкостей призначені для передачі крутного моменту на ведучі н / або керовані колеса передньопривідного і повнопривідного автомобіля. До найбільш поширених конструкцій карданних шарнірів рівних кутових швидкостей відносяться наступні [14]. кульковий шарнір типу Вейс, який використовується на автомобілях ЗІЛ-131 і ГАЗ-66 (9, а); шарнір Рцеппа; шарнір Тракту, застосовуваний на великовантажних автомобілях Уральського, Камського і Кременчуцького автозаводів (9,6); шарнір типу Бірфільд. застосовуваним на гюлно- приводному легковому автомобілі ВАЗ-2121 «Нива»; здвоєні карданні шарніри з голчастими підшипниками (10) і ін. Характерною особливістю умов роботи пар тертя цих вузлів є підвищені питомі навантаження [4].
Перші дві конструкції шарнірів (Вейса і Рцеппа) в якості робочих елементів мають кульки, що переміщаються одночасно в канавках провідною і відомою вилки. При їх роботі спостерігається підвищений знос внаслідок проковзування кульок. Ресурс таких шарнірів досягає 50. 60 тис. Км. Для них характерна робота при високих контактних налряженіях, що досягають 3400. 3900 МПа. У важких умовах температура цих вузлів підвищується до 150. 200 ° С, а максимальний обертовий момент до 80 Н-м. В результаті недостатніх змащувальних властивостей застосовуваних в них мастильних матеріалів порушення нормальної експлуатації (підвищення температури, стукіт, задираки і виривання металу на робочих поверхнях) настає задовго до вироблення робочого ресурсу вузла. До зменшення цього ресурсу призводить також потрапляння в вузол води, пилу і інших абразивних матеріалів. Так, в процесі подолання водних перешкод мастило AM карданна руйнується і вимивається з шарнірів.
Шарнірні з'єднання, в тому числі карданні шарніри різних кутових швидкостей, - найбільш навантажені вузли тертя автомобілів, Їх суттєва особливість полягає і реверсивності тертя ковзання пов'язаних деталей. В силу конструктивних особливостей в шарнірних вузлах неможливо створити режим рідинного тертя з огляду на те, що відносна швидкість ковзання сполучених поверхонь постійно проходить через кульове значення, а виникають гідродинамічні плівки в процесі вібрації постійно порушуються.
Специфіка роботи мастильного матеріалу в карданних шарнірах рівних кутових швидкостей складається в запобіганні прямого контакту поверхонь тертя сполучених деталей, що працюють при високих питомих навантаженнях в режимі кочення, ковзання і вібрації.
Карданні передачі включають і інші вузли тертя, які змащують пластичними мастилами, наприклад шлнцевие ковзаючі з'єднання і проміжні опори карданних валів. Шлнцевие з'єднання характеризуються відносно невисокими питомими навантаженнями, рідко перевищують 10. 20 МПа. Для них типові максимальні температури не вище 60 СС, а робітники - близько 50 ° С. Режим тертя шліцьових з'єднань, так само як і в карданних шарнірах рівних кутових швидкостей, реверсивний, для них також характерні тертя ковзання і вібрація. У проміжних опорах використовуються кулькові і роликові підшипники. Для легкових і двовісних вантажних автомобілів типова опора, що складається з кулькового підшипника, закріпленого внутрішнім кільцем на валу і встановленого на гумовій подушці, яка, в свою чергу, кріпиться до рами або кузова автомобіля. У вантажних тривісних автомобілях проміжна опора зазвичай включається в карданну передачу до другого заднього ведучого "Осту і складається з корпусу і вала, встановленого корпусі на роликових підшипниках. В обох випадках підшипники захищають сальниками і грязеотражателямі. Підшипники працюють при невисоких навантаженнях і температурах. До змащенням для цих вузлів підвищених требо ваний не пред'являється.