Принцип работы полуосей на машине

Хотя приводной вал, часто именуемый полуосью, не является частью карданной передачи, он входит в конструкцию трансмиссии автомобиля и является её важной составной частью.

Сегодня мы рассмотрим, какие задачи выполняет ПВ, какие бывают полуоси, как функционируют.

Рассмотрим также, почему эти узлы трансмиссии выходят из строя и как увеличить их ресурс.

Назначение полуоси

Что такое полуось автомобиля, известно всем водителям. Основная функция этой детали – передача крутящего момента на ведущие колёса, поддержка возможности поворота колёс на скорости, а также обеспечение плавности движения транспортного средства при наличии незначительных вибраций.

Как правило, приводной вал устанавливается на неуправляемые колёса на автомобилях с зависимой подвеской. В случае независимой подвески эту функцию берёт на себя карданная передача, причём на неуправляемые (для легковых авто это задние) колёса устанавливается шарнирный механизм неравных угловых скоростей, а на управляемых передних с этой задачей справляется шарнир равных УС.

Общими словами можно описать, для чего предназначены полуоси, как возможность воспринимать на себя действие различных сил, формируемых в результате движении автомобиля. Отметим, что в абсолютных величинах это очень серьёзные нагрузки, поэтому к конструкции полуосей и материалу их изготовления предъявляются повышенные требования.

Наличие в составе приводного вала двух шарниров, расположенных по обоим концам детали, позволяет существенно уменьшить вибрации, передаваемые на рулевую колонку, препятствуя движению машины рывками.

Устройство, принцип функционирования ПВ

Конструкция полуоси устроена таким образом, что максимальный коэффициент передачи крутящего момента обеспечивается вне зависимости от текущего положения колёс. Рассмотрим, из чего состоит полуось:

• наружного ШРУСа (шарнира, обеспечивающего сопряжение ступицы колеса с полуосью);
• внутреннего ШРУСа, передающего крутящий момент с дифференциала;
• собственно оси.

Физически вал оси представляет собой отрезок цельной трубы, к концам которой методом сварки присоединены переходники для монтажа шарниров угловых скоростей. Чтобы предотвратить прокручивание этих деталей, они имеют шлицевое соединение.

Вал дополнительно фиксируется на стыке с переходником стопорным кольцом, предотвращающим вероятность отсоединения оси от ШРУСа.

Именно такая двухшарнирная конструкция используется на большинстве переднеприводных автомобилей, при этом оба шарнира выполняют несколько различающиеся задачи. Внутренние гасят вибрации при вертикальных перемещениях колёс (наездах на неровности дорожного полотна), внешние шарниры ответственны за перемещения колёсных дисков при изменении направления движения ТС, то есть при поворотах.

Колёсная ступица крепится к ПВ посредством фланца – такой способ считается наиболее надёжным и потому получил повсеместное распространение. Изнутри крепление с полуосевой шестерней осуществляется с помощью шлицов. Существуют также бесфланцевые ПВ, у которых и на внешней стороне вала расположены шлицы, на которые крепится фланец ступицы или колёсного диска (такая конструкция применяется, в частности, в грузовиках КрАЗ/МАЗ).

Колёсный диск крепится к фланцу вала гайками, на концевую часть полуоси напрессовывают шарикоподшипник. Резиновые сальники препятствуют вытеканию смазки из внутренней полости подшипника. Сам приводной вал монтируется на подшипнике с помощью стального наконечника, имеющего специальную выточку. Сам наконечник намертво приварен к кожуху ПВ. Фиксация подшипника осуществляется стопорным кольцом, которое напрессовывается на вал. Между зажимным кольцом и шарикоподшипником имеется пружинное кольцо, задача которого – повысить надёжность фиксации подшипника.

Крепление подшипника в выточке осуществляется посредством пластины, смонтированной на фланце с помощью болтового соединения. Здесь же крепится тормозной щит, а также маслоотражатель. Чтобы подшипник не стучал, под внешнее кольцо устанавливают пружинную прокладку.

Мы разобрались, что такое полуось автомобиля, только в общих чертах, поскольку конкретная реализация зависит от типа приводного вала.

Классификация полуосей

Поскольку приводной вал состоит из множества элементов, все они изготавливаются из разных материалов. Собственно полуось производится из особых сортов стали с добавками, обеспечивающими высочайшую прочность изделия на все возможные нагрузки.

В зависимости от способа изготовления различают следующие разновидности полуосей:

• сплошные, когда приводной вал не имеет съёмных элементов. Чаще всего такая конструкция используется на передней оси транспортного средства. Понятно, что цельная конструкция – самая долговечная, однако её нельзя назвать универсальным решением;
• моноблочные полуоси тоже являются цельными, однако они полые внутри – это снижает прочность, но существенно облегчает конструкцию;
• полуоси с шариковой втулкой обычно устанавливаются на автотранспортные средства, характеризующиеся повышенной проходимостью. Втулка как раз и является тем элементом, которые обеспечивает максимальную плавность хода и способствует снижению шума при работе полуоси.

Рассмотрим, какие силы действуют на приводной вал при движении автомобиля. Это, конечно же, сила тяжести, которая активируется при вертикальной составляющей, а также боковые и касательные нагрузки, возникающие при поворотах авто, во время заносов, при движении по участку дороги с поперечно расположенным уклоном, в результате воздействия бокового потока воздуха (порывы ветра).

В зависимости от конструкции внешнего крепления, которая и определяет уровень нагруженности вала изгибающими моментами различной направленности, различают следующие разновидности полуосей:

• разгруженные полностью;
• полуразгруженные;
• разгруженные на ¾.

В последнем случае конструкция вала предусматривает наличие только опорного подшипника, к которому крепится колёсный диск/ступица. Поскольку такая конструкция не способна гасить изгибающие нагрузки, она используется относительно редко.

Полуразгруженный приводной вал обычно устанавливают на легковые авто, а также грузовики небольшой грузоподъёмности, не испытывающие значительных вертикально направленных нагрузок.

В данном случае место установки подшипника – между кожухом ПВ и самой полуосью, которая, в свою очередь, крепится к колёсной ступице. Такая конструкция приводит к появлению разнонаправленных изгибающих моментов, воздействующих на ПВ в горизонтальной/вертикальной плоскостях, а также в плоскости поворота колеса на плече, длина которого равна диаметру шины.

Достоинства:

• сравнительно простая конструкция;
• малая масса.

Недостатки:

• невысокая способность противостоять нагрузкам;
• поломка ПВ приводит к потере колеса, что при движении на скорости становится причиной потери управляемости и опрокидывания транспортного средства.

Полностью разгруженный приводной вал – прерогатива автобусов и тяжелых грузовиков. Внутри моста такая конструкция устанавливается свободно, фиксация на мостовой балке осуществляется посредством двух подшипников, на которые и возлагается ответственность за гашение всех видов изгибающих моментов. Полуось оказывается свободной и ответственна только за передачу от силового агрегата на колёса крутящего момента.

Достоинства:

• способность противостоять значительным нагрузкам;
• поломка полуоси не является критичной, её замена не представляет сложности (при движении на полноприводном автомобиле можно даже двигаться дальше, используя другой мост).

Недостатки – прямая противоположность плюсов полуразгруженных полуосей:

• солидный вес приводного вала;
• сложная конструкция.

Причины возникновения неисправности полуосей

При движении автотранспортного средства возникает множество нагрузок, приходящихся на элементы подвески. Часть из них воспринимается и приводным валом:

• изгибающий момент, формирующийся под воздействием силы земного притяжения;
• касательный изгибающий момент, проявляющийся при резком разгоне/торможении;
• боковое воздействие, возникающее в результате заносов автотранспортного средства;
• нагрузки, которые испытывает автомобиль при воздействия сильных порывов бокового ветра.

При движении по дорогам откровенно плохого качества приводной вал испытывает воздействие нагрузок экстремальной силы. Хотя сам вал изготавливается из очень крепкой стали и его поломка – явление исключительно редкое, про остальные узлы полуоси этого не скажешь. При этом следует учитывать, что в большинстве случаев поломка ПВ приводит к полной или в лучшем случае к частичной потере управляемости автотранспортом, поэтому уходу за этой деталью трансмиссии следует уделять первостепенное значение.

Прежде всего, речь идёт о регулярной проверке состояния подшипников – именно они считаются «слабым звеном» в конструкции всех разновидностей полуосей.

Кроме преждевременного износа деталей приводного вала, могут встречаться и механические повреждения, возникающие в результате воздействия сторонних предметов.

Перечислим основные симптомы неисправностей приводного вала:

• пробуксовка колес, возникающая в момент переключения скоростей;
• ухудшение или невозможность включения некоторых передач;
• появление в системе осадков в виде пены;
• наличие утечек трансмиссионного масла;
• появления непривычных шумов, локализующихся в области привода автотранспортного средства;
• уход автомобиля от прямолинейной траектории, а также виляния в стороны;
• появление вибрации, идущей со стороны днища машины.

Разумеется, практически все эти признаки являются косвенными, поскольку могут свидетельствовать и о других неисправностях, не относящихся к приводному валу.

Чаще всего, как уже упоминалось, нормальное функционирование полуосей нарушается из-за износа подшипников. Эта неисправность, в свою очередь, становится причиной утечки ТМ и потери герметичности сальниками полуосей.

Хотя трансмиссионное масло работает не в столь экстремальных условиях, как моторное, оно также подвергается сильному нагреву. Разжижаясь при нагреве, оно частично утрачивает свои смазывающие характеристики, сила трения в узлах вала возрастает, что и приводит к нарушению целостности сальников.

Согласно данным статистики, примерно в 90% случаев поломки полуоси виновниками и становятся именно подшипники. Отметим, что преждевременный износ деталей ПВ может быть вызван и попаданием внутрь мельчайших абразивных частиц. Иногда выход из строя подшипников обусловлен наличием дефектов в запорных кольцах.

Ещё одной достаточно распространённой причиной частичной потери работоспособности полуоси является повреждение шлицов, а также ослабление болтовых креплений. Если не следить за состоянием концевых устройств ПВ, в один не очень прекрасный момент они могут просто переломиться, что наверняка станет причиной возникновения ДТП. Обычно валы лопаются посередине, реже – около подшипника или у самого шлица.

Для переднеприводных авто характерна такая неприятность, как потеря целостности защитного кожуха ШРУСа, именуемого пыльником. Этот разрыв может быть связан с разными факторами: механическим воздействием, перепадами температуры, попаданием на поверхность химически активных веществ, включая используемые на автомобиле технические жидкости, а также просто почтенный возраст пыльника. При появлении разрывов на резинке пыльника внутрь вала проникает влага, пыль и грязь, что становится причиной его быстрого выхода из строя.

В результате длительной эксплуатации места крепления приводного вала разбалтываются, что становится причиной возникновения биений, разрушающих шлицы. Такая неприятность страшнее выходя из строя подшипника, поскольку в таких случаях полуось придётся менять.

Нередко преждевременный выход из строя деталей ПВ вызван действиями владельца – установкой некачественный деталей полуоси при проведении ремонтных операций. Именно поэтому рекомендуется приобретать только оригинальные или рекомендованные автопроизводителем детали – в этом случае претензии к качеству у вас не возникнут. Но зато любая ваша ошибка или неточность при проведении монтажных работ может стать причиной быстрой поломки элементов приводного вала.

Поэтому рекомендуется проводить диагностику полуосей каждые 10-15 тысяч километров, желательно – с применением специализированного оборудования, включая измерительные стенды.

Ремонт вала заключается в установке взамен полностью изношенной или повреждённой детали новой. Сам вал меняется в исключительных случаях, например, при потере геометрии в результате попадания в ДТП, или при разрушении вследствие развития коррозионных процессов.