За что отвечает шрус
Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС)
Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) обеспечивает передачу крутящего момента, не сковывая движение колеса
Переднеприводные автомобили в конце 60-х привлекли внимание разработчиков всех крупнейших автомобильных концернов, так как компоновка их кузова позволяет отдать максимум места в автомобиле водителю и пассажирам. Чтобы обеспечить привод на передние управляемые колеса, и не лишать их возможности поворачивать, пришлось придумать сложный механизм под названием ШРУС.
История создания ШРУСа
Поскольку конструкций шарнира равных угловых скоростей существует несколько, установить, какая из них возникла первой, достаточно сложно. Известно, что ШРУС шарикового типа, наиболее распространенный в наши дни, появился впервые в двадцатые годы прошлого века. Кулачковый ШРУС был разработан французским изобретателем по фамилии Грегуар. В начале двадцатых годов он запатентовал изобретение под именем «Тракта». Еще один тип — спаренный карданный ШРУС — применялся, в основном, в автомобилях производства США двадцатых годов, таких как Cord L29, а также в трансмиссии французских автомобилей «Панар-Левассор» 50-60-х годов. В наше время применяется в схемах транспортных средств, не развивающих высокую скорость, к примеру, на тракторах.
Назначение ШРУСа
Шарнир равных угловых скоростей используется в независимой подвеске передних управляемых колес при условии, если они же являются ведущими. ШРУС — составная деталь, и помимо вращения обеспечивает угол поворота до 70 градусов, что позволяет применять его в конструкции ведущей оси.
Сходство ШРУСа с ручной гранатой обеспечило ему соответствующее прозвище, причем, не только в русском языке
Реже встречается в заднеприводных и полноприводных автомобилях, и только в том случае, если сзади также применена независимая подвеска. В этом случае каждое из задних колес имеет пусть ограниченную, но несинхронизированную с другим колесом возможность передвижения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, что делает невозможным применение традиционных для задней ведущей оси приводных валов.
Если угол между сочленениями небольшой, с передачей крутящего момента легко справляются карданные шарниры неравных угловых скоростей. С увеличением значений этих углов валы начинают вращаться слишком неравномерно, что делает работу передачи проблематичной и ведет к потере мощности. Для решения таких проблем и существует ШРУС.
Внутренний и внешний ШРУС
Обычно в трансмиссии переднеприводных автомобилей применяются ШРУСы двух видов — внутренние и внешние. Такая конструкция придумана для обеспечения большей свободы передвижения вала, чем может обеспечить один шрус. Внутренний шрус устанавливается внутри корпуса коробки передач, а внешний устанавливается у самого колеса.
Устройство и принцип работы ШРУСа
В зависимости от типа (шариковый, триподный, кулачковый или спаренный карданный) конструкция ШРУСа может быть разной. Тем не менее, их роль в конструкции трансмиссии одинакова: ШРУС входит в состав приводного вала. Одна сторона вала вставляется в подшипник ступицы колеса, а другая – в дифференциал. Шарниры равных угловых скоростей передают энергию вращения от двигателя к ведущим колесам через подшипники ступиц.
Две основные составляющие ШРУСа – это корпус и обойма, находящаяся внутри него. Оба этих элемента имеют канавки, в которых расположены шарики. Они жестко соединяют обе детали, имеющие сферическую форму, и передают вращение.
Для наружных и внутренних ШРУСов используются различные типы шарниров: наружный конец приводного вала оснащают шаровыми, а внутренний – треножными
Диапазон рабочего угла наружного ШРУСа шире, чем у внутреннего, поскольку при повороте управляемого колеса угол поворота наружного ШРУСа может доходить до 50 градусов. Рабочий угол внутреннего ШРУСа не превышает 20 градусов. Поэтому для наружных и внутренних ШРУСов используются различные типы шарниров: наружный конец приводного вала оснащают шаровыми, а внутренний – треножными.
В конструкцию наружного ШРУСа входит обойма, установленная на валу, с шестью канавками, расположенных по радиусу. Корпус узла имеет такое же количество радиальных канавок. В них находятся шарики, которые и передают крутящий момент. Такая передача происходит от вала к корпусу ШРУСа и дальше, к ступице колеса.
Конструкция ШРУСа допускает изгиб, но не осевое перемещение. Внутренние ШРУСы, рассчитанные и на изгиб, и на осевое перемещение, имеют несколько иное устройство.
Внутренние шарниры равных угловых скоростей отличаются и между собой. Это зависит от модели автомобиля, на который они устанавливаются. К примеру, в ВАЗовских внутренних ШРУСах канавки корпуса прямые, а не радиальные.
А во внутреннем ШРУСе «Таврии» ролики установлены на трех шипах крестовины, которые вращаются на игольчатых подшипниках. Они помещаются во внутренние продольные пазы корпуса ШРУСа. Таким образом, сочленению обеспечивается как изгиб, так и осевое перемещение.
Пыльник ШРУСа удерживают на месте два хомута. Они продаются в комплекте с любым новым ШРУСом
Поскольку ШРУС располагается в проблемной зоне, где много грязи и пыли, он снабжен герметичной защитой. Эту роль выполняет пыльник – гофрированная резиновая накладка, закрепленная на корпусе ШРУСа хомутами.
Несмотря на разнообразие конструктивных решений ШРУСов, принцип их работы остается неизменным — точки контакта, передающие окружные силы, должны обязательно находиться в биссекторной полости, проходящей через биссектрису угла, образованного валами.
Достоинства и недостатки ШРУСа
К явным преимуществам ШРУСа можно отнести то, что при передаче при помощи этого шарнира потери мощности, по сравнению с другими аналогичными механизмами, почти не наблюдается. Другие плюсы — его легкий вес, относительная надежность и простота замены в случае поломки.
К недостаткам ШРУСов следует отнести наличие в конструкции пыльника, который одновременно является контейнером для смазки. Расположен ШРУС в таком месте, где его соприкосновение с посторонними предметами практически невозможно предотвратить. Пыльник может быть порван, к примеру, при езде по слишком глубокой колее, при переезде через препятствие и тп. Как правило, узнает об этом владелец автомобиля только тогда, когда грязь уже попала внутрь пыльника через трещину в пыльнике, спровоцировав интенсивный износ. Если есть уверенность, что это произошло недавно, можно снять шрус, промыть его, заменить пыльник и заполнить его новой смазкой. Если же неприятность случилась значительное время назад, ШРУС обязательно выйдет из строя раньше времени.
Как определить неисправности внутреннего ШРУСа.
Внутренний шрус – это одни из основных механизмов трансмиссии авто и именно по этой причине все элементы данного узла должны производится из качественных материалов. Как правило, срок годности элементов высок. Но, как показывает практика, данный механизм, по разным на то причинам преждевременно изнашивается. Бывает такое даже у тех машин, которые недавно покинули сборочные цеха.
Причины на это могут быть разными:
1. Плохое качество или же полное отсутствие смазочных материалов на элементах;
2. Совершенно низкое качество материала, из которого изготовился шрус, а также использование подделок и бракованных запасных частей;
3. Попадание в механизм различного мусора и воды из-за повреждений пыльника;
4. Ужасное дорожное покрытие наших дорог, агрессивное вождение транспортного средства по этим дорогам;
5. Несвоевременное приобретение и замена запасных частей. Несоблюдение правил использования транспортного средства указанных в инструкции по эксплуатации.
Первичная диагностика включает в себя поверхностный осмотр механизма. Таким образом можно определить поломку пыльника и наличие характерного звука (треска). Что бы провести более детальную диагностику, шарнир равных угловых скоростей необходимо разобрать. Для выполнения такой диагностики хорошо подойдет яма или высокая эстакада, но в тех, как показала практика, не редких случаях, когда их нет, можно воспользоваться домкратом. Провести диагностику шрусов самостоятельно не составляет особых трудностей.
Типичные неисправности:
1. Характерный шум (хруст), известный многим водителям. Признак – выработка шариков. Они настолько выработались, что свободно перекатываются по канавкам. Этот звук особенно слышно во время поворота, резкого ускорения или же при преодолении препятствий;
2. Люфт вала. Что бы убедиться в наличии люфта нужно рукой взять полуось и подвигать ее в разные стороны. Если есть наличие дефектов и выработки механизма, вы почувствуете значительный люфт в рабочей области шруса.
3. Неисправность шрусов может произойти из-за отсутствия смазочного материала внутри механизма;
4. Грязь, вода, песок и все остальное, что может быть на трассе, попадает на шарнир и со временем приводит к его непригодности.
Определение хруста от наружного ШРУСа.
Необходимо выбрать ровную площадку, на которой можно было бы поездить на машине. Выверните колеса в одну из сторон до упора и резко тронтесь. Этим вы обеспечите большую нагрузку шарниру, и если он неисправен, то вы услышите знакомый звук. Кстати, слушать его можно самостоятельно (при открытых окнах) или с помощником, чтобы он находился во время движения машины возле колеса. Второй случай особенно хорош для диагностики правых ШРУСов, поскольку звук оттуда доходит до водителя хуже. Впрочем, подобные процедуры можно проводить и на дороге или в “полевых условиях”, чтобы не заморачиваться и не искать дополнительное место для тестов.
При повороте машины влево будет хрустеть правый наружный ШРУС, а при повороте вправо — левый. Это обусловлено тем, что в этот момент соответствующие шарниры являются самыми нагруженными, поскольку на них переносится большая часть массы машины при условии создания значительного крутящего момента. А чем больше нагрузка — тем громче звук. Однако в редких случаях бывает и наоборот. Поэтому желательно слушать, с какой стороны исходит шум, снаружи машины.
Как хрустит внутренний ШРУС.
Внутренние шарниры диагностируются иначе. Чтобы определить какой ШРУС неисправен, левый или правый, нужно найти прямую дорогу со значительными выбоинами и проехаться по ней. Если шарнир поломан — он “застучит”.
Опишем еще один интересный метод определения как хрустит внутренний ШРУС, заключающийся в том, чтобы не вывешивать колеса, а значительно утяжелить заднюю часть машины (насадить много людей, загрузить багажник), то есть, сделать так, чтобы перед машины поднялся, а ось внутреннего ШРУСа как можно больше изогнулась. Если в таком положении вы услышите хруст в движении, то это является одним из признаков неисправности упомянутого узла.
При стандартной эксплуатации машины не рекомендуется постоянно ездить с высоко поднятым передом машины, то есть, не загружайте сильно заднюю часть автомобиля. Следите за пружинами амортизатора, проставками.
Универсальный метод диагностики.
Представляем вам алгоритм другого, универсального, варианта, как узнать какая “граната” хрустит. Действовать нужно в следующей последовательности:
Поставить колеса машины ровно.
Вывесить одно из передних колес с помощью домкрата.
Поставить машину на ручной тормоз и нейтральную передачу.
Запустить двигатель, выжать сцепление, включить первую передачу и медленно отпустить сцепление, то есть “тронуться” (в результате вывешенное колесо начнет вращаться).
Медленно нажимать на педаль тормоза, создавая естественную нагрузку шарниру. Если неисправна одна из внутренних “гранат”, то в это время вы услышите знакомые стуки с левой или правой стороны. Если же внутренние ШРУСы в порядке, то машина начнет попросту глохнуть.
Вывернуть руль до упора влево. Медленно нажать на педаль тормоза. Если неисправна внутренняя “граната” — она продолжит свой стук. Если неисправен еще и внешний левый ШРУС, то добавится звук и от него.
Вывернуть руль до упора вправо. Провести аналогичные процедуры. Если возникнет стук при выкрученном вправо руле — значит, неисправен правый внешний шарнир.
Не забудьте установить нейтральную передачу, заглушить двигатель и дождаться полной остановки колеса до того, как опустите его на землю.
При вывешивании колес и диагностике ШРУСов соблюдайте правила безопасности, в частности, не забывайте поставить машину на ручной тормоз, а лучше воспользуйтесь противооткатным упором
Окончательно в неисправности шрусов можно убедиться при появлении рывков при старте автомобиля и изменение его динамики. Но лучше не доводить автомобиль до такого состояния.
Внутренний ШРУС: устройство и принцип работы
Передача крутящего момента между двумя валами, находящимися под углом, всегда была интересной задачей для инженеров. Еще в середине XVI века итальянский ученый Джероламо Кардано описал подвижный шарнир для передачи момента под углом. «Карданов вал» на долгие годы стал стандартным способом обеспечения подвижного соединения двух валов. Именно кардан пытались приспособить инженеры к первым переднеприводным автомобилям для передачи крутящего момента на подвижные передние колеса. Но очень быстро выяснилось, что для работы при больших углах скрещивания карданная передача не подходит: дело в том, что она передает крутящий момент несинхронно (один вал вращается равномерно, а другой — нет), при этом значительный угол скрещивания сильно затруднен.
В ответ на эту проблему в 20-е годы прошлого века было предложено сразу несколько типов конструкций подвижного шарнира, способного передавать крутящий момент при изгибе до 70 градусов.
ШРУС
Такие соединения получили название Шарнира Равных Угловых Скоростей (ШРУС), и сегодня они являются основой механизма передачи крутящего момента от главной передачи к колесу в автомобилях с независимой подвеской. Для этого применяются ШРУС двух типов, один из которых обеспечивает большой диапазон изгиба (шариковый ШРУС) и устанавливается со стороны управляемого колеса.
ШРУС второго типа («трипод» или «трипоид»), помимо возможности изгиба, обеспечивает большее осевое смещение; он устанавливается со стороны главной передачи.
Важная особенность работы независимой подвески: при перемещении рычагов от крайнего нижнего (подвеска максимально разжата) к крайнему верхнему (сжата) положению расстояние между ступицей колеса и выходным валом трансмиссии незначительно, но меняется. А это значит, что привод должен также иметь возможность менять свою длину. Именно этому и способствуют трипоидные ШРУС, устанавливаемые с внутренней стороны привода.
Особенности трипоида
Основной элемент трипоидного ШРУС — трехлучевая вилка со шлицевым отверстием для соединения с валом привода. На этих лучах устанавливаются полусферические ролики, которые вращаются на игольчатых подшипниках. В корпусе трипоида, соединенном с фланцем полуоси, имеются специальные канавки, обеспечивающие продольное смещение и необходимый угол поворота шарнира.
Еще одной интересной особенностью трипоидов, в отличие от шариковых ШРУС, является применение игольчатых подшипников. Они обеспечивают конструкции высокий КПД при передаче крутящего момента.
При использовании соответствующей смазки (способной работать в широком диапазоне температур и при больших нагрузках) такой ШРУС является практически вечным. Основным вопросом в этом случае становится обеспечение герметичности шарнира для защиты смазки от условий среды. Для этого используют резиновый или силиконовый пыльник.
При повреждении пыльника его необходимо как можно быстрее заменить, так как попадание абразивных частиц (песок и пр.) в смазку, обволакивающую рабочие поверхности деталей, приводит к быстрому выходу внутреннего ШРУС из строя. Если смотреть на данные многолетних наблюдений, то именно из-за нарушения герметичности при разрыве пыльника выходит из строя большинство ШРУС всех типов, включая и трипоидные. Пыльники особенно подвержены повреждениям на автомобилях с внедорожными возможностями, которые время от времени попадают в довольно жесткие условия. По мере того, как рычажные подвески вытесняют неразрезные мосты на все большем числе внедорожников, проблема с трипоидами становится все более актуальной.
Нежные места внедорожника
Яркий пример — рамный японский автомобиль Nissan Pathfinder. Унаследовав раму от пикапов Nissan, «следопыт» при этом полностью лишился неразрезных мостов: сзади у машины по—примеру Pajero появилась «многорычажка». При этом автомобиль сохранил кое-какие внедорожные возможности, что позволяет владельцам смело загонять свой Pathfinder в грязь. Пыльники приводов в таком случае подвергаются воздействию песка, грязи, веток и прочего, что может нарушить их целостность. Невнимательность механика, не заметившего вовремя проблему с пыльником, может привести к ускоренному износу и выходу ШРУС из строя. Именно для задних приводов того же Pathfinder эта болезнь наиболее характерна, поскольку задний привод, в отличие от переднего, работает постоянно. А поскольку именно трипоид со своими игольчатыми подшипниками наименее устойчив к разгерметизации, то на машинах, часто съезжающих с асфальта, как раз внутренние задние ШРУС начинают шуметь в первую очередь.
Так как шарнир не может быть подвергнут ремонту, остается только замена. И здесь некоторые производители, в частности, тот же Nissan, «подкладывают» автолюбителям неприятный сюрприз. Оригинальный задний привод на Pathfinder поставляется только целиком — несмотря на то, что отдельные артикулы задних ШРУС теоретически существуют, на практике их не достать. Таким образом, владелец Pathfinder вынужден заказывать привод целиком за весьма нескромную сумму.
Шарниры и пыльники Febest
Единственным производителем, освоившим выпуск отдельных ШРУС для Nissan Pathfinder, является компания Febest. Наш внутренний задний трипоидный шарнир для этой машины является эксклюзивным продуктом, позволяющим существенно сэкономить при ремонте машины. Как и в случае с оригинальными трипоидами, мы изготавливаем этот узел из самых прочных и долговечных материалов, позволяющих шарниру передавать большой крутящий момент. Игольчатые подшипники обеспечивают высокий ресурс ШРУС при применении специальной смазки, которая поставляется в комплекте (равно как и пыльник, а также надежные хомуты для его крепления). С этим комплектом от Febest ремонт заднего привода станет не только более быстрым, но и гораздо менее затратным.
Nissan Pathfinder является лишь одним из многих примеров — в нашем каталоге вы сможете найти ШРУС для большого количества автомобилей различных марок и моделей. Более того, многие артикулы, также как и упомянутый шарнир, являются настоящими эксклюзивами, позволяющими не менять привод в сборе. Еще один яркий пример — редкая в нашей стране Mazda 5 CW. Даже пыльник ШРУС для этого автомобиля найти нелегко — японцы опять же предлагают менять привод целиком. Febest производит пыльники и ШРУС для этой машины отдельно.
Зайдите в наш онлайн-каталог и убедитесь сами!
Что такое ШРУСы и в чём их опасность
Многие современные автомобилисты никогда не слышали о существовании в их машине загадочных деталей, именуемых ШРУСами. Те же, кто с ними знаком, наверняка уже успели потратить внушительную сумму на ремонт или замену этих компонентов. Рассказываю об устройстве хитрых и чрезвычайно важных элементов автомобиля и раскрываю секреты долгой и беспроблемной эксплуатации «гранат».
Бывалые автомобилисты частенько используют альтернативное название этих деталей — «гранаты». Разумеется, неспроста: если в автомобиле есть граната, рано или поздно она обязательно взорвётся!
Шутки шутками, а доля истины в этом, конечно же, есть. ШРУС — аббревиатура, переводящаяся как «шарнир равных угловых скоростей». Именно эти детали на абсолютном большинстве переднеприводных и на некоторых полноприводных автомобилях с независимой подвеской занимается передачей крутящего момента от двигателя на ведущие колёса. ШРУСы позволяют не просто приводить колёса автомобиля в движение, но и одновременно управлять ими при весьма компактных размерах и скромной массе.
Передача вращательного момента осуществляется между полуосями под углом, величина которого постоянно меняется. «Гранатами» ШРУСы обыватели называют не только за внешнее сходство с боевым метательным снарядом, но также за непредсказуемость и своенравность: поломка ШРУСа гарантированно обездвиживает автомобиль (если у него нет блокировки межколёсногого дифференциала), притом случается она порой внезапно.
Как устроена «граната»
По принципу действия ШРУС похож на всем известный кардан. Однако такой привод намного более сложен и совершенен.
Дело в том, что карданная передача передаёт крутящий момент несинхронно (один вал вращается равномерно, а другой нет), при этом значительный угол скрещивания сильно затруднён. ШРУСы же безболезненно переваривают углы поворота до 70 градусов относительно оси и обладают при этом огромным ресурсом.
Широким распространением шарниры равных угловых скоростей обязаны популярным ныне переднеприводным автомобилям, а также распространению независимой подвески. Однако впервые созданием этой детали инженеры плотно занялись добрую сотню лет назад.
Конструкция ШРУСов может сильно различаться в зависимости от производителя автомобиля и конкретной модели. Однако принципиальной разницы в работе этой системы нет. С одной стороны вал привода соединяется со ступичным подшипником, а с другой — с дифференциалом, что позволяет передавать крутящий момент от двигателя на ведущие колёса. Наружный ШРУС состоит из обоймы и корпуса, в которых имеются канавки. По ним, в свою очередь, ходят шарики, жёстко соединяющие составные части друг с другом. Наружная «граната» должна передавать крутящий момент без потерь под любыми возможными углами. Внутренний шарнир намного менее подвижен и может поворачиваться лишь на угол до 20 градусов. Как правило, он представляет собой трипоид с роликами на подшипниках, которые ходят по канавкам в ответном стакане. Эта «граната» предназначена, в первую очередь, для компенсации ходов подвески и обеспечения неразрывности вала.
Поскольку ШРУСы относятся к силовым и достаточно нагруженным деталям, они нуждаются в смазке и защите от внешнего воздействия окружающей среды. Для этого вся конструкция закрывается герметичным пыльником (резиновым или пластиковым), набитым смазкой и удерживаемым на валах хомутами. Именно от качества пыльника и его целостности напрямую зависит срок службы «гранат», которые работают в практически никак иначе не защищённых от осадков и дорожной грязи местах.
Почему ломаются ШРУСы
Шарниры равных угловых скоростей современных автомобилей рассчитаны на весь срок службы автомобилей, однако нередко они выходят из строя совершенно внезапно для автовладельца и в самый неподходящий момент. Происходит это как по причинам естественного износа подвижных элементов, так и по вине самих автовладельцев.
В большинстве случаев виновниками проблем становятся негерметичные пыльники — в процессе эксплуатации они покрываются трещинами и получают всевозможные повреждения. В результате дорожная грязь и осадки начинают попадать в подвижные соединения и становятся абразивом. Спустя несколько сотен или тысяч километров пробега с порванным пыльником ШРУС сильно изнашивается и начинает хрустеть (обычно в поворотах), а затем попросту заклинивает или теряет ролики подшипников.
Вторая причина поломки «гранат» связана с неадекватным вождением или неграмотным вмешательством в конструкцию машины. Управляя гражданским автомобилем, стоит помнить, что он не рассчитан на длительные экстремальные нагрузки — резкие старты с пробуксовками и систематические торможения трансмиссией. Старты с вывернутыми колёсами, при которых наружные шарниры частично зажаты, приводят к запредельным нагрузкам на их элементы.
В группе риска оказываются и любители тюнинга, «разгоняющие» мотор автомобиля, но забывающие о том, что штатные приводы и ШРУСы не рассчитаны на передачу дополнительного крутящего момента.
Ремонт ШРУСов трудоёмок и возможен далеко не всегда, даже в случае если на вашем автомобиле всего лишь повреждён один из пыльников. Как правило, производитель изначально не закладывает в конструкцию возможности ремонта — весь приводной вал заменяется на новый. Нетрудно догадаться, что удовольствие это весьма недешёвое и хлопотное.
Но это лишь полбеды. На некоторых автомобилях при сильном износе или поломке трипоида роликовые подшипники теряют иголки, которые попадают в картер коробки передач, где поднимаются вместе с маслом и перемалываются шестернями. Нередко при этом ремонт автомобиля становится попросту нецелесообразным — проще и дешевле приобрести другой.
Довольно часто изношенные ШРУСы попросту заклинивают, что приводит к внезапной поломке полуоси и невозможности дальнейшего движения. И хорошо, если это случается не во время пересечения оживлённого перекрёстка. Такая ситуация чрезвычайно опасна!
Во избежание неприятностей в пути и лишних финансовых трат рекомендуется хотя бы раз в пять тысяч километров осматривать пыльники внутренних и внешних ШРУСов. При малейшем подозрении на негерметичность узлов нужно тщательно отмыть от загрязнений шарниры и заменить пыльники на новые, попутно обновив смазку. При появлении характерных хрустов не стоит откладывать ремонт в долгий ящик — скорее всего, «вылечить» такой привод уже не получится.