Принцип работы и конструктивные особенности шарниров

Впервые шарниры равных угловых скоростей появились в переднеприводных автотранспортных средствах в 1925 году. Это был шарнир типа «Тракта», конструкция которого включает всего 4 элемента: две втулки, два фасонных кулака с ошлифованной поверхностью. Взглянув на этот узел в автомобиле сейчас, можно узнать карданный ШРУС с фиксированными осями качания. Для установки в тяжелые грузовые автомобили и строительную технику в СССР был изобретен кулачково-дисковый шарнир. Помимо основных деталей его конструкцию дополнил диск. Деталь устанавливается на автомобилях типа Урал, КамАЗ, КрАЗ.

Принцип работы и усовершенствование

Взаимодействующие в шарнирах детали с развитыми поверхностями передают крутящий момент значительной величины. Показатель доходит до 45-градусного угла между двумя валами. Из-за постоянного трения, поверхности были подвержены быстрому изнашиванию, обеспечивали низкий КПД, детали быстро грелись, покрывались задирами, требовали замены.

Чтобы повысить работоспособность, усовершенствовать и снизить степень износа немецкий инженер-изобретатель Карл Вейс предложил решение – шариковый шарнир с канавками, широко применяемый с 1923 года и именуемый «шарнир Вейса».

Главная отличительная особенность этого шруса в разнице движения. При вращении колес вперед перемещение обеспечивается одной парой шариков, а как только водитель включает заднюю передачу и автомобиль начинает движение – другой. На фоне этого привычные ранее двухшариковые шарниры, которые вызывали контактное перенапряжение, оставили для машин, нагрузка на ось в которых не выше 30 кН. Среди иностранного автопрома это были Студебекер, Виллис, Додж. В СССР – ГАЗ-66, УАЗ. За счет начала применения ШРУСа «Вейс» удалось добиться угла между валами 32 градуса с общим сроком службы до 30 тыс. км.

Более усовершенствованный шарнир с делительным рычажком был изобретен в 1927 году. Достаточно сложная, но компактная конструкция позволила добиться угла между валами 40 градусов. ШРУС обеспечивал передачу большого крутящего момента на низких оборотах за счет распределения усилий по шести шарикам. Общий срок службы удалось продлить до 200 тыс. км.

Следующий этап развития шарниров – Бирфильд, способный работа в диапазоне угла до 45 градусов. Чтобы продлить срок службы и предупредить преждевременное разрушение был оснащен сальным колпаком. При этом общие габариты конструкции значительно увеличились, а угол снизился до 40 градусов. Шарики внутри перемещаются по осевым канавкам, угол наклона вала до 20 градусов. Ввиду того, что шарики скользят, а не перекатываются, КПД шарнира значительно снижается.