Карданне з’єднання — шарнірний механізм, що забезпечує обертання двох валів під змінним кутом завдяки рухомому з’єднанню його ланок або пружним властивостям спеціальних елементів. Послідовне з’єднання двох карданних механізмів називають карданною передачею. Вона призначена для передавання крутного моменту від коробки швидкостей або двигуна до ведучої ланки машини. Карданна передача складається з карданного вала, шарнірів і проміжної опори. Карданом називають шарнірне з’єднання, за допомогою якого передається обертання від одного вала на інший, осі яких перетинаються.

Щоб передати обертання під невеликим кутом, застосовують одинарні карданні передачі, тобто такі, що мають один карданний шарнір. В автомобілях широко використовують подвійну карданну передачу, яка передає обертання під значним кутом нахилу валів. Нерівномірність обертання, що виникає в першому ведучому шарнірі, компенсує нерівномірність обертання другого шарніра, унаслідок чого ведений вал передачі обертається рівномірно з кутовою швидкістю ведучого вала.

Карданні шарніри бувають гнучкі і жорсткі, з неоднаковими й однаковими кутовими швидкостями.

Жорсткий карданний шарнір (рис. 47.2; с. 212) складається з вилок 2 і 10 і хрестовини 11. Шипи хрестовини входять в отвори вушок вилок і закріплені в отворах на голчастих підшипниках. Голчастий підшипник складається із сталевого стакана 6 і набору тонких роликів-голок 5. Стакан ізсередини ущільнений сальником 4, який затримує масло в підшипнику. Для мащення підшипників на хрестовині 11 є маслянка 12, а в шипах — канали. Щоб стакан підшипника не виходив з отвору і не прокручувався в ньому, його закріплюють кришкою 8 із гвинтами. Під головки гвинтів установлено стопорну пластину 7, яка не дає їм змоги саморозгвинчуватися. У процесі роботи карданного шарніра обидві вилки та хрестовина зміщуються, нахиляючись то в один, то в інший бік. Вал з одним жорстким шарніром обертатиметься нерівномірно (під кутом, який не перевищує 24°).

Рис. 47.2. Жорсткий карданний шарнір із неоднаковою кутовою швидкістю:

1 — фланець вилки; 2, 10 — вилки; 3 - запобіжний клапан; 4 — сальник; 5 — ролики-голки; 6 — стакан; 7 — стопорна пластина; 8 — кришка; 9 — шліцьова втулка;

11 — хрестовина; 12 — маслянка

Щоб уникнути нерівномірного обертання, використовують передачу з двома карданними шарнірами (рис. 47.3). Фланець 2 закріплюють наглухо, а фланець 3 може зміщуватися вздовж осі. До фланців кріплять болтами вилки 4 і 5. Болти передають крутний момент і повинні щільно входити в отвір, їх затягують гайками до відмови. Потім установлюють хрестовини б і 7, у які закручують маслянку 8 і запобіжний клапан для обмеження тиску масла в хрестовині. На 4 цапфи напресовують фетрові сальники й опорні кільця. Таку хрестовину встановлюють в отвір вилки. Складені вали балансують на спеціальній установці для забезпечення легкого й безшумного обертання.

Щоб вали оберталися рівномірно, застосовують кульковий кардан постійної кутової швидкості. Він дає змогу передавати крутний момент під кутом 35°. Кульковий карданний шарнір (рис. 47.4) складається з двох вилок 2 і 5, чотирьох ведучих кульок 4 та однієї центрувальної кульки б. Кульки містяться у фігурних канавках 3 вилок. Центрувальна кулька встановлена на пальці 7, застопореному шпилькою, яка проходить крізь отвір в одній із вилок. Канавки вилок симетричні, тому під час кутового зміщення валів кульки завжди розміщуватимуться так, що відстані між осями кульок та осями валів будуть однаковими, тому й швидкості обертання валів також будуть однаковими. Кардан постійної кутової швидкості застосовують для передніх ведучих мостів автомобілів підвищеної прохідності.

Рис. 47.4. Кульковий карданний шарнір:

а — елементи конструкції шарніра;

б — розміщення кульок у складеному шарнірі; 1 — ведучий ват; 2 — вилка веденого вапа;

З — фігурні канавки; 4 — ведучі кульки; 5 — вилка ведучого вала; 6 — центрувальна кулька;

7— палець; 8 — ведений вал

Крім кулькових, використовують кулачкові карданні шарніри однакових кутових швидкостей. У них у вилки встановлюють спеціальні кулаки, у пази яких закладено сталевий диск. Під час роботи шарніра півосі обертаються разом із вилками навколо кулаків у горизонтальній площині, а разом з кулаками — навколо диска у вертикальній площині. Недоліком такого шарніра є підвищене тертя диска й кулаків із вилками, нагрівання та спрацювання шарніра під час роботи.

Для передавання обертового руху між валами, коли їхні осі зміщені або мають значний перекіс, використовують спеціальні проміжні вали з кульковими цапфами (рис. 47.5, а). Кільця 1, закріплені штифтами на кулькових цапфах 2, розміщують у діаметральних шліцах ведучої і веденої втулок 3. Кожна цапфа може повертатися у двох площинах, що компенсує незбіг осей ведучого і веденого валів. У процесі складання у валик 6 з одного боку запресовують нерухому кулькову цапфу 2 і закріплюють двома штифтами, а з іншого боку у валик уводять пружину 4 й установлюють рухому цапфу,

закріплюючи її штифтом 5. Потім на цапфах установлюють кільця 1 і також закріплюють їх штифтами. Два кільця мають міститися в одній площині.

Для передавання крутного моменту між деталями, розміщення яких під час роботи може змінюватися, використовують гнучкі вали (рис. 47.5, б; с. 213). Вони складаються з вала, що скручений з кількох шарів дроту й установлений у гнучку захисну оболонку, яку називають бронею, та арматури на кінцях для під’єднання до приводу й робочого органа. Гнучкі вали бувають нормальні (складаються з кількох шарів дроту) і підсилені, правого і лівого обертання (у вала правого обертання навивання дроту ліве й навпаки).

Броня вала — гнучкий металевий рукав зі сталевої оцинкованої стрічки з бавовняно-паперовим ущільненням у замку та внутрішньою спіраллю із сталевого сплющеного дроту. Підсилену броню покривають оцинкованим сталевим дротом, а потім наносять шар вулканізованої гуми з кордовими прошарками. Броня має вільно встановлюватися на вал, захищати його від забруднень і зберігати мастило.

Під час складання гнучкого вала (рис. 47.5, в; с. 213) його кінець вставляють в отвір шпинделя 1 і припаюють твердим припоєм. На броню насаджують муфту 3 і припаюють. У муфту запресовують бронзову втулку 4 і стопорять її гвинтами 5. Корпус муфти 2 встановлюють на кінець шпинделя 1 і закріплюють гвинтом 6. Різьбова частина 7 шпинделя призначена для закріплення вала в деталі, якій передають обертовий рух.

До вала електричного або іншого приводу гнучкий вал 1 під’єднують муфтами 2 і 3 (рис. 47.5, г; с. 213). Броню затискають хомутом 4, який прикріплюють до кронштейна 5 болтом 6. Кронштейн закріплений на корпусі привода нерухомо.

Нормальну роботу гнучкого вала забезпечує достатньо великий радіус згину. Коли діаметр вала дорівнює 10 мм, радіус згину має становити не менше 200 мм, за діаметра 12 мм — 250 мм, за 16 мм — 300 мм і за діаметра вала 20 мм — не менше 350 мм.

У різних машинах для передавання руху, коли осі валів зміщені на невеликий кут, широко використовують компенсувальні муфти. В еластичній муфті (рис. 47.6, а) рух передається під кутом завдяки тому, що хрестовини 1 і 2, які закріплені на ведучому і веденому валах, з’єднані набором еластичних шайб 3. У жорсткій муфті (рис. 47.6, б) можливість кутового зміщення осей валів досягається завдяки зазорам між обоймами 1 і 2, між якими встановлені кульки 3.

Під час складання муфти (рис. 47.6, в) на конусний кінець ведучого вала 1 установлюють півмуфту 2 з трьома радіальними виступами. На шліцьовий кінець вала З встановлюють незакріплену півмуфту 4, завдяки чому вали за нагрівання під час роботи можуть видовжуватися. Потім в отвори півмуфт уставляють пальці 5. Перпендикулярність осі пальця до торця півмуфти перевіряють кутником і щупом. Гумові диски 7 послідовно насаджують на 6 штирів. Між кожною парою дисків на кожний отвір установлюють арму-вальні сталеві шайби 6, які захищають диски від розбивання. Після цього диски стискають у трьох місцях струбцинами й закріплюють на трьох пальцях 5 ведучої півмуфти. В інші три отвори вводять пальці півмуфти 4 і на них закручують гайки, які шплінтують.

Компенсувальні муфти задовільно працюють тільки за незначних кутових зміщень валів (до 10°).

Запитання та завдання

1. Назвіть види шарнірних виробів.

2. Яка будова карданних передач?

3. Як складають карданні передачі?

Це матеріал з підручника "Види з’єднань" Гуменюк, Паржницький 2021