что такое ШРУС и что такое трипод
Всем известно, что двигатель с коробкой передач достаточно жестко закреплён относительно кузова. Через сцепление (или гидромуфту) шестерёнки коробки передач (или фрикционы) крутящий момент в итоге оказывается на фланцах . А вот колёса относительно того же кузова, можно сказать, гуляют сами по себе. Они меняют и высоту и угол поворота.И расстояние между фланцами и ступицами постоянно меняется. Для передачи крутящего момента должны использоваться привода с возможностью изменения длины и угла, но без потерь передачи усилия. Для этих задач используется ШРУС- шарнир равных угловых скоростей.
У большинства автовладельцев наверняка при упоминании этого термина всплывает перед глазами вполне конкретная конструкция. Но на самом деле их несколько видов, и к ШРУСам можно смело отнести даже крестовины карданного вала. На современных автомобилях они, конечно, не применяются в трансмиссиях, но на самых распространённых двух типах, используемых в наших автомобилях, остановимся.
тот, что слева, называется триподом. Очевидно, название связано с количеством рабочих элементов, их три
в то время как в более распространённой конструкции используется шесть шариков
Неисправность классического ШРУСа чаще всего вызывается разрушением поверхности внутренней и наружной обойм
или разрушением сепаратора
В триподе чаще всего разрушается ролик
в НЕоригинальных триподах очень часто изнашивается и корпус. Например, вот ЭТО произошло за 2000 км
в «классическом» ШРУСе за счёт бОльшего количества рабочих элементов (шариков) нагрузка распределяется более равномерно, и появление раковин на обойме проявляется не сразу. В то время как разрушение роликов в триподе моментально определяется сильной вибрацией при движении.
Что такое трипоидный подшипник, сколько ходит и чем отличается от наружного ШРУС
Как следует из расшифровки аббревиатуры ШРУС, это шарнир, равномерно передающий вращение от одного вала к другому, расположенному не на одной оси, а под некоторым углом. Всем хорошо известно первое подобное устройство в истории техники – карданное сочленение. Но из теоретического рассмотрения оно не может передавать крутящий момент, а значит и угловую скорость, плавно.
Имеются пульсации, увеличивающиеся с ростом угла наклона валов. Не всегда это приемлемо, отсюда и появление ШРУС, исключающего пульсации и связанные с этим вибрации.
Зачем в машине Трипоид
Шарниры типа трипоид (Tripod), как и прочие виды ШРУС с разной степенью равномерности передачи вращения, появились с возникновением потребности передавать крутящий момент на колёса, одновременно являющиеся ведущими и управляемыми.
Изначально это были внедорожники, затем в автомобили был широко внедрён передний привод.
Многие считают, что привод на передние колёса легкового автомобиля сделан исключительно из-за его выдающихся характеристик управляемости. Ничего подобного.
Достаточно посмотреть в сторону автоспорта, где лучшие автомобили обладают полным или задним приводом. Передний появился по соображениям технологичности массовой сборки бюджетных машин на конвейере, а также гораздо более простой компоновки кузова.
Вот тут и потребовалось иметь привода передних колёс, работающие в широком диапазоне изменения углов передачи момента при минимальной стоимости.
Оказалось, что первую задачу можно решить только с относительно дорогим шестишариковым ШРУС, а вот решению второй помог трипоид.
В каждом приводе имеются два шарнира – внешний и внутренний. На большие углы «ломается» только наружный. Благодаря малым углам хода подвесок легковых машин, внутренний отклоняется на единицы градусов.
Логичнее здесь поставить именно недорогой трипоид, а не сложный и точный шариковый, тем более, что внутреннему требуется ещё и возможность осевого смещения, что Tripod с лёгкостью выполняет.
Устройство и принцип работы
Шарнир представляет собой трёхшиповую конструкцию, на каждый из которых надет игольчатый подшипник, имеющий наружную обойму со сферической поверхностью.
Эти обоймы скользят по сделанным внутри внешней обоймы (она же корпус) шарнира пазам с тем же профилем.
Такая конструкция с несколькими степенями свободы позволяет изменять конструкционную длину привода и равномерно передавать крутящий момент с вала на вал, но с некоторыми ограничениями.
Основная проблема такого устройства – это боковое перемещение выходного вала при вращении. В идеале при постоянном угле наклона он должен сохранять в покое ось своего вращения.
Но здесь выходной вал фактически описывает коническую поверхность, что в физике называется прецессией.
Причём частота таких поперечных колебаний вала в три раза больше, чем скорость передаваемого вращения, а амплитуда отклонения от оси зависит от угла поворота.
Это накладывает на применение устройства ряд ограничений.
Отличие от ШРУС
Истинный ШРУС в принципе лишён подобного рода вибраций, рывков и неравномерностей передачи угловой скорости. Так работает шестишариковый шарнир, имеющий ряд отличий:
- при изготовлении трипоид проще, а значит и дешевле;
- без возникновения сильных вибраций, вредных во всех отношениях, трипоид может работать только на небольших углах относительного поворота валов;
- игольчатые подшипники шипов способны при тех же размерах выдерживать большие нагрузки, а значит имеют преимущество по сроку службы;
- если необходимо изменять длину шарнира при работе, то на такое способны принципиально разные варианты ШРУС, у трипоида эта возможность заложена в принципе;
- в целом трехшиповая конструкция надёжнее, даже при поломках в подшипниках она машину не обездвижит, как это случается при разрушении шариков ШРУС.
Всё это приводит к определённой специализации. Наружные шарниры приводных валов изготавливают по шестишариковой технологии, а внутренние часто используют трипоид. Их углы работы невелики, и вибрации незаметны. Зато в целом шарнир надёжнее и дешевле.
Какую смазку использовать для трипоида
Поскольку наружные обоймы игольчатых подшипников работают по пазам полностью аналогично наружным ШРУС, то для них используется такая же специальная смазка с добавкой дисульфида молибдена.
Это мелкодисперсное вещество, хорошо справляющееся с угрозой задиров металла, снижающее трение и частично модифицирующее поверхности.
Шарнир закрыт чехлом с хомутами, что даёт герметичность и позволяет не принимать особые меры по водостойкости смазки. Но при повреждённом чехле ШРУС быстро выходит из строя.
Сколько ходит внутренний ШРУС
Внутренние ШРУС теоретически примерно вдвое-втрое долговечнее наружных. Это связано как с конструкцией, так и с меньшими нагрузками.
Старты с вывернутыми до упора колёсами, которые часто постепенно убивают наружные шарниры, внутренним не страшны.
Основная проблема – обеспечение наличия свежей смазки и герметичность чехлов. Именно эти два фактора, за которыми не всегда регулярно следят, становятся причиной выхода шарниров из строя.
Если всё нормально, то пробег в 300 тысяч километров для трипоида далеко не предел.
Признаки неисправностей
Определить начало выхода из строя можно по шуму и хрусту, который связан не столько с углом поворота колёс, сколько с креном кузова.
Угол работы увеличивается, и если в этот момент повысится нагрузка (резкое ускорение), то захрустит трипоид с внутренней стороны поворота. Там угол наклона достигнет максимума.
Дополнительная проверка производится на подъёмнике с вывешенными колёсами. Нагрузка имитируется тормозами, звук хорошо различим на фоне наружных ШРУС, которые хрустят наиболее сильно при вывороте колёс.
ШРУСы Лебро против бирфилд и трипоида: что круче?
На сегодняшний день в передних приводах Нива используется 3 основных типа внутреннего ШРУСа: шариковый, трипоид и Лебро.
Бирфилд, или шариковые ШРУСы
- восприимчив к нагрузкам, возникающим при осевом перемещении из-за недостаточного продольного хода;
- подвержен износу при больших углах поворота ШРУСа;
- не выдерживает больших моментов на скручивание;
- как следствие, «живет» достаточно недолго.
Все это создает целый ряд проблем для ниваводов:
а) когда при разрушении сепаратора шарики высыпаются, крутящий момент перестает передаваться с редуктора на колеса и уходит на гранату ШРУСа, что означает полное отключение переднего привода Нива в случае, если на ваш автомобиль не была установлена блокировка дифференциала. Иными словами, машина просто не едет. В условиях бездорожья это если не тупиковая, то достаточно затруднительная ситуация.
б) Отсюда — первый вывод: нужно иметь при себе ЗиП. Чтобы установить новый сепаратор вместо разрушенного стокового, нужно проконтролировать, чтобы положение шариков в канавках соответствовало заводской схеме. Однако сепараторы отдельно не продаются,и чтобы так починить ШРУС, нужно еще где-то раздобыть «донора». Кроме того, в осуществить такой ремонт в полевых условиях практически нереально, проще будет полностью заменить гранату.
в) Отсюда — второй вывод: нивавод всегда должен иметь при себе левый и правый внутренние ШРУСы
г) Замена пыльника со ШРУСами — тоже весьма трудоемкая задача из-за необходимости контролировать положение шариков в канавках.Поэтому многие ниваводы вообще отказываются от передних приводов на Ниву типа ШРУСи переходят на трипоидные привода.
Вместо бирфилда — трипоиды
Внешне трипоиды от шариковых ШРУСов практически не отличаются. Они представляют собой гранаты с тремя канавками, однако имеется существенное конструктивное отличие: вместо сепаратора с шариками здесь установлен трехшип, на шипах которых крутятся три ролика на игольчатых подшипниках.
Трипоиды хороши тем, что даже в при поломке в условиях бездорожья они позволяют с грехом пополам доехать до цивилизации (то бишь, ближайшего СТО).
Основной минус трипоидов заключается в малых углах работы в сравнении с ШРУСами. Это вызвано их конструктивными особенностями. Максимальный угол работы таких приводов равен 22 0 , а оптимальный и вовсе не более 4 0 .
Есть еще один важный момент: хотя при превышении оптимального угла работы трипоид, конечно, будет работать, однако с ощутимыми вибрациями и рывками, вызванные тем, что угловые скорости частей трипоида перестанут совпадать. И чем больше угол, тем больше расхождение в угловых скоростях
Как показывает практика, при больших углах палка привода зацепляется за выступы канавок гранаты и происходит преждевременный износ игольчатого подшипника, что проявляется в значительном люфте приводов.
Передние привода со ШРУСом Лебро
Есть третий, и как показывает практика, оптимальный вариант конструкции внутреннего шарнира равных угловых скоростей — ШРУС типа Лебро (Loebro). Именно они входят в комплект передних приводов Нива от ИЖ-ТЕХНО.
В чем особенности и преимущества данного типа ШРУСов?
Во-первых, за счет своей конструкции ШРУС Лебро имеет увеличенные углы работы, что обеспечивает больший ход подвески при меньших вибрациях (по сравнению со стоковыми ШРУСАми и триподами).
Это отличает такой тип ШРУСа от шарниров «Трипод», углы работы которых существенно ограничены из-за конструктивных особенностей. При этом ШРУСы Лебро имеют более надежную конструкцию по сравнению с шариковыми ШРУСами бирфилд (birfield).
Во-вторых, ШРУСы Лебро надежны и долговечны. ШРУСы передних приводов Нива от ИЖ-ТЕХНО прошли испытания на прочность на стенде, где колесо было поджато таким образом, чтобы сымитировать нагрузку, эквивалентную движению 2-тонного авто по асфальту. В ходе испытаний ШРУСы показали себя хорошо: никакого хруста и поломок при пробеге более 50 тыс. км!
В-третьих, они просты в установке. Для замены гранаты вам нужно будет лишь установить стопорное кольцо внутреннего ШРУСа и закрутить 6 винтов крепления. Объем и продолжительность работ сокращаются вдвое! Согласитесь, для бездорожья, где удобства для обслуживания приводов отсутствуют в принципе, это немаловажный фактор.
Подводя итог вышесказанному, следует отметить, что ШРУС Лебро показали себя как оптимальное решение для передних приводов Нива, отвечающее параметрам цена-качество.
Как устроен трипоидный подшипник (внутренний ШРУС)
Во второй половине прошлого века начали разрабатываться автомобили с передним приводом, что потребовало надежного привода на ведущие колеса. Здесь пригодилось запатентованное в 20-х годах изобретение шарнира равных угловых скоростей (ШРУС). Сегодня почти все сходящие с конвейеров легковые машины и внедорожники имеют трипоид (внутренний ШРУС).
Что такое ШРУС и зачем он нужен
Обычные карданные шарниры с задачей поворачивания ведущего направляющего колеса справиться не смогли. Вращение у них передавалось на колеса неравномерно, значительно увеличивалась потеря мощности при повороте. Быстро изнашивались шины и сам шарнир. Валы и другие элементы трансмиссии были перегружены. У нового шарнира таких недостатков не было. Усилие на ведущий вал передавалось равномерно, не зависимо от угла между соединяемыми им валами. Это достаточно простое устройство можно использовать долго. У него большая мощность при передаче момента вращения. Отсутствуют шумы и вибрация при работе. Поездка и управление в такой машине удобна и комфортна.
Шарнир внутренний и внешний
- сферообразный корпус, соединенный с ведомым валом;
- обойму с ведущим валом;
- сепаратор для крепления и удержания шариков;
- несколько шариков в сепараторе.
Благодаря такой легкой конструкции момент вращения передается ровно и плавно, без потери мощности. Такой шарнир достаточно надежен, и его не сложно заменить в случае выхода из строя.
Как сберечь трипоид ШРУСа
Одной из проблем ШРУСа является его несовершенный смазочный механизм. Он фактически представляет собой пыльник, в котором хранится смазка. Учитывая уязвимость этого резинового или пластикового изделия при контакте с препятствиями на дороге, возникает опасность попадания в него и соответственно в трипоид пыли и грязи. Это неизбежно приводит к преждевременному износу механизма.
Этот вопрос нельзя пускать на самотек. При обнаружении свежего повреждения пыльника шарнир следует снять и промыть. После чего поставить новый и заполнив специальной смазкой. Проверив правый пыльник, проделать такую же процедуру с левым. Смазка для трипоидного ШРУСа должна обладать особыми качествами. Она должна предупреждать разрушение трипоида вследствие резких нагрузок на шарнир при начале движения машины, преодоления подъемов, крутых поворотах.
Если такой материал не обладает нужными характеристиками, механизм быстро изнашивается и выходит из строя. Например, применение смазки, содержащей графит категорически недопустимо. Для смазывания трипоидных ШРУСов, кроме тех, что имеют игольчатые подшипники, необходима черная пластичная смазка, которая содержит 3-5 процентов дисульфида молибдена. Она должна иметь нужную консистенцию, чтобы полностью заполнить весь узел.
Поддержание шарниров равных угловых скоростей – важное дело для обеспечения надежной работы трансмиссии. Чтобы не оказываться в сложном положении, стоит сделать правилом периодические осмотры пыльников и своевременную их замену со смазкой шарнира. При поломке хомутов крепления и разрыве пыльника шарнир целиком подлежит замене.