Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС)

Шарнир равных угловых скоростей (сокращенно ШРУС или «граната» – это одно и то же) – такое название одного из элементов трансмиссии автомобиля часто можно услышать на автосервисных предприятиях и в мастерских, но далеко не все автомобилисты представляют себе, что это такое и какие последствия может вызвать неисправность этого узла.

Существует несколько видов шарниров равных угловых скоростей, отличающихся друг от друга не только конструкцией, но и местами их использования.

В рамках данной статьи мы рассмотрим следующие вопросы:

• Для чего в автомобиле нужен ШРУС и где он находится?
• Виды шарниров равных угловых скоростей, как они устроены и работают?
• Как проверить ШРУС на исправность, и каковы внешние проявления неисправности этого узла и последствия его выхода из строя?

Что такое ШРУС и зачем он нужен в автомобиле

Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) – это механизм, обеспечивающий равномерную передачу крутящего момента к ведущим колесам при их повороте на угол до 70° относительно оси. Используются такие шарниры на автомобилях с независимой подвеской в конструкции привода управляемых колёс.

Задача передачи крутящего момента от двигателя к колёсам оказалась в техническом плане не такой уж простой и потребовала от автоконструкторов создания трансмиссии. При этом колеса «живут» в машине своей жизнью и крепятся к кузову независимо по отношению к коробке передач.

Для заднеприводных автомобилей вопрос решился использованием в конструкции кардана. А вот для переднеприводных автомобилей потребовались иные устройства, обеспечивающие передачу вращательного движения к «подпрыгивающим» относительно кузова колесам.

Дело в том, что обычный кардан с крестовиной, при вращении с постоянной угловой скоростью ведущего вала, не в состоянии обеспечить постоянную угловую скорость расположенного под углом вала ведомого. А дополнительные рывки и торможения при передаче крутящего момента от двигателя к колёсам автомобиля абсолютно неуместны.

Технические приёмы, обеспечивающие компенсацию такой неравномерности угловых скоростей, оказались эффективными до углов между осями ведущего и ведомого колес не более 20⁰.

В то же время для переднеприводных автомобилей требовалось обеспечить передачу крутящего момента без «искажений» при углах поворота колёс до 70⁰, причём такая передача должна была быть ещё и очень надежной, ведь узел подвергается высоким нагрузкам.

Теоретическое решение – ШРУС, было найдено давно: устройство запатентовано еще в 20-х годах прошлого века инженером А.Рцеппой (шарнир Рцеппа), а для его практической реализации потребовалось почти 40 лет (Япония, 1963 г.).

Конструктивно один из распространённых вариантов ШРУС выглядит следующим образом.

Ведущий вал посредством шлицевого соединения приводит в движение внутреннюю обойму, на рабочей стороне которой выполнены шесть канавок. На внешней обойме шарнира (соединённой с ведомым валом) также выполнено шесть канавок. А обоймы связаны между собой через шарики, расположенные в вырезах сепаратора.

Подобная конструкция обеспечивает (в отличие от простой карданной передачи) равенство мгновенных угловых скоростей ведущего и ведомого валов.

Виды шарниров равных угловых скоростей

Шариковые варианты конструкции ШРУС, хотя и наиболее распространены в легковом автомобилестроении, оказались не единственно возможными.

Шариковый ШРУС

Практическое применение для легковых и лёгких коммерческих автомобилей нашли триподные ШРУСы, в которых роль шариков выполняют вращающиеся ролики со сферической рабочей поверхностью.

Трипоидный ШРУС

Для грузовой техники распространение получили кулачковые (сухариковые) шарниры типа «Тракта», состоящие из двух вилок и двух фасонных дисков. Вилки в таких конструкциях достаточно массивные и способны выдерживать большие нагрузки (что и объясняет область их использования).

Кулачковый (сухариковый) ШРУС

Необходимо упомянуть и ещё один вариант ШРУС – спаренные карданные. В них неравномерность передачи угловой скорости первого кардана компенсируется вторым карданом.

Спаренный карданный ШРУС

Как уже упоминалось выше, угол между осями двух валов не должен в этом случае превышать 20⁰ (иначе появляются повышенные нагрузки и вибрации), что ограничивает область использования такой конструкции в основном строительной и дорожной техникой.

Внутренние и наружные ШРУСы

Помимо различий в конструктивном исполнении, ШРУСЫ разделяются по месту их установки на наружные и внутренние.

Внутренний ШРУС соединяет коробку передач с полуосью, а наружный ШРУС – полуось со ступицей колеса. Вместе с приводным валом оба этих шарнира составляют привод автомобиля.

Наиболее распространённый тип наружного шарнира – шариковый. Внутренний ШРУС не столько обеспечивает большой угол между валами, сколько компенсирует перемещения приводного вала при движении его относительно подвески. Поэтому часто в качестве внутреннего шарнира в легковых автомобилях используется триподный узел.

Необходимое условие нормальной работы ШРУСов – смазка движущихся частей шарнира. Герметичность рабочего пространства, в котором находится смазка, обеспечивают пыльники, предотвращающие попадание на рабочие поверхности абразивных частиц. С учётом высокой нагруженности деталей, в них используются только специально разработанные для таких узлов виды смазок.

Как определить неисправность ШРУС

Срок службы ШРУСов в современных автомобилях при правильной эксплуатации практически сопоставим с ресурсом самой машины, хотя условия работы наружных и внутренних шарниров существенно отличаются (наружные узлы более нагружены, так как воспринимают воздействия непосредственно от колёс).

Заводской брак редко является причиной поломки ШРУСА, а вот эксплуатационный характер отказа встречается куда чаще. Прежде всего, это может быть банальное повреждение пыльника, и, как следствие, попадание в смазку шарнира влаги, пыли и грязи с содержанием абразива.

Именно поэтому периодический визуальный осмотр целостности пыльников обязателен при периодическом обслуживании автомобиля. Замасленная деталь или следы смазки, разбрызганные по колесу – явное свидетельство необходимости замены пыльника (если только отказ не перешел в более тяжёлую стадию).

Другая частая причина отказа – агрессивный характер вождения, особенно с вывернутыми до упора колёсами. При таком стиле вождения шарниры испытывают запредельные нагрузки, неизбежно приводящие к отказу. К похожему результату можно прийти при частой езде по разбитым дорогам.

Для наружных и внутренних ШРУСов внешние признаки неисправности несколько отличаются из-за разных условий эксплуатации и определяются (помимо состояния пыльников) в основном «на звук» и наличие люфтов.

Высоко нагруженные наружные шарниры на ранних стадиях отказа издают звук похожий на свист полностью изношенных тормозных колодок. Дополнительно состояние узла проверяется на ровной дороге: при резком трогании с места с вывернутыми колёсами. Появление характерных толчков или щелчков свидетельствует о неисправности шарнира. Полезно в этом случае сразу осмотреть пыльники (тем более что для этого не требуется поднимать машину).

Если в начале движения слышен хруст – это свидетельство необходимости безотлагательных мер по замене наружного ШРУСа. Характер звука при этом весьма специфический: его трудно спутать с другими звуками, и раздаётся он с той стороны, с которой произошла поломка.

Определить какой из внутренних ШРУСов неисправен – внутренний правый или внутренний левый – несколько сложнее.

1. Для этого автомобиль вывешивается на подъёмнике, и тем самым добиваются максимального угла шарнира (между приводным валом и поверхностью земли).
2. Двигатель запускается, и при включённой передаче прослушивают узел на посторонние звуки. Хруст слева или справа свидетельствует о поломке соответствующего шарнира.
3. Кроме этого проверяется люфт приводного вала между наружным и внутренним шарнирами. При исправных шарнирах люфт отсутствует.

Если нет возможности установить машину на подъемник, выбирают участок дороги с ямами и рытвинами, и аккуратно въезжая в них колёсами с разных сторон (фактически вывешивая автомобиль с соответствующей стороны) выявляют посторонние шумы (хруст).

Последствия эксплуатации автомобиля с неисправными ШРУСами, особенно на стадии уже выявленного хруста, могут быть весьма тяжёлыми, ведь хруст сигнализирует о возможности скорого внезапного разрушения шарнира. В свою очередь это может привести к заклиниванию колёс и созданию аварийной ситуации на дороге.

Замена ШРУСов обходится не дёшево: узлы оригинальных приводов достаточно сложные механизмы изготовленные из специальных материалов. А в запущенных случаях разрушение внутреннего ШРУСа может привести к попаданию остатков игольчатых подшипников в картер коробки передач и необратимым повреждениям уже самой коробки.

Видео: как проверить внутренний и наружный ШРУСы на исправность

ШРУС — его конструкция и замена в автомобиле

На большинстве современных автомобилей используется передний привод. Основное его преимущество кроется в том, что конструкция трансмиссии получается менее массивной и металлоемкой по сравнению с заднеприводными автомобилями, поскольку не требует наличия моста с редуктором и карданной передачи.

Особенности привода

Делать авто с ведущими передними колесами позволяют шарниры равных угловых скоростей (ШРУС), которые используются в конструкции привода. Особенность шарнира этого типа заключается в возможности передачи крутящего момента без потерь при повороте одной составной части привода относительно другой на угол до 70 град.

Вал привода переднего колеса автомобиля

Приводной вал автомобиля с передней ведущей осью должен выполнять несколько функций, причем одновременно. Он должен осуществлять передачу крутящего момента на ступицу колеса от коробки передач, обеспечивать возможность перемещаться колесу относительно кузова (при движении по неровностям), а также позволять изменять угол положения колеса, то есть, совершать повороты (что сопровождается надобностью в изменении длины вала). И все это делается благодаря шарнирам равных угловых скоростей.

В целом, конструкция приводного вала переднеприводного авто состоит из трех элементов:

• вал (со шлицами на концах для соединения с шарнирами);
• внутренний ШРУС (который соединяет привод с КПП);
• внешний ШРУС (для соединения со ступицей колеса).

Таких приводных валов в переднеприводном авто – два, на каждое ведущее колесо свой.

Типы ШРУСов, их конструкция и принцип работы

Устройство ШРУС:
1. Привод правого переднего колеса; 2. Коробка передач; 3. Привод левого переднего колеса; 4. Корпус наружного шарнира; 5. Стопорное кольцо обоймы шарнира; 6. 18. Обойма шарнира; 7. 19. Сепаратор шарнира; 8. 17. Шарик шарнира; 9. Наружный хомут чехла; 10. 15. Защитный чехол шарнира; 11. Упорное кольцо; 12. 14. Вал привода левого колеса; 13. Внутренний хомут чехла; 14. Фиксатор внутреннего шарнира; 15. 20. Стопорное кольцо обоймы внутреннего шарнира; 16. 21. Буфер вала; 17. 22. Корпус внутреннего шарнира; 18. 23. Стопорное кольцо полуосевой шестерни.

Существует несколько типов ШРУСов, но на легковых автомобилях распространение получил только два:

1. Шариковые.
2. Трипоидные.

Конструкция шарикового ШРУСа включает в себя две обоймы – внутренняя, в виде сферического кулака (насаживается на вал), и внешняя (выполненная заодно с концевиком вала, который вставляется в ступицу или КПП). Между ними помещены в специальных канавках шарики, которые от выпадения из шарнира удерживает сепаратор. Именно шарики и канавки, по которым они перемещаются, являются основными рабочими элементами ШРУСа, поскольку они передают вращение и позволяют изменять угол положения одной обоймы относительно другой.

Чтобы внутренняя обойма не слезала с вала, она фиксируется стопорным пружинным кольцом, расположенным в специальной канавке на валу. Фиксирующее кольцо используется также ни на концевиках валов внешней обоймы внутреннего шарнира.

У трипоидного шарнира внутренней обоймы нет, вместо нее используется трехшипная вилка, посаженная на вал. На каждом шипе этой вилки установлены сферические ролики на игольчатых подшипниках. Благодаря этим роликам передается вращение, вал с вилкой может менять угол относительно обоймы, а также перемещаться продольно относительно внешней обоймы (входить в нее), что дает возможность изменять длину привода.

Соединение вилки с валом – шлицевое, но при этом она садиться на вал достаточно плотно. Дополнительно вилка от соскакивания фиксируется стопорным кольцом.

Примечательно, что трипоидные ШРУСы используются только со стороны КПП, а вот со стороны ступицы его не используют.

Шаровые же шарниры могут располагаться с обеих сторон. То есть, можно встретить на авто приводные валы с двумя шаровыми, внутренними трипоидным и внешними шаровыми шарнирами, но никогда – с двумя трипоидными ШРУСами. Обусловлено это особенностями работы каждого из указанных видов шарниров.

Интересно, что на некоторых авто (к примеру, Volkswagen Golf 2) используется внутренний шаровой шарнир интересной конструкции – внешняя обойма с концевиком вала выполнена не заодно, а соединены они между собой болтами. В дальнейшем мы немного коснемся их.

Основные неисправности шарнира и их признаки

Сравнительная простота конструкции и малое количество составных частей делает этот узел достаточно надежным и способным отработать очень большой срок без какого-либо вмешательства. Но есть у этого шарнира и недостаток — он очень чувствителен к загрязнению.

Рабочие элементы узла – шарики, ролики, канавки, по которым они перемещаются, и игольчатые подшипники имеют высокую степень обработки поверхностей. А песок и пыль обладают достаточно сильным абразивным эффектом, поэтому попадая внутрь, они приводят к интенсивному износу поверхностей, что в конечном итоге становиться причиной разрушения узла.

Чтобы не допустить проникновения загрязнения используются резиновые пыльники. Вот они и являются «слабым местом» шарнира угловых скоростей. В процессе эксплуатации автомобиля резина, постоянно контактируя с окружающей средой, постепенно «стареет», и в пыльнике появляются трещины, через которые внутрь шарнира и попадает песок.

В целом, это единственная причина, по которой указанные узлы могут поломаться. А поскольку они ремонту не подлежат, то выполняется их замена.

Признак выхода из строя ШРУСа тоже один – отчетливый хруст при выполнении поворотов. Причем на раннем этапе этот хруст появляется только на полном вывороте колес, но по мере износа узла он будет слышен и при небольших поворотах.

Отметим, что появление хруста указывает на то, что шарнир уже получил повреждения, которые устранить не удастся. На раннем этапе можно принять некоторые меры. В первую очередь следует промыть шарнир, заложить новую смазку и заменить пыльник. Затем можно поменять стороны установки (то есть, к примеру, левый внутренний шарнир поменять местами с правым). Еще один вариант – добавить в смазку мелкую стружку из мягкой пластмассы.

Но поскольку составные части уже получили повреждения, то все указанные меры лишь немного продлевают ресурс и в конечном итоге менять узел придется, причем лучше это сделать до того, как он полностью разрушиться, что обычно происходит в пути.

Из вышеизложенного можно понять, что единственным способом сохранить шарнир является периодическая проверка состояния пыльника и при обнаружении хоть малейших его повреждений сразу же проводить замену. Ведь резинотехнический элемент обойдется значительно дешевле, чем ШРУС.

Замена ШРУСа – операция сравнительно простая в выполнении, но существует ряд нюансов при проведении операции с внешним и внутренним узлом. Также особенности проведения работ зависят от конструкции шарнира.

Далее рассмотрим, как выполняется замена внешних и внутренних ШРУСов на примере нескольких автомобилей, у которых используются приводные валы разных видов.

Замена внешнего ШРУС

Поскольку на всех авто внешний ШРУС – шариковый, то дальнейшая последовательность работ практически одинакова для любой модели, за исключением некоторых незначительных нюансов. Рассматривать же демонтаж узла и его замену будем на модели ВАЗ-2110.

Примечательно, что ШРУСы — одни из немногочисленных узлов в конструкции авто, которые не требуют парной замены. То есть, если начал хрустеть какой-то один шарнир, то только его и заменяем, остальные трогать не обязательно.

Из инструментов для проведения работ потребуется:

• комплект ключей и набор головок с воротком и штангами (обязательно потребуется головка на 30); ;
• киянка или обычный молоток с деревянной наставкой;
• ветоши;
• съемник рулевых наконечников.

Из деталей и расходных материалов понадобиться:

• новый шарнир;
• новая гайка крепления концевика вала;
• пыльник;
• хомуты (лучше приобретать не ленточные, а с винтовой затяжкой); «ШРУС-4» или ее аналог (предназначенный для использования в шарнирах равных угловых скоростей);

Далее рассмотрим последовательность разборки, а также укажем некоторые хитрости, которые помогут более оперативно провести работы. Итак:

1. Автомобиль устанавливаем на смотровую яму, обездвиживаем.
2. Пока еще все колеса на месте, берем головку на 30, срываем с места и ослабляем гайку крепления вала на ступице. Эта гайка накернена, поэтому открутить ее будет не просто, поскольку потребуется значительное усилие, для чего можно нарастить ключ отрезком трубы. На поддомкраченом же авто со снятым колесом ослабить гайку будет очень сложно.
3. После ослабления гайки поддомкрачиваем необходимое колесо и снимаем его.
4. Чтобы стянуть ступицу с концевика вала нужно обеспечить стойке свободное перемещение. Для этого откручиваем крепление шаровой опоры рычага подвески к ступице.
5. При помощи съемника отсоединяем рулевой наконечник от стойки.
6. Выкручиваем гайку полностью.
7. Беремся за тормозной диск и тянем ступицу на себя, чтобы стянуть ее с концевика вала.
8. После того, как вал выйдет, отводим его в сторону;
9. При замене внешнего ШРУСа не обязательно полностью снимать приводной вал, то есть вытаскивать внутренний шарнир не надо.
10. Далее демонтируем сам внешний узел с вала. Для этого ослабляем или перерезаем (перекусываем) хомуты, а затем стягиваем пыльник со ШРУСа (можно его просто перерезать, поскольку он больше не нужен).
11. Забираемся под авто и при помощи молотка с наставкой сбиваем шарнир с вала. Наносимые удары должны быть небольшой силы, здесь главное – сбить узел со стопорного кольца, а с самих шлицов вала он сойдет и от усилия руки.

После этого производится сборка. Сначала на вал надевается новый пыльник, а затем на его шлицы насаживается новый шарнир. Остается его только посадить, чтобы стопорное кольцо стало в канавку, сделанную во внутренней обойме. Для этого снова используем молоток с наставкой и несильными ударами садим шарнир на место.

Закладываем смазку (не жалеем), натягиваем на кромку внешней обоймы пыльник, после чего резинотехнический элемент нужно немного сжать рукой, чтобы удалить воздух. Остается зафиксировать пыльник на обойме и валу при помощи хомутов.

Собранный вал с новым шарниром устанавливаем в ступицу, наживляем и закручиваем до упора гайку. Далее все собираем обратно – устанавливаем рулевой наконечник, шаровую опору подвески, колесо.

После снятия авто с домкрата затягиваем крепежную гайку ключом с наращенным плечом. Остается только накернить ее, чтобы предотвратить самопроизвольное откручивание.

Замена внутреннего шарнира

Далее рассмотрим, как поменять внутренний ШРУС (шаровый) на том же ВАЗ-2110. Из инструмента при этом дополнительно потребуется монтировка.

Часть работ не отличается от описанных выше, поэтому они будут указаны коротко. Замена же делается так:

• Ставим авто, выдомкрачиваем, снимаем колесо (гайку ослаблять не нужно).
• Отсоединяем шаровую опору и рулевой наконечник.
• Забираемся под авто. Берем монтировку и загоняем ее между внутренним шарниром и КПП. Используя ее как рычаг, выталкиваем концевик из коробки, при этом просим помощника, чтобы он тянул на себя ступицу.

После выхода концевика из КПП выполняем замену идентично описанной выше – срезаем пыльник, сбиваем шарнир. Затем надеваем на вал новый пыльник, садим при помощи молотка с наставкой новый ШРУС, закладываем смазку, надеваем пыльник и фиксируем его хомутами. Далее устанавливаем концевик вала в КПП и толчками в ступицу загоняем его в коробку до упора (нельзя его садить при помощи ударов молотка по шарниру, чтобы не повредить новый пыльник).

Теперь несколько слов о замене внутреннего ШРУСа на Volkswagen Golf 2, у которого шарнир к концевику крепиться болтами. Такая конструкция обеспечивает еще более простую разборку, поскольку не требует отсоединения рычагов подвески от ступицы.

Чтобы снять шарнир, необходимо просто выкрутить 6 болтов, после чего вал вместе с шарниром можно опустить вниз для снятия (сбивания) ШРУСа, концевик же извлекать вообще не нужно. А далее устанавливаем новый пыльник, садим узел на вал, смазываем и закрепляем хомуты. Вал с новым шарниром подставляем к концевику и соединяем их болтами.

Особенности замены трипоидного ШРУС

Напоследок рассмотрим, как меняется внутренний трипоидный шарнир угловых скоростей на примере Ford Focus 2. Инструменты потребуются те же, что и указаны выше, а также универсальный трехлапый съемник и щипцы для снятия стопорных колец.

Сложность замены заключается в том, что придется полностью снимать приводной вал. Делается все так:

1. Вытаскиваем из ступицы внешний шарнир (идентично ВАЗ-2110).
2. Забираемся под авто, срезаем большой хомут внутреннего ШРУС, и стягиваем пыльник.
3. Извлекаем вал (на нем остается внешний шарнир в собранном виде с одной стороны и трехшипная вилка – с другой, внешняя же обойма остается в КПП).
4. Извлекаем внешнюю обойму (выталкиваем концевик при помощи монтировки, загнанной между обоймой и КПП);
5. Снимаем щипцами стопорное кольцо, удерживающее вилку.
6. Саму вилку стягиваем с вала съемником.
7. Пыльник и новый элемент садим на вал и устанавливаем обратно стопорное кольцо.
8. Ставим на место внешнюю обойму (можно аккуратно забить молотком с наставкой).
9. Устанавливаем приводной вал.
10. Закладываем смазку, натягиваем пыльник на внешнюю обойму и фиксируем его хомутами.
11. Собираем все снятое в обратной последовательности.

Указанные инструкции подойдут практически для любого авто, но нужно обязательно учитывать особенности конструкции и касается это в первую очередь отсоединения нижних рычагов от ступицы.

Как видно, особой сложности в проведении замены ШРУСов нет, и все работы можно выполнить самостоятельно в гаражных условиях.

Источник http://https://unit-car.com/ustroystvo/35-shrus.html
Источник http://https://avtomotoprof.ru/svoimi-rukami/shrus-ego-konstruktsiya-i-zamena-v-avtomobile/