ШРУС: зачем в машине граната?
Как в автомобиле с передним приводом обеспечить передачу крутящего момента на управляемые колеса, которые постоянно меняют свое положение? Эта задача решается с помощью ШРУС — шарнира равных угловых скоростей, который автовладельцам больше известен как «граната». О назначении ШРУС, его устройстве и особенностях работы Вы узнаете из этой статьи.
Как передать крутящий момент без потерь?
У переднеприводных автомобилей есть масса достоинств, однако такие машины ставят перед конструкторами сложную задачу: как передать крутящий момент на колеса, которые одновременно служат для управления? Действительно, передние колеса отклоняются от продольной оси на угол до 35-37°, и обычные способы передачи крутящего момента здесь просто неприемлемы.
Первое решение, которое пришло в голову конструкторам — обычный карданный шарнир. Однако он, как выяснилось, может нормально работать при углах отклонения не более 12°, при больших углах в карданной передаче теряется мощность, вращение становится неравномерным, появляется вибрация и прочие неприятности. Поэтому пришлось изобретать специальное устройство, которое лишено недостатков кардана, и в 20-х годах прошлого века появился ШРУС — шарнир равных угловых скоростей.
Именно ШРУС стал использоваться для передачи крутящего момента на управляемые колеса в переднеприводных автомобилях. Также ШРУСы находят применение и в заднеприводных машинах, в которых мост жестко закреплен, но подвеска колес независимая.
Типы ШРУС
За прошедшее столетие было создано множество конструкций ШРУС, однако далеко не все из них получили распространение. Сегодня более или менее широко используются следующие типы шарниров:
— Шариковые (также известны, как шарниры «Рцеппа» — по фамилии их создателя Альфреда Рцеппа);
— Шарниры типа «Трипод» (Tripod);
— Спаренные карданные шарниры;
— Кулачковые (сухариковые) шарниры.
В современных легковых автомобилях работают шариковые ШРУС, некоторое распространение получили и шарниры типа «Трипод». Кулачковые и спаренные карданные шарниры находят применение в грузовых автомобилях, тракторах и спецтехнике.
Устройство ШРУС
Наиболее распространенные шариковые и триподные ШРУС имеют принципиальные конструктивные отличия.
Шариковый ШРУС. Состоит из корпуса, внутри которого имеются канавки (корпус образует наружную обойму), внутренней обоймы с канавками, сепаратора и шести шариков. Шарики зажаты в канавках между обоймами и удерживаются от «разбегания» сепаратором. Корпус ШРУС имеет короткий вал со шлицами, внутренняя обойма также имеет шлицевое соединение для установки приводного вала. Нужно отметить, что у внешнего ШРУС канавки радиусные, а у внутреннего — прямые. Почему это так — будет сказано ниже.
ШРУС типа «Трипод». Существует два типа триподных шарнира — универсальные и жесткие. Универсальный ШРУС состоит из корпуса с тремя канавками, напрессованной на вал трехлучевой опоры и трех роликов с шаровой поверхностью, закрепленных с помощью подшипников на пальцах опоры. Вал с трехлучевой опорой и роликами вставлен в корпус так, что ролики могут перемещаться по канавкам. В жестких шарнирах трехлучевая опора с роликами закреплена внутри корпуса, с опорой контактирует вилка, в которой сделаны три паза — в них движутся ролики. Универсальные триподные ШРУС используются только в качестве внутренних, жесткие — в качестве внешних.
ШРУС любого типа нуждается в постоянной смазке. Для этого используются специальные пластичные смазочные материалы, заполняющие внутреннее пространство шарнира. Для того чтобы предотвратить выдавливание смазки, а также обеспечить защиту от пыли и грязи, ШРУС герметично закрыт резиновым гофрированным пыльником, что позволяет пыльнику изгибаться вместе с шарниром и сохранять при этом герметичность.
Использование ШРУС в автомобилях
Как было сказано, ШРУС используется для передачи крутящего момента управляемым колесам переднеприводных автомобилей. Однако на одно колесо приходится не один ШРУС, как можно было бы подумать, а сразу два: внешний и внутренний. Почему именно так? Все очень просто.
Внутренний ШРУС установлен между коробкой передач (или редуктором) и полуосью, а внешний — между полуосью и ступицей колеса. Таким образом, два шарнира позволяют колесу нормально крутиться независимо от вертикальных отклонений полуоси, поворотов и развала-схождения.
Здесь как раз становится понятно, почему у внутренних шаровых ШРУС канавки выполнены прямыми, а у внешних — радиусными. Прямые канавки обеспечивают перемещение деталей шарнира вдоль оси — это компенсирует вибрации двигателя и колебания передней подвески. А радиусные канавки увеличивают угол поворота ШРУС и, соответственно, колеса.
Наиболее частые проблемы ШРУС
Обычно ШРУС доставляет минимум проблем автовладельцам, так как шарнир обладает высокой надежностью и может служить практически столько же, сколько и сам автомобиль — в этой детали просто нечему ломаться! Однако у ШРУС есть специфическая проблема — повреждение резинового пыльника, утеря смазки и попадание внутрь шарнира пыли и грязи. Это сразу же проявляется в виде характерного хруста, который возникает из-за «перемалывания» инородных частиц между шариками и обоймами.
При повреждении пыльника ШРУС необходимо заменить, так как эффект от простой замены пыльника и смазочного материала будет непродолжительным — уже через несколько недель шарнир все равно придется выбросить.
В остальном, ШРУС — очень надежный узел, который редко становится причиной поездки в автосервис. И, в то же время, шарниры имеют достаточно низкую стоимость, поэтому их покупка и замена не вызывает проблем.
Другие статьи
#Омывающие жидкости
29.09.2023 | Статьи о запасных частях
Зима и лето, два полюса, между которыми меняется весь наш мир. И в этом мире существуют омывающие жидкости — помощники, которые обеспечивают нашу безопасность на дороге. В этой статье мы окунемся в мир омывающих жидкостей и узнаем, какие они бывают, от чего зависит их температура замерзания и как их правильно выбрать.
#Рассухариватель клапанов
21.06.2023 | Статьи о запасных частях
Замена клапанов двигателя внутреннего сгорания затрудняется необходимостью съема сухарей — для этой операции используются специальные рассухариватели клапанов. Все об этом инструменте, его существующих типах, конструкции и принципе действия, а также о его выборе и применении читайте в данной статье.
#Переключатель света с регулировкой шкалы
14.06.2023 | Статьи о запасных частях
Во многих отечественных автомобилях ранних выпусков широко использовались центральные переключатели света с реостатом, позволяющим регулировать яркость подсветки приборов. Все о данных устройствах, их существующих типах, конструкции, работе, а также об их правильном выборе и замене читайте в статье.
#Пластина распределителя зажигания
07.06.2023 | Статьи о запасных частях
Одной из основных деталей распределителя зажигания является опорная пластина, отвечающая за функционирование прерывателя. Все о пластинах прерывателя, их существующих типах и конструктивных особенностях, а также о подборе, замене и регулировках данных компонентов подробно рассказано в данной статье.
Что такое граната в автомобиле
Колеса автомобиля часто изменяют свое положение. Каким образом передать крутящий момент на ведущие колеса автомобиля с передним приводом и что такое граната в автомобиле? Ответом на этот вопрос послужит шарнир равных угловых скоростей, который в простонародье получил название «граната».
Беспроигрышная передача крутящего момента — ШРУС
Несомненно, у автомобилей с передним приводом есть множество достоинств. Как известно они более экономичны, легче управляются и имеют более повышенную проходимость. Но есть и задача, поставленная перед производителями. Как на колеса, которые управляют автомобилем передать крутящий момент? Обычные применяемые способы здесь не работают, поскольку угол отклонения колес от продольной оси составляет 35-37 градусов.
Решение конструкторов не заставило себя ждать, они предложили применять простой карданный шарнир. Но впоследствии опытным путем было выяснено, что стабильная его работа может протекать при углах не более 12 градусов.
При больших углах происходит потеря мощности, проявляется неравномерное вращение, вибрация и множество других факторов. Тогда было принято изобрести специализированное устройство, без недостатков, обнаруженных в кардане. После этого на свет появился шарнир равных угловых скоростей, сокращенно ШРУС или граната.
Его появление связано с 20 годами прошлого века. Именно это устройство под названием шарнир равных угловых скоростей стало использоваться и используется, по сей день, для передачи крутящего момента на ведущие колеса автомобилей с передним приводом.
Разновидности
За прошлый век было разработано предостаточное множество различных конструкций ШРУС, но широкое распространение и применение на автомобилях получили далеко не все. На данный момент используются следующие виды шарниров:
– Шариковые или шарниры «Рцеппа». Разработчиком данного вида был конструктор Альфред Рцепп;
– Кулачковые или сухариковые гранаты;
– Трипоидные шарниры с игольчатыми подшипниками;
– Спаренные карданные шарниры.
В основном на новые автомобили устанавливаются шариковые или трипоидные шарниры с игольчатыми подшипниками. Другие представленные виды, а именно спаренные шарниры и кулачковые нашли свое применение на тракторах, грузовых машинах и специальной технике.
Конструкционная особенность гранаты (ШРУС)
Все виды ШРУС имеют индивидуальные отличительные особенности в конструкции. Чтобы выяснить это, нужно более подробно рассмотреть устройство на примере шариковых и трипоидных шарниров.
ШРУС шариковый
Корпус шарикового шруса представляет собой наружную обойму, внутри которой располагаются канавки. Внутри корпуса расположена внутренняя обойма, также имеющая канавки. Еще в конструкцию входит сепаратор и 6 шариков. Шарики расположены в канавках между внутренней обоймой и наружным корпусом и фиксируются сепаратором, который предостерегает их от рассыпания.
На корпусе имеется небольшой шлицевой вал. Чтобы установить приводной вал, внутренняя обойма также имеет соединение на шлицах. По типу расположения на автомобиле ШРУС может быть внешним или внутренним. Внутренний ШРУС устанавливается в коробку передач, а наружный в ступицу ведущего колеса. Внешний ШРУС имеет радиусные шлицевые канавки, а внутренний прямые. Объяснение разницы канавок будет рассмотрено ниже.
Трипоидный ШРУС
Различают два вида трипоидных шарниров, они могут быть жесткими или универсальными. Универсальный имеет корпус, в котором расположены три канавки, трехлучевую опору, напрессованную на вал и трех роликов, которые имеют шаровую поверхность и закреплены на пальцах опоры при помощи подшипников.
Ролики и вал с трехлучевой опорой располагаются в корпусе, причем ролики могут свободно перемещаться в канавках. В жестких трехлучевая опора с роликами также расположена внутри корпуса, но с опорой взаимодействует вилка с тремя пазами, в которых двигаются ролики. Применяются универсальные шарниры только как внутренние, а жесткие как внешние.
Постоянная смазка просто необходима любому виду из ШРУС. Для смазки используют различные пластичные материалы, которые заполняют весь объем шарнира. Для предотвращения выдавливания смазочного материала применяют резиновый гофрированный пыльник, который также оберегает от попадания грязи. Пыльник гнется одновременно с шарниром и обеспечивает при этом герметичность.
Эксплуатация ШРУС в автомобиле
Из выше сказанного знаем, что ШРУС применяется для передачи момента ведущим управляемым колесам автомобиля с передним приводом. Но получается, так что на одно колесо предусмотрен не 1 ШРУС, а два, т.е. внешний шарнир и внутренний. Напрашивается вопрос, зачем нужно два шарнира? На самом деле все просто.
Устанавливается внутренний шарнир между КПП или редуктором и полуосью, внешний устанавливается между ступицей и полуосью. Из этого следует, что две гранаты обеспечат нормальное вращение колеса, независимо от различных отклонений полуоси и развала-схождения.
Теперь становится все понятно относительно прямых и радиусных канавок, выполненных на шлицах внутренних и внешних ШРУС. Прямые канавки, выполненные на внутреннем шарнире, предоставляют движение элементов шарнира вдоль оси, за счет этого уменьшается вибрация на двигателе и амплитуда колебаний подвески. Радиусные канавки, выполненные на внешней гранате, обеспечивают увеличение угла поворота ШРУС, а значит и ведущего колеса.
Симптомы неисправности
Наиболее долговечными и качественными узловыми элементами конструкции автомобиля являются ШРУС. Для защищенности от неблагоприятного воздействия шарниры равных скоростей предохраняются резиновым пыльником. Он удерживает герметичность от соприкосновения элементов гранаты с влагой, грязью и пылью.
Если машина своевременно проходит технический осмотр и качественно обслуживается, эксплуатируется по асфальтным дорогам, то внешние и наружные гранаты служат длительное время, не причиняя неудобств владельцу автомобиля.
При эксплуатации автомобиля по бездорожью на не качественных дорогах с ямами и ухабами, возникают различные неисправности шарниров равных угловых скоростей. Необходимо выделить основные причины поломки гранат:
– пыльник повреждается и внутрь гранаты попадает различные виды загрязнений и влаги;
– эксплуатация шарнира с некачественной смазкой или с ее отсутствием;
– брак на производстве при изготовлении ШРУС или применение некачественного металла;
Если при эксплуатации автомобиля появились посторонние шумы, характеризующие себя как пощелкивание, характерный скрежет или металлический хруст, то стоит обратить внимание на исправность внутренней или наружной гранаты транспортного средства.
Все неисправности возникают от проникновения пыли или грязи между обоймами и шариками, т.е. в пространство между элементами гранаты. При выполнении ремонта подвергается к замене вся граната целиком на аналогичную.
В целом такое конструктивное устройство, как шарнир равных угловых скоростей обеспечивает долговечную, эффективную эксплуатацию транспортного средства. И редко заставляет владельцев автомобилей посещать автосервис.
ШРУС: в чем опасность его поломки и как не допустить серьезного ДТП?
Шарнир равных угловых скоростей, то есть ШРУС или граната – одна из составляющих ходовой части автомобиля. Посредством ШРУСа происходит передача крутящего момента на колеса. Соответственно, выход этой детали из строя приведет к тому, что автомобиль не сможет продолжать движение.
Само собой разумеется, ШРУС не ломается за одну секунду. Сначала появляются признаки, свидетельствующие о том, что время «жизни» гранаты начало обратный отсчет. Остаться незамеченными они могут только если водитель крайне невнимательный и всегда ездит с громко включенной музыкой. Во всех остальных случаях внимание автовладельца непременно привлечен характерный хруст, усиливающийся при наборе скорости, проезде препятствий и на поворотах.
Другое дело, что далеко не все водители спешат в автосервис, едва только диагностируют поломку ШРУСа на слух. Кто-то делает вид, что не заметил неприятного звука и откладывает замену детали (именно замену, поскольку ремонт ШРУСа невозможен) до лучших времен, кто-то смотрит на тахометр и ждет, когда тот покажет 100 тысяч км пробега. Почему? Потому что теоретически регламент замены гранаты приходится именно на эту отметку, но по факту время замены может подойти и через полгода эксплуатации автомобиля и даже на следующий день после его покупки, ведь всегда возможен производственный брак детали или ошибка, допущенная при сборке узла.
Помимо гарантийных неисправностей, на срок службы ШРУСа влияют особенности вождения. Агрессивная езда с постоянными разгонами и экстренными торможениями, резкие вхождения в поворот и частая езда по бездорожью (как, собственно, и по российским дорогам) буквально убивают гранату на глазах. Многие водители вынуждены менять ШРУС по два-три раза в год.
Еще один фактор, от которого зависит продолжительность жизни шарнира равных угловых скоростей, – целостность его пыльников. Многие автовладельцы не считают пыльник слишком уж важной запчастью, и очень напрасно. Пыльники – это своеобразные капюшоны, закрывающие особо уязвимые механизмы, в частности, ШРУС, от пыли, грязи, реагентов и мусора, летящих с дороги. Если пыльник протирается или рвется – а это происходит довольно часто – механизм оказывается беззащитным. Мелкие частицы, попадающие в него, становятся абразивом, а влага усугубляет процесс выхода из строя. Поэтому замена пыльника – самое правильное, что можно сделать, заметив его повреждение – это обойдется гораздо дешевле замена ШРУСа.
Что же будет, если на свой страх и риск продолжать ездить с хрустящей гранатой? Могут отвалиться иголки роликовых подшипников. Это опасно тем, что они попадут в корпус коробки, а оттуда, вместе с маслом, под напором, поднимутся к шестеренкам и выведут агрегат из строя. Тогда придется менять не только ШРУС, но и коробку, что гораздо дороже, дольше и сложнее.
Еще более печальный сценарий развития событий при езде с хрустящим ШРУСом: внезапное заклинивание. Это весьма частое последствие легкомыслия водителя, которое может произойти на любой скорости и в любом месте. Представьте сами, что произойдет с автомобилей, водителем, пассажирами и другими участникам движения, если колесо машины заклинит на скорости 80, 100, 150 км/час?
Вывод может быть только один: следите за состоянием гранаты – проверяйте и своевременно меняйте пыльники, прислушивайтесь к звукам, исходящим от колес и не затягивайте с заменой ШРУСа, если таковая необходимость заявит о себе.
Что такое ШРУС или граната в автомобиле
В разговорной речи бывалых автомобилистов и мастеров по ремонту встречается много слов, абсолютно незнакомых новичкам. Например, шарнир равных угловых скоростей или ШРУС. Нередко этот узел также называют автомобильной гранатой или просто гранатой. В нашей статье мы подробно расскажем, что такое ШРУС в автомобиле, зачем он нужен, поделимся интересной и полезной информацией об этом важном устройстве.
Зачем нужен ШРУС в автомобиле
Как выглядит граната в автомобиле
Необходимость изобретения ШРУСа возникла одновременно с появлением первых автомобилей с передним приводом. 3 основных преимущества переднеприводных машин хорошо известны каждому автомобилисту:
- повышенная проходимость;
- лучшая управляемость;
- экономичность.
Но, при передаче крутящего момента на управляемые колёса, постоянно изменяющие своё положение, возникали серьёзные потери мощности и другие негативные последствия:
- Обычные шарнирные механизмы быстро приходили в негодность.
- Вращение на колёса передавалось неравномерно.
- Возникала сильная дополнительная вибрация.
- Валы и шестерни трансмиссии работали со значительными перегрузками.
Изобретение автомобильной гранаты в 20-х годах прошлого века позволило полностью решить эту сложную техническую задачу. С помощью ШРУСа крутящий момент на управляемые колёса передаётся без потерь мощности и других недостатков.
Благодаря надёжности и простоте, шарнир равных угловых скоростей также широко используется на заднеприводных машинах, в которых установлена независимая подвеска.
Качественная граната отличается длительным ресурсом работы. При бережной эксплуатации автомобиля необходимость её замены или ремонта возникает крайне редко.
Типы ШРУСов, их устройство и принцип работы
В современных автомобилях используются различные ШРУСы, которые классифицируются:
- по месту установки (внешние и внутренние);
- по типу конструкции (шариковые, триподные, кулачковые и спаренные карданные).
Внешние и внутренние ШРУСы
На каждое колесо переднеприводного автомобиля устанавливаются 2 ШРУСа. Внутренний шарнир соединяет коробку передач и полуось, внешний – полуось со ступицей колеса. Работая в паре, они обеспечивают передачу крутящего момента при всех типах нагрузок.
В наиболее распространённых шариковых шарнирах, внешние ШРУСы оборудованы радиусными канавками, обеспечивающими бесперебойность работы автомобиля при поворотах колёс. Внутренние гранаты с прямыми канавками компенсируют перемещения деталей узла вдоль оси при колебаниях передней подвески и вибрации автомобиля.
Конструктивные отличия различных типов ШРУСов мы опишем ниже.
Читайте также: Внутреннее устройство и принцип работы автоматической коробки передач , коробки робот и вариатора .
Шариковые
Состоят из корпуса (наружной обоймы) с 6 канавками, сепаратора, 6 шариков и внутренней обоймы с 6 канавками. В ходе эксплуатации автомобиля, шарики перемещаются по канавкам, обеспечивая передачу крутящего момента от двигателя на колёса.
Шариковые гранаты чаще всего встречаются на переднеприводных легковых автомобилях.
Внутреннее устройство шарикового ШРУСа
Принцип работы шарикового шруса
Триподные
В триподных ШРУСах вместо шариков используются сферические ролики, которые крепятся на пальцах опоры с помощью подшипников.
Триподные автомобильные гранаты устанавливаются как на легковые, так и на грузовые машины с малой грузоподъёмностью.
Принцип работы триподной автомобильной гранаты
Внутреннее устройство триподного ШРУСа
Кулачковые
Кулачковые ШРУСы конструктивно состоят из 2 вилок и 2 фасонных дисков. Площадь сцепления (контакта) вилок является значительной, поэтому элементы шарнира выдерживают серьёзные нагрузки при эксплуатации.
Кулачковые шарниры получили широкое распространение на грузовых автомобилях повышенной грузоподъёмности.
Внутреннее устройство кулачковой автомобильной гранаты
Спаренные карданные
Являются наименее востребованными устройствами. Изготавливаются из двух карданных шарниров, состыкованных между собой.
В настоящее время используются при производстве мощной строительной техники, тракторов, некоторых моделей грузовиков и внедорожников.
Принцип работы спаренного карданного ШРУСа
Читайте также: Внутреннее устройство и принцип работы коробки передач DSG и CVT .
Видео про ШРУС
Признаки неисправности ШРУСа
- Повреждение пыльника и проникновение загрязнений внутрь шарнирного соединения.
- Отсутствие или применение низкокачественной смазки.
- Использование бракованного металла или нарушение технологий при производстве устройства.
Характерным признаком неисправности автомобильной гранаты является появление посторонних звуков при эксплуатации машины (специфического хруста, пощёлкивания или скрежета). Они возникают вследствие попадания частичек пыли или грязи в пространство между элементами шарнира (обоймами и шариками). При ремонте необходимо заменить ШРУС целиком на новый аналог.
Но, в целом шарнир равных угловых скоростей – это устройство, обеспечивающее надёжную, долговечную и эффективную эксплуатацию автомобиля. ШРУС редко становится причиной обращения в автосервис.