Просто о сложном. Что такое ШРУС

Внимание, используется специальная техническая лексика, способная осложнить, а в некоторых случаях полностью блокировать работу мозга неподготовленного читателя.

При возникновении тошноты и головокружения, следует немедленно прекратить чтение и принять 50 грамм виски или другого крепкого напитка.

Полный привод подразумевает, что к каждому колесу подведён крутящий момент. Причём так, чтобы колесо могло двигаться и поворачиваться относительно кузова. Собственно, вращает колёса привод. Когда на экране приборной панели вашего внедорожника возникает анимированная картинка распределения тяги по осям и колёсам, она в точности повторяет реальную систему валов под его днищем. Эти валы – толстые металлические прутки или трубы с шарнирами на концах. Шарнир позволяет передавать вращение под углом: колёса вместе с подвеской ходят вверх-вниз, а передние ещё и поворачиваются на приличный угол.

Первые оковы

Сначала в мире приводов царили кожаные ремни. Такие же, какие использовались в станках. При минимальных скоростях и небольшой мощности моторов это ещё годилось, но как только скорости выросли, популярными стали роликовые цепи с подвижными звеньями, как у мотоциклов. Трансмиссия в задней части машины заканчивалась обычным мостом, жёстко закреплённым на раме. Вместо колёс к его концам крепились ведущие звёздочки, а к подвешенным на рессорах колёсам – ведомые. На пару задних колёс приходилось два моста – ведущий и подвесочный, а свободное провисание цепей обеспечивало некоторую подвижность последнего. О приводе передних поворотных колёс при такой схеме не могло быть и речи. Впрочем, от неё быстро отказались ввиду громоздкости и ненадёжности и начали придумывать более совершенные.

Кардано и Леонардо

Подумать только, принцип карданной передачи был подробно описан Джироламо Кардано в XVI веке, а впервые его упоминал Леонардо да Винчи! Но одно дело придумать, и совсем другое – воплотить в металле. Первые карданные валы появились на автомобилях уже в первое десятилетие ХХ века. Из всех применяемых сегодня подвижных передач карданная – самая простая. Четыре игольчатых подшипника да крестовина. Но её простота компенсируется одним важным недостатком: малыми рабочими углами. До12 градусов она крутится более-менее плавно, а вот выше – уже с рывками. Мало кто знает, что и совсем без угловой разницы кардану работать вредно: неподвижные иголки подшипников проделывают в опорных пальцах крестовин канавки, лишая соединение подвижности. Поэтому обычно карданам задают небольшой (1,5–2 градуса) рабочий угол.

Таким образом, кардан подходит для привода малоподвижных задних колёс, но как быть с передними, где углы поворота зачастую приближаются к 30 градусам? В переднем мосту всем знакомого Jeep долгие годы жили сдвоенные карданные крестовины. Но гениальное по простоте решение – разделить рабочий угол пополам между двумя шарнирами, имеет два заметных недостатка: громоздкость конструкции и всё те же рывки при максимально вывернутом руле. Поэтому требовалось придумать что-то принципиально новое.

Мир скользящих шариков

Впервые передать вращение с равной угловой скоростью и заменить карданные подшипники подвижными шариками догадался немецкий изобретатель Карл Вайсс в начале 1920-х. Его изобретение, самый первый ШРУС (шарнир равных угловых скоростей), представляло собой две вилки на концах двух валов, в парных канавках которых перекатывались четыре шарика. Пятый шарик в центре служил шарниром, относительно которого наклонялись валы. Некоторое время спустя патент Вайсса купила компания американского изобретателя и промышленника Винсента Гуго Бендикса. До сих пор ШРУСы Бендикса – Вайсса можно видеть, например, в переднем мосту УАЗа.

Эта конструкция хорошо подходит для передач солидного момента в тяжёлых внедорожных машинах, но имеет довольно низкий ресурс и заметные потери при больших углах, по причине малой суммарной поверхности касания (одновременно работают только два шарика). Путь совершенствования угловых шарниров был очевиден: увеличение количества соприкасающихся деталей.

Больше – лучше

В 1936 году изобретателю Альфреду Рцеппу удалось добиться небывалой равномерности угловой скорости валов. Слагаемые успеха – шесть шариков вместо четырёх, сферическая форма шарнира и длинные направляющие канавки. Сегодня именно этот шарнир мы чаще всего называем ШРУСом. Строго говоря, и в шарнире Рцеппа есть едва заметные рывки, но они столь малы, что даже при огромном по меркам приводов рабочем угле в 40 градусов ими можно пренебречь. Эти шарниры медленно завоевывали мир: изготовление сложных пространственных деталей – внутренней и внешней обойм, сепаратора с отверстиями, точных сферических сопряжений – требовало точнейшего оборудования и качественных материалов. Но именно ШРУСы Рцеппа и их разнообразные потомки («Бирфильды» и GKN) правят бал в современных системах полного привода. Привычная нам «граната» в приводе – рцепповская шестишариковая муфта.

В сторону и назад

Но не только ШРУС Рцеппа крутит колёса внедорожной техники. Конструкция с ажурными деталями высокой точности выигрывает в компактности, но имеет ограничения по величине крутящего момента. Проще говоря, она хорошо подходит для внедорожников и кроссоверов, но слишком дорога и ненадёжна для использования в тяжёлых военных и специальных машинах. Для них важны простота и дешевизна, а рывки в трансмиссии мало кого интересуют.

Производители переднеприводных машин, вероятно не желая выплачивать компаниям-владельцам патентов «Бендикс-Вайсс» и «Рцеппа» деньги, разработали свои упрощённые конструкции. Например, шарнир «Тракта» – сочетание кулачков и втулок, соединённых скользящими деталями с большими шлифованными поверхностями. Похожее устройство имеет отечественный кулачково-дисковый шарнир, который успешно применяется на полноприводных КАМАЗах, КРАЗах и УРАЛах. Большие габаритные размеры и огромная поверхность трения таких шарниров не страшна на крупной технике с высоким крутящим моментом, а ограниченный ресурс деталей компенсируется их дешевизной и простотой замены.

Другой эрзац-шарнир носит хитрое название «трипод». Тут всё просто: три торчащих в разные стороны оси на конце привода несут по ролику со сферической поверхностью. Ролики входят в три выреза внешней обоймы. Система проста и надёжна, но плохо переносит большие углы. Тем не менее трипод часто используют в качестве внутренних шарниров спереди. Причина, как вы понимаете, всё та же – дешевизна и простота.

Это тоже полезно

Под неравной угловой скоростью понимают вращение, при котором колесо непрерывно ускоряется и замедляется каждую четверть своего оборота. Помимо неприятных воздействий на рулевое управление и подвеску (рывки), работа с неравной угловой скоростью чревата быстрым износом всей трансмиссии. Неравномерность вращения карданной передачи тем больше, чем больше угол между осями ее валов. При этом ведущая часть шарнира вращается равномерно.

В обычных карданных валах привода мостов применяют две крестовины, ушки которых на одном валу расположены в одной плоскости. Сами валы располагают по возможности так, чтобы оси выходного вала раздаточной коробки (или коробки передач) и ось ведущего вала заднего редуктора были параллельны. Одинаковые, но разнонаправленные углы наклона крестовин такого карданного вала способствуют компенсации угловых пульсаций. Одна из причин появления независимых задних подвесок в том, что их редуктор почти не перемещается относительно остальной трансмиссии. Углы карданных шарниров в таком случае неизменны и минимальны.

С проблемой неравной угловой скорости хорошо знакомы владельцы Lada 4x4 и Chevrolet Niva. Карданное сочленение между коробкой передач и раздаточной коробкой старой версии трансмиссии вкупе с воздействием двух карданов привода мостов – источник самой неприятной вибрации внедорожника. Один из хороших рецептов против вибраций – жесткое крепление агрегатов трансмиссии друг к другу – в Ниве проигнорировали, получив неистребимый источник разнообразных трансмиссионных рывков. Менее технологичный, но следующий «золотому правилу» УАЗ получил моноблочную трансмиссию без промежуточных карданов и спокойную, без пульсаций, трансмиссию.

Подписывайтесь на нас в Дзене! Там масса интересного!