Назначение шруса в автомобиле
Просто о сложном: что такое ШРУС
Различные выражения (цензурные и не очень) относительно ШРУСов слышал каждый автовладелец. Где-то в передних колесах оно стоит. Но что за странное такое словечко? Или, это все же аббревиатура? Давайте разбираться. И поэтому, для начала, чуть-чуть теории.
Во-первых, выясним раз и навсегда, что ШРУС — это именно аббревиатура. Расшифровывается как «шарнир равных угловых скоростей». Что за скорости и где их нужно уравнивать? Во время движения автомобиля в повороте все его колёса проходят разную длину окружности. То есть, крутятся хоть и одновременно, но с разными скоростями. Чтобы трансмиссию от такого неравенства не закусывало, придумали дифференциал. Кстати, о том, как он работает, я простыми словами уже рассказывал в одной из статей. Но сегодня мы заострим внимание на том, что колеса не только вращаются с разными скоростями, но и одномоментно могут находиться в разных плоскостях. Что это значит? Да всё просто: обычная кочка или ямка — и вот, два колеса одной оси уже не на одной оси — такой вот каламбурчик.
Более того, в голове сразу же всплывает и вторая логическая модель движения: как передавать вращение на колёса во время их поворота? А тем более, если поворачиваем на ухабах (то есть всегда…)? Ведь получается, что колёса в этот момент не только одно выше/другое ниже, но еще и оба не перпендикулярны своим полуосям! Вот здесь-то и работают ШРУСы. А если тезисно и простыми словами: ШРУС — это узел в трансмиссии, призванный равномерно передавать вращение на колёса одной оси вне зависимости от их взаимного положения.
Внешний ШРУС
Сейчас поговорим о внешних ШРУСах, а в конце я добавлю несколько слов и про внутренние с видеопояснением. Итак, внешний шарнир.
Находится сия приблуда почти на стыке колеса и полуоси — то есть, в ступице. Наверняка хоть раз видели резиновую пирамидообразную гармошку на оси с внутренней стороны колеса. Вот это оно, а гармошка называется пыльником и призвана уберегать шарнир от воздействия воды, пыли и грязи.
Теперь хорошо бы разобраться почему, собственно, равных угловых скоростей? Дело в том, что не все типы угловых передач способны передавать вращение равномерно. Пример тому — обыкновенная карданная передача. Такой вид связи двух осей хоть и способен работать с непрерывно изменяющимся углом сопряжения, но чем больше угол между осями — тем менее равномерно передается вращение. Проще говоря, если при угле работы кардана в 10 градусов всё крутится почти плавно, то при 35 градусах уже будут ощутимы явные рывки. Разумеется, это пагубно сказывается на ресурсе деталей трансмиссии, да и на ездовом комфорте тоже. Существуют и сложные типы карданных передач, где такой эффект практически сведен на нет, но они довольно громоздки и поэтому, в легковых автомобилях практически не применяются.
А вот ШРУС способен передавать вращение на углы до 70 градусов абсолютно плавно, без эффекта «заедания». То есть, полностью сохраняется равномерность вращения ведущего и ведомого валов независимо от угла их сопряжения. Отсюда и название.
Ну а теперь к тому, как это чудо устроено. Если без усложнений, то есть внешний корпус с канавками и полуось, передающая вращение от двигателя. Между ними стоит внутренняя обойма, на которую по периметру надет сепаратор. А между обоймой и сепаратором зафиксированы (чтобы не рассыпались) обыкновенные металлические шарики. Всё это хозяйство вставлено друг в друга и закреплено стопорным кольцом, образуя единый узел. И получается, что на какой бы угол и в каком направлении не изгибался корпус (читай — колесо машины) — шарики, перемещаясь по канавкам корпуса, будут равномерно передавать ему (корпусу) вращение от полуоси. Ниже картинка для понимания этой немудрёной схемы.
Ну и наконец, почему «рвутся ШРУСы» и что это значит. Как понятно из этого расхожего выражения, ничего хорошего это не значит. 🙂 Ломаются они либо банально от естественной изношенности узла, либо благодаря горячей крови наездника, который обожает пустить пыль в глаза (во всех смыслах) и регулярно давит на гашетку с выкрученными до упора колесами. А из конструкции шарнира понятно, что чем больше угол передачи — тем выше нагрузка на все детали узла. То есть, шлифовать асфальт с вывернутым рулём можно очень красиво, но недолго. Здесь мы имеем ввиду, конечно, переднеприводные автомобили: если привод задний, то никаких ШРУСов на управляемых колёсах нет.
Кстати, провести первичную диагностику можно на слух. Характерное равномерное пощёлкивание в такт вращению колеса при вывороте руля до упора (при медленной езде, разумеется) может говорить о том, что ресурс внешнего ШРУСа на исходе.
Внутренний ШРУС
Теперь, как обещал, про внутренний ШРУС. Конструкция его может быть аналогична внешнему, но как правило, применяется другая схема. Такой ШРУС работает на трёх подшипниках и потому называется трипод. Статистически, выходит из строя он значительно реже внешнего. Прежде всего, из-за того что работает под меньшими углами нежели свой собрат. Но и его ресурс не бесконечен. Кстати, в отличие от внешнего шарнира, трипод еще имеет некоторый свободный ход в поперечном (относительно кузова) направлении. Это «растяжение» необходимо для компенсации общей длины всей сборки полуоси при работе подвески вверх/вниз. Конструктивно, у внутреннего ШРУСа также есть внешний корпус (т.н. «стакан») с канавками подобно внешнему. Но только перемещаются в них не шарики, а подшипники, закрепленные на трёх противопоставленных осях обоймы.
Задачи ШРУСа мы подробно рассмотрели на примере внешнего, и трипод здесь принципиально ничем не отличается: равномерно передавать вращение при любом доступном ему угле. Просто угол работы трипода заметно меньше — до 18 градусов. Оно и понятно: нет необходимости передавать вращение на вывернутые колеса: этим занимаются внешние «гранаты» (как их еще называют).
А если написанного все равно недостаточно, то приглашаю вас к просмотру небольшого видеоролика. В нём я меняю пыльник внутреннего ШРУСа с подробными пояснениями где, что и как. Кстати, после просмотра вы наверняка будете полны решимости не ехать на сервис, а при необходимости провести эту вполне несложную процедуру самостоятельно
Потрещал – и хватит: что такое ШРУС, почему он ломается и как его проверить?
Есть в русском языке слова, которые никак не даются многим авторам в Интернете. Чего тут только не встретишь: и «подшибник», и «клейма», и «саленблок», и «кювейт», и – совершенно внезапно! – «шруз». Откуда взялся этот «шруз»? С ним-то как раз всё просто: это шарнир равных угловых скоростей, сокращённо – ШРУС. Что же, видимо, есть необходимость рассказать о нём подробнее.
Ты – туда, я – сюда
Нет совершенства в этом мире, и автомобиль – не исключение. Он никогда не ездит по абсолютно ровной дороге по абсолютно прямой линии. При поворотах разницу в угловых скоростях внешнего и внутреннего по отношению к центру кривой колёс призван компенсировать дифференциал. С его помощью одно колесо может крутиться быстрее или медленнее второго колеса на одной оси. Но этого недостаточно.
На переднеприводном автомобиле ведущие колёса не только поворачиваются, но и ходят относительно оси коробки передач в зависимости от рельефа дороги. С такой свистопляской дифференциал не справится – тут нужно обеспечить не только равномерную и непрерывную передачу момента на ведущее колесо, но и сделать этот момент независимым от угла поворота колёс и рельефа местности. А для этого нужны дополнительные степени свободы.
Подробно рассказывать историю разработки ШРУСа не буду, но путь его был не всегда лёгок и удачен. Были попытки собрать нечто похожее из двух сочленённых карданных валов, но получилась тяжёлая и громоздкая штука. Были кулачковые (они же сухариковые) шарниры и кулачково-дисковые. Впрочем, слово «были» не совсем уместно: такие шарниры есть и сейчас, но в легковых машинах их встретить почти невозможно. А вот в грузовых – вполне. Например, на Урале 4320 стоят кулачково-дисковые ШРУСы. Но вернёмся к легковушкам.
Наиболее популярная конструкция ШРУСа – это шариковые шарниры. Существует довольно много их видов (Bendix-Weiss с делительными канавками, Rzeppa с делительными рычажками и т. д.), но наиболее популярные сегодня – это Рцеппа-Лебро с непараллельными делительными канавками. Такие ШРУСы обычно стоят в качестве внешних – тех, что установлены ближе к ступице.
Всего на приводном валу два ШРУСа – внутренний и внешний. Внутренний соединяет коробку передач и вал, внешний – вал и ступицу. А вот в коробке чаще стоит ШРУС другого типа – трипод. Чем отличаются эти шарниры?
В шариковом ШРУСе есть несколько основных деталей: внешний корпус с канавками, обойма и сепаратор. Сепаратор удерживает на обойме стальные шарики, которые перекатываются между корпусом и обоймой. И именно они передают через обойму вращение полуоси (вала) на корпус ШРУСа. А тот в свою очередь имеет свою ось со шлицами, которые вставляются в ответную часть ступицы. И в итоге выходит, что как бы ни было вывернуто колесо, оно постоянно получает момент с привода.
Важно, что этот момент непрерывный. В случае, например, с сочленёнными карданами или триподами вывернутое в повороте колесо получало бы момент рывками, прерывисто. Понятно, что ехать на машине с такой особенностью было бы не очень приятно из-за толчков под нагрузкой в повороте и не очень безопасно из-за скачков в крутящем моменте на колесе (тяга была бы дискретной). При этом чем круче поворот, тем заметнее было бы биение.
Наконец, у шарикового ШРУСа есть ещё одно важное преимущество перед остальными: он работает при довольно большом угле поворота – до 70 градусов. Именно поэтому его ставят в качестве внешнего шарнира приводного вала: ступица отклоняется от оси приводного вала намного больше, чем вал от оси коробки передач. И как раз по этой же причине в качестве внутреннего ШРУСа обычно используют трипод, который теоретически надёжнее шарикового шарнира, но не способен работать при больших углах поворота. Его предел – это всего 18 градусов.
Устроен он по похожему принципу, что и шариковый шарнир, но с одним исключением: между обоймой и корпусом бегают три ролика (подшипника), а не шесть (обычно) шариков, как в шариковом ШРУСе.
У трипода есть одно очень важное преимущество: наличие небольшого свободного хода – осевого перемещения. Это очень важно, потому что без этого свободного хода привод вылетел бы из коробки на первой же яме. Дело в том, что при перемещении колеса изменяется общая длина привода от коробки до ступицы, а небольшое осевое перемещение внутри трипода способно его компенсировать.
Таким образом, схема приводного вала с шариковым шарниром снаружи и триподом внутри получается наиболее предпочтительной: именно эта комбинация способна не только обеспечивать его подвижность ведущего колеса относительно коробки передач, но непрерывно передавать момент на колесо вне зависимости от его поворота и перемещения относительно горизонтальной плоскости.
К сожалению, как и любой другой механизм, ШРУС не вечен. Когда-то ему приходит конец, и его приходится менять. Как понять, что этот печальный день настал, и как этот день оттянуть?
Гонки, грязь и безответственность
Трипод в коробке разваливается намного реже. И не всегда даже понятно, что с ним что-то не так. Да, если весь привод вылетел из коробки, всё сразу становится очевидно. Но иногда у него просто от старости и неизбежного износа растёт люфт. И в этом случае признаки поломки будут не такими очевидными. Чаще всего износ трипода проявляется вибрацией на определённых скоростях, и поиск причины может очень затянуться. Про существование трипода вспоминают слишком поздно. К этому времени у несчастного автовладельца на машине уже отбалансированы и намертво затянуты колёса, проверены тормозные суппорты и диски, переставлены местами шины, заменен подвесной подшипник привода, если он есть… А вибрация после всего этого остаётся на месте. Вот он, повод проверить трипод.
Кстати, похожая вибрация будет и при искривлении вала привода. Погнуть его сложно, но возможно.
Внешний ШРУС, прозванный за характерную форму «гранатой», выходит из строя чаще, чем трипод. И причин для его поломок больше – тут виноваты не только старость и износ.
Наиболее частая причина поломки ШРУСа – это повреждение его пыльника. Внутри пыльника набита смазка, без которой шарнир работать долго не может. Точнее, он без неё работать не может совсем, поэтому порванный пыльник – это почти приговор ШРУСу. Очень важно периодически заглядывать под машину и проверять состояние пыльников. Если он в грязи и масле – нужно срочно ехать на его замену. Иногда можно успеть спасти шарнир. А при каждой возможности пыльник желательно осматривать внимательно: трещины и потёртости на нём недопустимы.
При замене пыльника тоже есть свои тонкости. Многие сталкивались с тем, что пыльник может стоить слишком дорого, особенно учитывая, что это просто резинка с хомутиками. Естественно, возникает желание найти что-нибудь подешевле. На форумах часто попадаются темы вроде «подходит пыльник от Нивы», «поставил в 100500 раз дешевле от восьмёрки» и тому подобное. Ну, если прямо уж совсем подходит от Нивы, то можно и рискнуть. Но чаще бывает, что подходит с некоторыми допущениями: тут надо подтянуть, тут немного болтается, но «в общем» подходит. ШРУС – не судебный пристав, и на компромисс он не идёт. Если что-то не подходит, лучше ставить оригинал (или качественный аналог от нужной машины). Конечно же, при замене пыльника нужно обратить внимание на состояние смазки. Наличие грязи там недопустимо, отсутствие смазки – тем более. И не стоит забивать в ШРУС литол – для этого есть специальные смазки.
Вторая причина умереть обусловлена конструктивной особенностью шарикового ШРУСа. При разгоне по прямой момент на колесо передают все шесть шариков шарнира, а при вывернутых на большой угол колёсах – два шарика. Так что «газ в палас» в поворотах изнашивает ШРУС очень быстро. Если хочется продлить ему жизнь, про подобный манёвр лучше забыть.
Вот эта особенность – умирать под большой нагрузкой с вывернутыми колёсами – и легла в основу поиска неисправности внешнего ШРУСа. Способ старый, но вполне эффективный: выворачиваем колёса и давим газ. Слышен хруст или щелчки при повороте направо – меняем правый внешний ШРУС, налево – левый. Иногда возникает желание отложить эту работу, но я бы не советовал. Да, если чуть-чуть щёлкает, ШРУС ещё может проехать довольно много. Но не всегда. Теоретически ничего ему не мешает развалиться при первом же старте от светофора, так что лучше с ремонтом не затягивать.
При такой диагностике следует обратить внимание на одну особенность: в силу своей конструкции иногда может щёлкать и трипод. Обычно щелчок заметен при переключении первой передачи после задней или задней после первой (или любой другой, но вперёд). Небольшой люфт в триподе есть всегда, и пока он выбирается, трипод может тихонько щёлкнуть (именно щёлкнуть, а не стукнуть). Это нормально, паниковать рано.
Опытные механики могут посоветовать подёргать приводной вал рукой и посмотреть, будет ли люфт. Без подъёмника это делать проблематично, а без опыта – часто бесполезно. Хотя в одном они правы: заметный люфт во внешнем ШРУСе должен вызвать настороженность.
Ну и последнее: вал крутится, а машина стоит на месте. Всегда ли виноват ШРУС? Нет, не всегда. Бывает, что у старых валов корродируют или срезаются шлицы (почему-то этим частенько грешат старые «корейцы»). В этом случае тоже придётся менять ШРУС, потому что вал – это часть его корпуса.
А закончу всё-таки оптимистично: здоровье ШРУСов большей частью зависит от владельца автомобиля. Не будет чрезмерно беспощаден при стартах на поворотах, будет следить за пыльниками – и ресурс этого узла может перевалить и за 200, и за 300 тысяч километров (сейчас их делают качественно, это не «гранаты» на старых «девятках»). Так что спасение ШРУСа – дело рук водителя. И, наверное, это хорошо.
Важнейшей деталью любого транспортного средства является шрус – элемент, обеспечивающий передачу полуоси привода угловой скорости, благодаря чему его функционирование не прерывается во время поворотов.
Так как этот комплектующий элемент нуждается в защите, его устанавливают вместе с пыльником, обработанным специальной смазкой, заметно продлевающей срок службы и улучшающей эксплуатационные характеристики. О том, что представляет собой шрус, каковы его разновидности и назначение, пойдет речь в нашем сегодняшнем материале.
Что такое шарнир равных угловых скоростей
Шрус, именуемый также «гранатой», расшифровывается как шарнир равных угловых скоростей. Он является незаменимым элементом трансмиссии, бывает нескольких разновидностей как конструкционной с точки зрения, так и в плане места установки.
Шрус необходим для обеспечения равномерной передачи крутящего момента к тем колесам, которые являются ведущими, во время их поворота на 70 градусов по отношению к оси. Детали устанавливают на машинах с независимой подвеской.
Дело в том, что над решением проблемы с передачей крутящего момента от мотора на колеса конструкторы работали достаточно долго, эта задача оказалась не такой простой, как думалось изначально.
Так была придумана трансмиссия, но даже при ее наличии колеса являются в определенной степени независимыми деталями, к кузову авто они крепятся независимо, характеризуясь также независимостью от КПП.
Когда речь идет о заднеприводных транспортных средствах, вопрос решается посредством использования карданного вала, а вот с переднеприводными машинами дела обстоят иначе. Понадобились иные детали, которые могли бы обеспечить передачу вращательных движений на колеса, подпрыгивающие по отношению к кузовной части.
Проблема заключается в том, что обычный кардан не способен гарантировать постоянную угловую скорость ведомого вала, который устанавливается под углом. Возникали рывки, крутящий момент передавался неравномерно.
Сюда прибавилась еще и необходимость обеспечения точной передачи крутящего момента при повороте колес под углом до 70-ти градусов. Важно было, чтобы решение стало максимально надежным, ведь речь идет о детали, которая регулярно подвергается высоким нагрузкам.
Назначение шруса
Как уже говорилось выше, назначение данной детали сводится к передаче крутящего момента от силовой установки транспортного средства на ведущие колеса с сохранением их возможности поворачиваться под нужным углом и в соответствии с поворотом рулевого колеса. Благодаря особенностям конструкции деталь способствует передаче вращательных движений между полуосями под углом до 70-ти градусов.
Впервые шрус придумали давно, в теории его описали еще в 20-х годах 20-го века, сделал это знаменитый инженер Рцеппа, деталь так и назвали – шарниром Рцеппа.
Но тогда дальше теории дело не пошло, изобретение не получило практической реализации. На практике шрус начали использовать гораздо позже, в начале 60-х годов, первопроходцами в этом плане стали машиностроители из Японии.
Если говорить о конструкции, то шрусы бывают нескольких типов, причем, чаще всего используются детали шарикового типа, получившие название трипода или трехшипа. Чтобы вращательный момент передавался надлежащим образом, обязательно наличие 2-х шарниров – шруса внутреннего и наружного.
Первый входит в коробку передач, а второй, то есть наружный, вставляется в ступицу колеса, являющегося ведущим. Для соединения шарниров между собой используется вал. Внутренний шарнир возмещает осевое перемещение привода, тогда как основная задача внешнего – обеспечивать стабильную передачу крутящего момента при разных углах полуосей.
По состоянию на сегодняшний день существует 4 типа деталей, ставших темой нашего разговора:
Сухариковые устанавливаются преимущественно на грузовых автомобилях, а также на крупногабаритной спецтехнике, используемой в сложных условиях эксплуатации. Трипоидные являются обязательными элементами внутренних конструкций, главная их особенность – внушительное осевое перемещение.
Карданные спаренные используются редко, так как они сложны в плане устройства и практически не подлежат ремонту. Шариковые получили наиболее широкое распространение, именно этот тип шрусов устанавливают на автомобили с передним приводом.
Кулачковые шрусы
Кулачковые шарниры, именуемые также сухариковыми, как уже говорилось выше, используются преимущественно на грузовой технике. Они состоят фактически из 4-х частей – вилок (2 шт.) и фасонные диски (2 шт.). Вилки отличаются большим размером, они призваны выдерживать огромные нагрузки и отлично справляются с этой задачей.
Трипоидные
Такие детали нашли свое применение в легковом и коммерческом транспорте. Вместо шариков в них используются вращающиеся ролики, рабочая поверхность которых выполнена в форме сферы.
Шариковые
Эта разновидность получила наиболее широкое распространение. Прототип шарнира был разработан Альфредом Рцеппой в начале 20-го века, с тех пор конструкция практически не изменилась, она представляет собой 6 шариков, работающих по канавкам полукруглого сечения. Преимуществом такого узла является его компактность, износостойкость (необходимость замены шруса возникает не ранее, чем через 200 тыс. км), способность выполнять свои функции при углах до 40 градусов.
Карданные спаренные
Еще один тип шрусов, в которых для компенсации неравномерности передачи угловой скорости первого кардана внедрили второй кардан. Важно, чтобы угол между осями этих двух валов не был больше, чем 20 градусов, в противном случае возникнут вибрации, нагрузка возрастет, деталь может выйти из строя. Как правило, спаренные карданные шарниры используются в крупной дорожной технике.
Причины и признаки поломки шруса
К наиболее распространенным признакам выхода из строя переднего шруса, равно как и других аналогичных деталей, относится следующее:
Как правило, преждевременный износ шруса связан с разгерметизацией защитного чехла либо с тем, что хомуты крепления расшатались и заметно ослабли. Через образовавшиеся, таким образом, пустоты и трещины в узел поступает пыль, грязь и лишняя влага, образуется некое подобие жижи, которая влияет на деталь самым что ни есть агрессивным образом, способствуя ее оперативному износу.
Признаки неисправности шрусов:
Устранение неисправности
Прежде чем приступать к устранению неисправности, необходимо определить, какой именно шарнир является проблемным. Для этого можно использовать метод, описанный ниже.
Следует поднять машину на домкрат и проверить все 4 шарнира. Процесс проверки состоит в следующем:
Таким же образом проверяем и правые шарниры, но в этом случае руль выворачиваем в правую сторону.
Как решить проблему
Определив, какая именно деталь неисправна, ее нужно снять, разобрать, хорошенько промыть и внимательно осмотреть. При наличии видимых повреждений, дефектов и люфтов придется купить новый шрус, так как ремонт в данном случае невозможен. Причем, одновременно с установкой новой детали придется выполнить также замену пыльника шруса.
А вот когда шарнир в порядке, целостность не нарушена, его после промывки необходимо покрыть смазкой шруса и установить на прежнее место. К слову: новую деталь также необходимо набить смазкой, поместив ее и под пыльник.
Смазка подвижной части шарниров является обязательным условием их эффективной работы. Согласно общепринятым стандартам, при сборке детали для внутреннего шруса необходимо использовать около 100 гр. смазки, на внешний ее идет немного меньше.
Выводы
Из описанного выше становится понятно, что шрусы являются незаменимым конструктивным элементом транспортного средства. Последствия эксплуатации автомобиля с вышедшей из строя деталью могут быть плачевными – высок риск заклинивания колес и, как следствие – создания аварийной ситуации на дороге.
Замена шарниров – удовольствие весьма дорогостоящее, однако ее необходимо выполнять вовремя, ведь если этот конструктивный элемент разрушится, его остатки могут попасть в КПП, что повлечет за собой необходимость ремонта уже двух недешевых узлов.