На что влияет граната в автомобиле
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:
Но, при передаче крутящего момента на управляемые колёса, постоянно изменяющие своё положение, возникали серьёзные потери мощности и другие негативные последствия:
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:
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.
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
Видео про ШРУС
Признаки неисправности ШРУСа
ШРУСы относятся к категории наиболее надёжных и долговечных узлов автомобиля. Для защиты от неблагоприятного воздействия шарнирное соединение внутри устройства защищено гибким пыльником. Пыльники препятствуют проникновению к местам контакта деталей шарнира грязи, влаги и пыли. При езде по дорогам с хорошим покрытием и своевременном техническом обслуживании, автомобильные гранаты служат владельцу авто долгие годы без ремонта.
Неисправности шарниров равных угловых скоростей, чаще всего, возникают при активной эксплуатации автомобиля на плохих дорогах или бездорожье. Основными причинами выхода из строя ШРУСов являются:
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.
Не думай о «гранатах» свысока, или Мифы о ШРУСах и реальные причины их поломок
ШРУСы являются обязательной принадлежностью машин с передними ведущими колесами, но широкому применению в автомобильной технике такие шарниры обязаны не только переднему приводу, но и отказу от зависимых подвесок в пользу независимых.
Поэтому помимо переднеприводных автомобилей ШРУСы нетрудно отыскать и в машинах с задним или полным приводом.
Даже в карданных передачах, где с обязанностями соединять друг с другом агрегаты трансмиссии, валы которых несоосны, по идее могли бы справляться обычные карданные шарниры с крестовинами, ШРУСам тоже нашлось место.
Шарниры с крестовинами не обеспечивают то самое равенство угловых скоростей, благодаря которому ШРУСы стали такими востребованными. В карданных шарнирах при постоянной угловой скорости ведущего элемента вращение ведомого каждую четверть оборота то ускоряется, то замедляется. Из-за этого в шарнире возникают пульсирующие нагрузки, которые, если образно уподобить их повторяющимся ударам молотка, при увеличении угла «перелома» между ведущим и ведомым элементами и скорости вращения возрастают до величин, способных очень быстро вывести шарнир из строя.
Такие особенности резко ограничивают сферу применения сдвоенных шарниров и делают ШРУСы незаменимыми везде, где оси узлов трансмиссии, между которыми требуется передавать крутящий момент, изменяют во время движения взаимное расположение на угол свыше 7-10 градусов, и при этом нужна компактность в сочетании с высокой надежностью.
Среди ШРУСов, пробовавшихся на роль заменителей сдвоенных шарниров с крестовинами, самыми удачными оказались шариковые конструкции. Они и получили наибольшее распространение.
В таких шарнирах крутящий момент передается шариками, которые в зависимости от угла между приводным валом трансмиссии и хвостовиком ШРУСа перекатываются по канавкам, нарезанным на внутренней и наружной обоймах шарнира.
Форма канавок должна быть такой, чтобы в каждый определенный момент времени шарики занимали положение, при котором выполняется условие равенства угловых скоростей ведущего и ведомого элементов шарнира.
Это не избавляет ШРУС от увеличения нагрузок по мере увеличения угла «перелома», зато устраняет пульсацию нагрузок, которая досаждает шарнирам с крестовинами. Кроме того, крутящий момент независимо от направления вращения оси передается всеми шариками, что увеличивает долговечность ШРУСа.
Если переднему приводу все-таки за что-то и надо отдать должное, то лишь за то, что именно ШРУСы передних полуосей чаще всего напоминают владельцам автомобилей о существовании двойного смысла в народном названии этих шарниров. А из двух ШРУСов передней полуоси, наружного и внутреннего, неоспоримое первенство зваться самой неспокойной из автомобильных «гранат» принадлежит первому.
Связано это с условиями работы наружного ШРУСа. Поскольку колесо, которому благодаря ШРУСу передается крутящий момент, является не только ведущим, но и направляющим, в отличие от всех других ШРУСов, используемых в автомобилях, этому шарниру приходится работать с наибольшими углами между ведомым и ведущим элементами. Поэтому и нагрузки, которыми наружные ШРУСы передних полуосей испытываются на прочность, тоже достигают наибольших величин.
Такая ситуация объясняет существование рекомендаций во время эксплуатации автомобиля избегать резко трогаться с места при вывернутых колесах, ведь в эти моменты нагрузки на ШРУСы максимальны.
И этим же объясняется, почему о готовности подтвердить право называться «гранатой» ШРУС начинает сигнализировать хрустом, повторяющимися щелчками или стуками именно тогда, когда машина трогается с места с полностью вывернутыми колесами, либо при резких поворотах автомобиля. Свойство изношенных ШРУСов подавать звуковые сигналы о своем состоянии используется для их проверки при покупке подержанного автомобиля.
Наверняка на надежности ШРУСов сказываются и условия движения автомобиля. И опять-таки наружный ШРУС находится в более неблагоприятном положении, чем внутренний ШРУС этой же полуоси. Конструкция внутренних ШРУСов предполагает, что они должны компенсировать изменение расстояния между колесом и редуктором главной передачи, возникающее из-за перемещения колеса относительно редуктора при проезде дорожных неровностей. Поэтому шарики внутреннего ШРУСа могут свободно перемещаться вдоль оси шарнира. У шариков наружного ШРУСа такой же свободы перемещения нет. В результате они оказывается между молотом, роль которого исполняют ямы и ухабы, и наковальней.
И все же в наибольшей степени работоспособность и долговечность ШРУСов зависит от герметизации внутренней части шарнира. Времена, когда директор НТЦ АО «Москвич» С.М.Круглов мог в интервью спокойно заявить, что для каждого выпущенного на АЗЛК «Москвича-2141» приходилось делать в среднем три комплекта ШРУСов, чтобы в процессе эксплуатации можно было заменять те, что выходили из строя, давно канули в Лету, как канул в нее же и АЗЛК. Срок службы нынешних ШРУСов сопоставим с ресурсом автомобиля до капитального ремонта.
Пыльник и есть самое слабое место ШРУСа. Каким бы качественным ни был материал, из которого пыльник изготовлен, со временем он стареет и теряет эластичность. Ускоряют этот процесс действие температурных перепадов и агрессия антигололедных реагентов. В результате в материале пыльника образуются мелкие трещинки, которые когда-нибудь обязательно становятся сквозными.
Случается также, что грязь проникает под пыльник, если ослабли его крепежные хомуты или они были неправильно установлены при замене старого прорвавшегося чехла.
Влага, попав внутрь шарнира, вызывает коррозию, грязь ускоряет износ. Когда к контактным нагрузкам, сопровождающим перемещение шариков в канавках, добавляются ударные нагрузки, связанные с появлением коррозийных язв и увеличившихся из-за износа люфтов, «железо» ШРУСов долго не выдержит.
Чаще всего ШРУС выходит из строя в момент начала движения автомобиля с места, когда внешние нагрузки, действующие на детали шарнира, особенно велики, но если ШРУС «обрежет» во время движения на скорости, трудно сказать, чем это закончится.
Словом, за пыльниками нужен глаз да глаз. Если повреждение пыльника обнаружить своевременно и незамедлительно заменить чехол, переставший выполнять защитные функции, ШРУС еще можно спасти.
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.