Универсальный шарнир

Без ШРУСа - шарнира равных угловых скоростей по нынешним временам далеко не уедешь. И это касается не тольно автомобилей с передним приводом, ныне подобные узлы применяют все, ну или почти все. Передний, задний, полный привод - любая схема для передачи момента на колёса использует ШРУС.

Когда-то давно на некоторых морально устаревших автомобилях повышенной проходимости для связи по моменту с передними колесами использовался карданный вал. Но подобная конструкция имеет довольно много минусов - вращение передается циклически, что приводит к повышенным нагрузкам, ухудшению управляемости и снижению срока службы самой передачи. Причем чем больше угол, тем знакопеременные силы и пульсация сильнее. Такая старая и живучая схема, как кардан, имеет смысл лишь при определенных условиях: вилки вала должны лежать в одной плоскости, а углы ведущего вала с карданом и кардана с ведомым валом быть одинаковы. Поэтому в карданной передаче на общем валу имеется два шарнира, и при таком раскладе нагрузку испытывает лишь сам кардан, а не сопрягаемые узлы. Поэтому на данный момент кардан применяется лишь для передачи момента осям от КПП или от раздаточной коробки.

В независимой подвеске колесо перемещается в двух плоскостях, поэтому равенства углов при применении обычного кардана не выйдет. Эта тема, кстати, имеет довольно долгую историю - первые ШРУСы, которые представляли собой два кардана, где ведущая вилка одного служила ведомой вилкой другого, а между вилками находилось еще и два сферических соединения, долго представлялась удачной. Данной схеме почти 100 лет, она использовалась еще в 20-х годах прошлого века и, несмотря на примитивизм по нынешним меркам, обладала довольно длительным сроком службы - 60 000-70 000 км.

Надо признаться, что конструкция громоздкая, но кто мешает ее доработать? В 60-х годах XX века эта схема применялась французскими автопроизводителями - Renault и Peugeot. Кстати, именно французские инженеры первыми начали активно копать в данном направлении и совершенствовать сей узел. Именно они разработали и зарегистрировали патент на кулачковый шарнир «Тракта», который продолжали неустанно доводить в процессе, в результате чего оный трансформировался в кулачково-дисковое шарнирное сочленение. Претензии были прежними - размеры, что не позволяло полноценно использовать «Тракту» в малолитражках.
Интересно, что взрыв новых идей по поводу передачи крутящего момента ведущими колесами пришелся на 20-30-е годы, но, как мы можем заметить, каждый производитель тянул одеяло на себя, единую конструкцию, признанную классической, мировой автопром признал значительно позже.

В 1932 году с размерами вопрос наконец решился. Оригинальную разновидность сдвоенного шарнира применяла до войны компания «Хорьх», ныне «Ауди», ну и, естественно, по наследству после Второй мировой войны сей шарнир перешел к гэдээровскому «Трабанту», где и использовался до самой кончины модели.
Интересно, что уже в 1923 году Карл Вейс создал шариковый шарнир, который работал значительно лучше, а в качестве центрирующего элемента имел шарик, фиксирующийся штифтом. На эту конструкцию широко известная в народе фирма «Бендикс» даже приобрела патент. И все бы хорошо - шарнир получился весьма недорогим в производстве, имел высокий КПД, однако, так как весь момент передавался лишь двумя шариками, его срок службы был весьма ограничен - 15 000-25 000 км, совсем немного, поэтому он использовался довольно ограниченно.
Все принципиальные вопросы с конструкцией наконец закрыл Альфред Рцеппа, причем первый патент на ШРУС он получил в 1927 году, а второй в 1936 году. Шарнир Рцеппы получился еще более компактным, нежели изделие Вейса, передавал крутящий момент на больший угол, да к тому же выхаживал по 100 000-200 000 км. Усилие в этом ШРУСе передавалось шестью шариками, а не двумя, посему, естественно, увеличился и срок службы. GKN, Loebro и даже АвтоВАЗ тут же приобрели лицензии на данный ШРУС, позже конструкция была дополнительно доработана и упрощена, а в качестве рабочего звена для передачи момента использовалось три сферических, довольно крупных ролика - в общем, именно модификации шарнира Рцеппы используются сейчас на современных автомобилях, за долгое время эксплуатации на различных марках и моделях они полностью доказали свою состоятельность.

Уже сам принцип применения и условия работы определяют как точность обработки и уровень твердости поверхностей сопрягающихся деталей, так и желательный режим эксплуатации. В общем, современный ШРУС - это, но сути, подшипник, работающий в очень тяжелых условиях - при знакопеременных, весьма существенных нагрузках, в разных плоскостях, к тому же конструкция в целом должна иметь определенные степени свободы, иначе пропадет изначальный смысл. В общем, подобный шарнир должен иметь поверхностное упрочнение и в то же время не быть хрупким, так как ударные нагрузки в трансмиссии автомобиля никто не отменял. Если посмотреть на «гранату» (так называют наружный ШРУС в народе из-за внешнего сходства), можно обнаружить неравномерные цвета побежалости с торца -это следствие закалки в определенных условиях: чем ближе к рабочей зоне, тем металл тверже. Соответственно, при изготовлении применяются определенные виды легированных сталей, способные обеспечить необходимые уровни твердости при разной схеме термообработки, необходимо также обеспечить прецизионную обработку канавкам с шариками или роликами. В общем, несмотря на массовое производство, шарнир равных угловых скоростей - вещь все равно недешевая.

Как и подшипники тяжелых серий, ШРУС без смазки долго не проработает, и это еще мягко сказано, ну а если, не приведи господь, в шарнирное сочленение попадет грязь, которая в России неразлучна с абразивом, жить шарниру останется считанные километры.

В свете вышесказанного очень важна целостность защитных чехлов - пыльников, которую нужно неустанно контролировать, а замену пыльников осуществлять при первых признаках износа последних - даже при небольших усталостных трещинках. Если же дождаться полноценной дырки в пыльнике, менять вместе с ним придется и соответствующую «гранату» - промывка оной в 99,9% случаев уже не поможет. Лет 15 назад, по счастью, в продаже появились пластиковые пыльники ШРУСов, которые поставляются в Aftermarket в том числе и самими автопроизводителями, - их срок службы сравним со сроком службы самого шарнира, при установке такого можно расслабиться, если, конечно, вы на своем автомобиле не штурмуете бездорожье - от механических повреждений не спасает даже пластик, хотя он и сопротивляется им значительно лучше.

Разработала столь совершенный продукт хорошо известная компания «Дюпон», впервые применив для таких целей ТЭП - прочный термопласт марки «Хайтрелл 8105». Вопрос с качеством пыльников ныне закрыт, но стоит помнить, что не все автомобили сходят с конвейера, укомплектованные ТЭП; если на ШРУСах резина, следить за ее состоянием нужно обязательно.

Естественно, шарниры равных угловых скоростей выходят из строя не только из-за попавшего внутрь абразива, существует и банальный механический износ, особенно если в процессе эксплуатации подвергать узел повышенным нагрузкам.

«Веселые старты» со светофора, особенно с вывернутыми колесами, значительно сократят срок службы приводного вала в целом. Безголовый тюнинг, когда силовой агрегат автомобиля меняют на более мощный, или ставят турбину, или просто чипуют, безусловно, отразится и на сроке службы ШРУСов. При изменении характеристик стоит понимать, что увеличение мощности - это не только двигатель, но и тормоза, и коробка, и приводные валы, и подвеска.
Впрочем, проколы иногда случались и у профессионалов: в свое время полицейские «догонялки» делали из стандартных автомобилей Ford Taurus, кроме мотора поменяв лишь пластик и снабдив машину шильдиком SHO. Компанию Ford сложно назвать неофитом в автомобилестроении, однако мощные V6, снабженные 24-клапанными головками фирмы Yamaha, убивали ШРУСы примерно за 30 000 км.
В общем, все пожелания, касающиеся приводных валов, в целом стандартны - прежде всего, следим за цельностью пыльников и по возможности не перегружаем узел чрезмерными нагрузками, особенно при вывернутых колесах, тогда узел прослужит долго и без сюрпризов.