ШРУС: устройство, принцип работы, виды, расшифровка

Что такое ШРУС

Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) – подвижная деталь ходовой переднеприводных и полноприводных автомобилей. Однозначной версии истории разработки детали и первой установки её в автомобиля нет. Вероятнее всего, первый подобный механизм сконструировал и запатентовал А. Рцепп в 20-х годах прошлого века. Широкое распространение узел автоподвески получил в середине 20-го века.

Изобретение ШРУСа позволило решить следующие проблемы:

• Преодолеть неравномерность передачи вращения колеса;
• Снять вибрацию;
• Нивелировать перегрузки на шестерни и валы во время движения ТС.

ШРУС позволил передавать крутящий момент на управляемые колёса без потери мощности. В современном автомобилестроении гомо-кинетические шарниры устанавливают на всех переднеприводных и некоторых моделях полноприводных автомобилей. Качественный ШРУС отличается повышенным ресурсом: при своевременных профилактических мероприятиях производители гарантируют равенство срока службы детали периоду эксплуатации автомобиля.

Бережная езда позволяет использовать конструкцию длительный срок без замены.

Зачем нужен ШРУС 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:

1. Обычные шарнирные механизмы быстро приходили в негодность.
2. Вращение на колёса передавалось неравномерно.
3. Возникала сильная дополнительная вибрация.
4. 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 и виды «гранат»

Конструктивно ШРУС может отличаться. Все зависит от завода производителя и типа. В настоящее время существует четыре основных разновидности «гранат».

1. Кулачковый
2. Трипоидный
3. Шариковый
4. Карданный спаренный

Кулачковый состоит из двух круглых элементов, один из которых входит в другой. Подобная конструкция позволяет применять максимальные нагрузки на ось. Как правило, транспортные средства, оборудованные кулачковым шарниром, двигаются только на средних скоростных режимах.

Устройство кулачкового ШРУСа

» data-image-description=»» data-image-title=»кулачковый шрус» aperture?:?0?,?credit?:??,?camera?:??,?caption?:??,?created_timestamp?:?0?,?copyright?:??,?focal_length?:?0?,?iso?:?0?,?shutter_speed?:?0?,?title?:??,?orientation?:?0?}?=»» data-image-meta=»{» data-comments-opened=»1″ data-orig-size=»600,250″ data-orig-file=»https://i0.wp.com/vaznetaz.ru/wp-content/uploads/2019/10/кулачковый-шрус.jpg?fit=600%2C250&ssl=1″ data-permalink=»https://vaznetaz.ru/shrus/attachment/kulachkovyj-shrus» data-attachment-id=»10265″ itemprop=»url image» sizes=»(max-width: 600px) 100vw, 600px»>

Трипоидный состоит из трех подшипников. Большинство автомобилей оборудуют именно этой системой. Она более универсальная и довольно жесткая, способная осуществлять работу на высоких скоростях и служит достаточно долго.

Работа трипоидного ШРУСа

» data-image-description=»» data-image-title=»трипоидный шрус» aperture?:?0?,?credit?:??,?camera?:??,?caption?:??,?created_timestamp?:?0?,?copyright?:??,?focal_length?:?0?,?iso?:?0?,?shutter_speed?:?0?,?title?:??,?orientation?:?0?}?=»» data-image-meta=»{» data-comments-opened=»1″ data-orig-size=»704,469″ data-orig-file=»https://i0.wp.com/vaznetaz.ru/wp-content/uploads/2019/10/трипоидный-шрус.gif?fit=704%2C469&ssl=1″ data-permalink=»https://vaznetaz.ru/shrus/attachment/tripoidnyj-shrus» data-attachment-id=»10268″ itemprop=»url image»>

Шариковый работает по принципу трипоидной системы, только вместо роликов, вращающий момент передают небольшие металлические шарики, заключенные в оболочку и двигающиеся по заданным каналам.

Работа шарикового ШРУСа

» data-image-description=»» data-image-title=»шариковый шрус» aperture?:?0?,?credit?:??,?camera?:??,?caption?:??,?created_timestamp?:?0?,?copyright?:??,?focal_length?:?0?,?iso?:?0?,?shutter_speed?:?0?,?title?:??,?orientation?:?0?}?=»» data-image-meta=»{» data-comments-opened=»1″ data-orig-size=»704,469″ data-orig-file=»https://i0.wp.com/vaznetaz.ru/wp-content/uploads/2019/10/шариковый-шрус.gif?fit=704%2C469&ssl=1″ data-permalink=»https://vaznetaz.ru/shrus/attachment/sharikovyj-shrus» data-attachment-id=»10270″ itemprop=»url image»>

Карданный состоит из обычных карданных соединений, которые передают крутящий момент колесам автомобиля. Устанавливается на большие грузовые автомобили.

Работа карданного шарнира

» data-image-description=»» data-image-title=»карданный шрус» aperture?:?0?,?credit?:??,?camera?:??,?caption?:??,?created_timestamp?:?0?,?copyright?:??,?focal_length?:?0?,?iso?:?0?,?shutter_speed?:?0?,?title?:??,?orientation?:?0?}?=»» data-image-meta=»{» data-comments-opened=»1″ data-orig-size=»371,274″ data-orig-file=»https://i0.wp.com/vaznetaz.ru/wp-content/uploads/2019/10/карданный-шрус.gif?fit=371%2C274&ssl=1″ data-permalink=»https://vaznetaz.ru/shrus/attachment/kardannyj-shrus» data-attachment-id=»10264″ itemprop=»url image»>

Кулачковые

Включают в себя пару фасонных дисков и вилок. Увеличенная площадь сцепления деталей позволяет этому виду выдерживать повышенные нагрузки. Авто с кулачковыми ШРУСами передвигается исключительно на средних скоростях.

Трипоидные

Имеют трёхшиповую конструкцию, а на каждый шип надет игольчатый подшипник со сферической наружной обоймой. Эти обоймы скользят по направляющим канавкам, выполненным изнутри наружного корпуса ШРУС.

Очень прочны, долговечны, терпимы к качеству смазки, но плохо работают при больших отклонениях вала, вызывая вибрации. Поэтому используются обычно на легковых машинах с небольшими ходами подвесок в качестве внутренних ШРУС.

Шариковые

Наиболее распространённые и совершенные конструкции. Шестишариковый ШРУС можно встретить практически на каждом автомобиле, имеющем передний привод, в качестве наружного шарнира.

Шарнир состоит из:

• корпуса, играющего роль наружной обоймы, в которое нарезаны направляющие для связывающих шарнир стальных шариков;
• внутренней обоймы, также обладающей пазами под шарики;
• сепаратора, ограничивающего лишнюю подвижность шариков;
• чехла-пыльника, играющего большую роль в сохранении смазки, чистоте и долговечности всего устройства.

Шарнир прекрасно работает на любых скоростях, имеет высокий КПД и достаточно долговечен. Из недостатков только высокая цена, обусловленная качественными материалами и точностью изготовления.

Карданные спаренные

Состоят из пары карданных шарниров, выравнивающих движение друг друга.

Карданные спаренные шарниры не пользуются популярностью из-за сложности

Устройство шарнира равных угловых скоростей

Положение силового агрегата относительно кузова практически неизменно. Небольшие отклонения за счёт упругости подушек можно в счёт не принимать, а вот ответная часть — ступица ведущего, да ещё при этом и управляемого колеса, испытывает целый ряд перемещений. Приводной вал состоит из металлического стержня, сплошного или полого внутри, заканчивающегося шлицевыми соединениями, на которые надеты два шарнира.

Каждый из них должен обладать качеством равномерной передачи вращения в расчётном диапазоне углов изгиба вала в целом.

Это и отражено в названии, угловая скорость не должна меняться даже в пределах одного оборота, иначе возникнут колебания момента и вибрации. Оба ШРУС неодинаковы, каждый разработан под специфические функции.

Внутренний ШРУС

В некоторых случаях, схема внутренней «гранаты» может быть похожей с внешней. Но, как правило, разработчики внедряют иную схему. Если ШРУС двигается при помощи трех подшипников, его называют трипоидным. Как показывает практика, подобный механизм ломается намного реже. Это связано с тем, что он меньше подвержен критическим нагрузкам и смены углам, так как находится ближе к дифференциалу, то есть к центру авто. В зависимости от конструкции он может состоять из шариков, разного размера и диаметра.

Принцип работы аналогичный внешней гранате, только из-за конструктивной особенности и расположению, внутренний шарнир работает при меньших градусных диапазонах. Как правило, рабочий угол составляет до 20 градусов.

Наружный

От наружного изменение длины не требуется, зато его диапазон углов работы значительно шире. Это связано с обеспечением максимального угла поворота колеса, определяющего манёвренность автомобиля в стеснённых условиях. Современные шарниры настолько совершенны, что переднеприводные машины уже практически превзошли показатели старых заднеприводных автомобилей, где шарниров не было вовсе, а угол поворота ограничивался компоновкой колёсных арок.

Именно по этой причине трипоид здесь никогда не применяется. На больших углах он не является ШРУС, создавая непреодолимые вибрации. Почти везде установлены шестишариковые шарниры, лишь на некоторых тяжёлых вездеходах ставятся кулачковые или карданные ШРУС.

Преимущества и недостатки «гранат»

Резюмируя сегодняшний материал, не лишним будет обратить внимание на то, чем можно похвалить ШРУСы, а чем напротив – поругать. Начнём с преимуществ данных деталей:

• Тотальная совместимость. То есть, шарниры могут использоваться на автомобилях с разной организацией работы. Например, что ШРУС на дизеле, что ШРУС на бензине иди электрокаре – совершенно идентичные узлы;
• Долгий срок службы. Естественно, это возможно при условии, что за шарниром должным образом следят и ухаживают;
• Простота ремонта. При желании заменить ШРУС можно без наличия профессиональных навыков и огромного количества инструментов;
• Простота диагностики поломок. Неисправность любого шарнира – именно то, что непременно даст о себе знать;
• Пожалуй, самое главное – ранее описанное устройство работы. Ведь без нейтрализации пресловутой разницы угловых скоростей элементы подвески, шины и диски переднеприводных авто изнашивались бы в 5-10 раз быстрее, нежели они делают это при наличии в их конструкции ШРУСа.

Недостатков у «гранат» не столь много, а точнее – он один: ШРУСы прихотливы в эксплуатации. Особое внимание стоит уделить на постоянную проверку целостности пыльников и наличия смазки, так как какие-либо недочёты в этих аспектах способны за пару километров движения вывести даже новый шарнир из строя (а он, к слову, подлежит только частичной или полной замене). В остальном же характеризовать «гранату» можно исключительно с положительной стороны.

Как видите, ШРУС – это один из незаметных, но в то же время самых важных узлов в подвеске переднеприводных автомобилей. Недооценить важность данной детали очень сложно, хотя бы с учётом рассмотренной выше информации. Надеемся, сегодняшний материал был для вас полезен. Удачи на дорогах!

История появления

В первых переднеприводных автомобилях, например Cord и Citroen TA, использовались двойные карданные шарниры для передачи момента на ведущие колеса. Уже известные к тому времени ШРУС Вейсса и кулачковые конструкции не обеспечивали нужной долговечности, а с местом на больших легковых машинах особых проблем не было. К концу 30-х годов конструкция типа Вейсс и кулачковые передачи получили реальную «прописку» на целом ряде конструкций за счет улучшения металлообработки.

Достигнутый ресурс в 15–30 тыс. км под нагрузкой позволял иметь на машинах с подключаемым передним мостом общий ресурс узла, сравнимый со сроком службы автомобиля, при приемлемых габаритах и КПД.Развитие конструкции переднеприводных автомобилей потребовало новых решений — и компания Hardy-Spicer профинансировала создание шарниров Birfield, имеющих высокие характеристики и разумную стоимость. Именно эти шарниры сделали возможным создание малолитражек Austin Mini и других машин BMC с передним приводом к 1959-м.

В Японии на переднеприводных машинах Suzuki Suzulight в 1963 году применяли ШРУС производства NTN. К 1965 году конструкцию оптимизировали. На машинах Subaru появились приводные валы, которые сочетали шарнир с жесткой фиксацией в осевом направлении типа Birfield, и шарнир типа GKN со свободным перемещением. Это решило последние проблемы с вибрациями и геометрией передней подвески переднеприводных машин, избавив их от сложных приводных валов составной конструкции.

Прогресс компоновочных схем автомобилей позволил применить ШРУС вместо карданных шарниров в приводе задней оси. К началу 80-х годов увеличение точности ШРУСов и уменьшение люфтов позволили применять их вместо карданных шарниров для валов с высокой скоростью вращения, например карданного.

Не стоит думать, что прогресс остановился. Так, переднеприводные машины с АКПП потребовали создания малошумных конструкций ШРУСа с минимальными люфтами при вращении в обоих направлениях, поскольку на заторможенной машине ШРУС классической конструкции создавал неприятные вибрации. Проблема выявилась с широким распространением переднеприводных машин с АКПП со второй половины 70-х.

С 1998 года стали внедряться были восьмишариковые шарниры для легковых автомобилей, что позволило уменьшить размеры узла. Оптимизация формы канавок дала возможность улучшить точность позиционирования шаров, а значит, улучшить КПД и снизить шумность конструкции. Новые варианты шарниров уже не получают имена компаний в качестве наименования — разве что буквенные обозначения типа.

Продолжается и оптимизация шарниров типа трипоид, в первую очередь с целью уменьшения колебаний угловой скорости при вращении и уменьшения шумности. Постепенно увеличивался рабочий угол шарниров по сравнению с изначальными 43 градусами у шарниров NTN в 1963-м. К 1980 году они получили 44,5 градуса, а сейчас шариковые шарниры укороченной конструкции обеспечивают уже все 50 градусов поворота, что заметно улучшает эксплуатационные характеристики автомобилей.

Даже не фиксированные шарниры типа GKN заметно улучшили рабочие углы, от 23 градусов у оригинальной патентованной конструкции до 30,5 у современных вариантов. Рост продаж кроссоверов и внедорожников потребовал создания приводов с большим эффективным углом передачи, в том числе современных конструкций вала с двумя шарнирами с фиксируемыми от продольного перемещения валами и компенсатором.

Продолжается повышение КПД передачи, и достигнутые в 80-е годы 99% КПД уже не кажутся идеалом. Современные ШРУСы имеют более чем в два раза меньшие потери.

Неисправности, признаки и причины поломок

Разрыв пыльника ШРУСа

» data-image-description=»» data-image-title=»неисправности шруса» aperture?:?0?,?credit?:??,?camera?:??,?caption?:??,?created_timestamp?:?0?,?copyright?:??,?focal_length?:?0?,?iso?:?0?,?shutter_speed?:?0?,?title?:??,?orientation?:?0?}?=»» data-image-meta=»{» data-comments-opened=»1″ data-orig-size=»785,589″ data-orig-file=»https://i0.wp.com/vaznetaz.ru/wp-content/uploads/2019/10/разрыв-пыльника-шруса.jpg?fit=785%2C589&ssl=1″ data-permalink=»https://vaznetaz.ru/shrus/attachment/razryv-pylnika-shrusa» data-attachment-id=»10266″ itemprop=»url image» sizes=»(max-width: 700px) 100vw, 700px»>

При нормальной езде и периодических проверках, шарниры могут прослужить очень много лет. Из опыта можно сказать, что некоторые ШРУСы работают по 10-15 лет без проблем. Самой частой поломкой является – износ пыльника. Когда рвется защитная резина, грязь попадает в кожух, смазка вымывается, система начинает давать сбои.

В большинстве случаев, узнать о поломке гранаты можно во время езды, а также на слух. Когда грязь попадает в пыльник, ШРУС при езде на поворотах начинает специфически шуметь. Звук называют «хрустом». Если услышали один раз, ошибиться будет сложно. Но лучше не слышать его на своем автомобиле! Как правило, хруст сигнализирует автовладельцу о недостатке смазки.

Подобную неисправность можно легко отремонтировать на начальной стадии. Меняется пыльник, внешний шарнир очищается от грязи и наполняется специальной смазкой. Но если владелец «запустил» работу механизма, он может прийти в полную негодность. На некоторых марках авто, ШРУС меняется только в сборе. К примеру, на KIA Cerato 2006 года, невозможно поменять только внешнюю гранату. Оригинальная запчасть стоит очень дорого и продается только в сборе.

Почему хрустит ШРУС

В процессе эксплуатации автомобиля водитель порой слышит слабый хруст — хрустит граната. Обычно это становится заметным при повороте колес на максимальный угол.

Хруст является свидетельством неисправности узла. Изначально появляясь только при вывернутых колесах, позднее он начинает возникать и при прямолинейном движении. Посторонние звуки, издаваемые шарниром, требуют его замены. Узнать, какой ШРУС хрустит, просто. Достаточно оставить снаружи помощника, выкрутить колеса и медленно тронуться. Оставшийся на улице человек будет отчетливо слышать, откуда доносятся звуки.

Если диагностика производится самостоятельно, следует вывесить передние колеса авто и осмотреть пыльники. Хрустящую гранату можно выявить по их повреждению.

Дело в том, что причиной хруста обычно становится пыль и песчинки, попавшие в шарнир через разрывы резинового колпака. Также в неисправности можно заподозрить узел, на котором был выявлен больший, чем на всех остальных шарнирах, люфт.

Устранение неисправности

Обнаружение даже небольших дефектов пыльника свидетельствует о наполнении шарнира грязью и недостатке смазки. Эксплуатировать ШРУС в подобном состоянии нельзя, поэтому необходимо снять пыльник и наполнить шарниры новой смазкой.Перед внесением свежей смазки деталь разбирают, тщательно очищают, полностью удаляют грязь. Затем детали механизма промывают бензином, просушивают и наносят новую смазку.

Для внутреннего шарнира используют 100–110 граммов смазки, для наружного достаточно 70–80 граммов. ШРУС устанавливают на колесо и закрывают пыльником. Специалисты рекомендуют после смазки шарнира устанавливать новые, оригинальные пыльники, поскольку старые детали теряют эластичность и могут потрескаться через непродолжительный срок. Неоригинальные пыльники неидеально прилегают в местах крепления, поэтому в зазоры быстро набьётся новая порция пыли и воды.

Важное условие успешной эксплуатации ШРУСов – выбор качественной смазки. Специалисты советуют отдавать предпочтение составам на основе дисульфида молибдена, которые минимизируют трение в узлах и эффективно защищают их от коррозии, а также оказывают минимальное разрушающее действие на пыльник. Противопоказано использовать для ШРУСа графитную смазку. Она не может защитить деталь от повышенных нагрузок, поэтому приводит к её ускоренному износу.

Эксплуатировать машину с проблемами в ШРУСе возможно, если небольшой хруст раздаётся на поворотах: достаточно заменить повреждённые пыльники и обновить смазку детали. При передвижении на машине со слегка повреждённым шарниром необходимо снижать скорость на поворотах.Если наблюдается вибрация при наборе скорости и хруст слышен даже при движении прямо, ШРУС необходимо срочно менять. Неисправный ШРУС может полностью выйти из строя, и колесо внезапно заклинит.

Если это произойдёт на высокой скорости, можно ожидать самых печальных последствий. На некоторых моделях ТС значительный износ или поломка трипоидного ШРУСа вызывает заброс иголок подшипников в картер коробки передач, откуда они вместе с маслом поднимаются и перемалываются шестернями. Ремонт такого двигателя по стоимости практически равен покупке нового автомобиля.

Советы автовладельцам

Дабы избежать преждевременной поломки ШРУСа, рекомендуется периодически посещать станции технического обслуживания и проверять герметичность внешнего защитного кожуха. При наличии любых дефектов, пыльник лучше заменить вместе со смазкой.Если водитель услышал характерный хруст на повороте, лучше всего сразу обратиться на СТО. Чем быстрей владелец поменяет пыльник и смазочные материалы, тем дешевле обойдется ремонт.

Несомненно, на неисправной «гранате» можно передвигаться небольшой промежуток времени, но с большой осторожностью. ШРУС имеет свойство блокироваться по ходу движения, лучше не рисковать жизнью пассажиров и водителя! Стоит отметить, что при слишком агрессивной езде, механизм выходит из строя намного раньше своего срока жизни. Продлевает срок работы только безопасное вождение и периодическая проверка состояния пыльника.

В дополнение, хотелось бы сказать, что не все автомобильные мастера могут, определит на слух повреждение шарнира. Бывали случаи, когда хозяин авто послушав непрофессионального мастера, покупал дорогостоящую деталь и попадал на деньги, потому как причиной хруста могут быть иные детали ходовой части. К примеру, шаровая опора, расположенная на передних рычагах, при неисправности может издавать подобные звуки при выворачивании колеса.

Лучше всего доверять свой автомобиль проверенным СТО с опытными мастерами!