Kardan v autě – co to je? Jak fungují jeho mechanismy, k čemu slouží a co se stane, když selže?

Hnací hřídel (také známý jako jednoduše „kardan“) je jednotka určená k přenosu točivého momentu mezi prvky převodovky. Globálně lze rozlišit dvě místa uspořádání hnacího hřídele pro osobní automobily. Za prvé: mezi převodovkou a diferenciálem zadní nápravy. Toto je klasické uspořádání „motor vpředu, zadní hnací kola“. Typickým zástupcem je sedan BMW nebo Mercedes-Benz s pohonem zadních kol. Druhé schéma předpokládá, že kardan je umístěn mezi rozdělovací převodovkou a diferenciály přední a zadní nápravy. Používá se na SUV s převodovkou – například Toyota Land Cruiser, Mitsubishi Pajero, UAZ “Patriot” a podobně. Vozidla s pohonem předních kol nemají hnací hřídel.

Typy kardanových hřídelí

Na základě základní konstrukce lze kardanové pohony rozdělit do několika hlavních typů.

Kardan s klouby nestejných úhlových rychlostí (SNUS). Známější jako kardan s příčníky. I přes svou zastaralost je stále nejrozšířenějším typem kardanové převodovky v automobilové dopravě. Hlavní výhody spočívají v nízké náchylnosti hlavních protikusů (vidlice a příčníky) k prachu, nečistotám a mechanickému namáhání v náročných podmínkách vozovky. Právě pro svou celkovou výdrž tento typ kardanové převodovky stále nemá v těžké výbavě alternativu. Vážnou nevýhodou hnacího hřídele na příčkách je nerovnoměrné otáčení. Jak již název napovídá, rychlost otáčení takového kardanu je nelineární: na jednu otáčku hnací vidlice hnaná vidlice dvakrát zrychlí a zpomalí. Tato vlastnost určuje relativně malý průměrný úhel pohodlného ovládání příčného hnacího hřídele: asi 15-18 stupňů. V opačném případě uzel zaznamená zvýšené zatížení, což kromě nepohodlí z vibrací povede k prudkému snížení životnosti.

Kardan s homokinetickými klouby (CV klouby). Modernější a technicky výhodnější schéma párování dílů v kardanovém pohonu. Místo vidlic a příčníků je použit kulový kloub – podobný tomu, který se již dávno zabydlel v hnacích hřídelích řízených kol. Na rozdíl od svého staršího „příbuzného“ – kříže, zajišťuje konstantní rychlostní kloub synchronní otáčení hnací a hnané hřídele. Přitom maximální přípustný pracovní úhel je oproti klasické kardanové hřídeli na příčníkech výrazně vyšší: až 50 stupňů. Mezi nevýhody patří zranitelnost gumové botičky, která chrání pohyblivý kloub CV kloubu. V moderních vysoce kvalitních řešeních je však tento problém do značné míry odstraněn. Místo otevřené „harmonikové“ botičky se stále častěji používá utěsněná gumo-kovová spona rámující pant. Jednak chrání CV kloub před působením vody a abraziva a jednak je mnohem odolnější vůči mechanickému namáhání než běžná kónická gumová bota. Jako druhý argument ve prospěch klasiky lze uvést faktor nerovnoměrného rozložení zatížení uvnitř kulového kloubu, na rozdíl od kříže. Což utváří rozsah použití kardanů CV jako více „civilní“.

Chráněná gumo-kovová bota (Foto: Ozon)

Polokardanový kloub se spojkou, známý také jako spojka „Guibo“. Tento typ lze považovat za jakýsi hybrid mezi klasickými kardanovými pohony a tlumiči. Hlavním znakem je zkrátka absence tuhého spojení mezi hnací a hnanou hřídelí. Jsou spojeny odolnou elastickou spojkou – prostředníkem při přenosu točivého momentu. Stejná spojka slouží jako tlumič torzních kmitů a kompenzátor axiálních pohybů hnaného hřídele. Kloubové pohony s polovičním kardanem se v automobilech používají poměrně zřídka – je to dáno nízkou univerzálností agregátu. Za prvé, omezené použití je způsobeno velmi malým provozním úhlem: méně než 10 stupňů. Hřídele spojené pružnými spojkami se proto často používají jako přímé nebo téměř přímé meziprodlužovací články, které snižují vibrační a akustické zatížení v převodovce.

Pevný polokardanový kloub. Například ozubená spojka. Přípustné pracovní úhly prakticky neexistují (do 2 stupňů), stejně jako průběh axiálních pohybů. Stejně jako spojka Guibo jde spíše o spojovací-mezičlánek než o plnohodnotnou jednotku pro přenos točivého momentu pod úhly. V automobilovém průmyslu se používá velmi zřídka.

Ozubená spojka (Foto: rw-brazil.com)

Kardanové hřídelové zařízení

Pomiňme podrobný popis exotického typu „Guibo“ neboli tuhých polokardanových hnacích hřídelí a zaměřme se na dva typy hnacích hřídelí, které tvoří naprostou většinu komerčně používaných.

Obecná struktura kardanu na příčkách

• Vidlicové příruby. Nejextrémnější části hnacího hřídele. Jedna strana (příruby) jsou připevněny k jednotkám, mezi kterými se přenáší krouticí moment. Druhá strana (vidlice) jsou spojeny s příčníky.
• Kříže. Jsou to doslova kovové kříže, na jejichž čtyřech koncích jsou jehlová ložiska. Ložiska se vkládají do odpovídajících otvorů ve vidlicích: jeden pár ložisek každého kříže je vložen do vidlice-příruby, druhý pár do vidlice kardanové trubky.
• Kardanová trubka. Skládá se vždy ze dvou částí, které mají vůči sobě axiální volnost pohybu díky drážkování. To je nezbytné pro kompenzaci změn vzdálenosti mezi jednotkami během provozu. Například při jízdě na nerovném povrchu se vzdálenost mezi přírubami rozdělovací převodovky a nápravou neustále mění v důsledku pohybů odpružené nápravy. Na konci každé části trubky hnacího hřídele je vidlice.

Obecná struktura kardanu na kloubech CV

Konstrukce kloubového hnacího hřídele CV je téměř totožná s konvenčním pohonem kloubového CV.

• Vnější kloubní pouzdra. Pro svůj klasický protějšek plní roli vidlicových přírub a jsou pevně připevněny ke stopkám hnací a hnané jednotky. V jednom z případů má vnitřní část závěsu axiální volnost pohybu – jedná se o obdobu drážkovaného spoje kardanu na příčníkech.
• Separátor s kuličkami a klipem. To vše dohromady tvoří pohyblivý závěs. Zde můžeme nakreslit analogii s příčníky klasického kardanu.
• Trubka. Vnitřní část kardanu. Protože změna celkové délky hřídele je realizována pohyblivostí v jednom z kloubových pouzder CV, je trubka vyrobena z jediného tuhého prvku.

Poruchy hnacího hřídele

Stojí za to říci pár slov o hlavních příznacích poruch hnacího hřídele a jejich příčinách.

Vibrace. Důvody vibrací kardanu mohou být následující.

• Nevyváženost hnacího hřídele. Typický důsledek opravy jednotky nebo její přestavby bez následného balancování na lavičce.
• Opotřebení příčníků, dílů závěsů nebo drážkovaných spojů.
• Zaklínění kvůli nedostatečnému mazání ve třecích párech. Relevantní jak pro kříže/závěsy, tak pro drážkované spoje trubek.

Zvuky kliknutí. Často podobné obvyklému úderu kovu na kov (ve skutečnosti to tak je).

K tomu přispívají následující faktory.

• Opotřebení křížů, závěsů nebo drážkování hřídele. Vše je zde stejné jako v případě vibrací. Je možné, že se během jízdy mohou kombinovat otřesy a vibrace.
• Samovyšroubování šroubů zajišťujících kardanové příruby k převodovým jednotkám.

Také opotřebení dílů hnacího ústrojí se může projevit v podobě všemožných vrzavých a vytí. Stojí za to připomenout, že v druhém případě nemusí být příčinou zvuků z kardanu samotný hřídel, ale jeho závěsné ložisko (pokud existuje).

Jak zkontrolovat stav hnacího hřídele – doporučení odborníků

Jak nezávisle určit, že je nutná oprava nebo výměna?

Roman Timashov, servisní ředitel společnosti Avtodom Altufyevo:

„Je možné nezávisle určit provozuschopnost hnacího hřídele. Co může sloužit jako spouštěč pro kontrolu, je, že při nastartování vozu je slyšet cvakání. S rostoucími otáčkami se zvyšuje charakteristický hluk ložiska (na vině je vnější ložisko). Při jízdě po dálnici se vibrace objevují po celé karoserii celého vozu. Pokud je přítomen jeden ze znaků, doporučuje se prohlédnout vůz na výtahu. Na co se díváme: spoje na praskliny, praskliny, známky opotřebení. Kontrolujeme vůli v příčníkech. U těsnění hodnotíme netěsnosti, olej a mazivo. Zařadili jsme neutrál a otáčeli hřídelí, posuzovali jsme plynulost otáčení.”

Je možné opravit hnací hřídel místo výměny celé?

Vadim Strelbitsky, ředitel oddělení mechanických oprav společnosti Avilon KIA:

„Ano, ve většině případů není nutná kompletní výměna konstrukce. Pokud mluvíme o možných situacích opravy, specialisté servisního střediska mohou například vyměnit příčník hnacího hřídele (pokud tam problém je), opravit olejová těsnění a spoje (čímž se eliminuje únik maziva nebo opotřebení), vyvážit hnací hřídel (pokud došlo k vibracím zjištěné při kontrole) atd. Ale v některých případech může být poškození mechanismu příliš vážné a pak bude nutná kompletní výměna hnacího hřídele.“

Je možné dočasně demontovat hnací hřídel u vozidla s pohonem všech čtyř kol a jezdit bez ní (před výměnou jednotky za novou)?

Vadim Strelbitsky:

„Ano, někdy je to technicky možné v případě modelů s pohonem všech kol. Jízdu bez hnacího hřídele však nedoporučuji, protože. tento mechanismus (zejména jeho absence) přímo ovlivňuje bezpečnost provozu. Pokud k takovému rozhodnutí přesto došlo, je třeba v této situaci vzít v úvahu následující body.

Za prvé, majitel vozu musí být opatrný, protože absence hnacího hřídele může ovlivnit rovnováhu a stabilitu vozu. To je zvláště důležité, pokud je provozováno při vysokých rychlostech a na nerovném povrchu. Za druhé, absence hnacího hřídele může negativně ovlivnit technický stav převodovky a dalších komponentů.“

V některých případech může majitel nezávisle diagnostikovat a dokonce vyřešit problém výměnou opotřebovaných dílů. Po opravách jakéhokoli stupně složitosti je však velmi vhodné předat sestavený hnací hřídel k vyvážení do specializovaného servisního střediska.