Продолжая развивать тему производства, предлагаю читателям ознакомиться с тем, как выпускают карданные валы под заказ. Сразу скажу, это производство заточено под единичные экземпляры - речь о массовых объёмах не идёт.

Герой нынешнего повествования - компания Tom Wood Driveshafts (http://www.4xshaft.com/) находится в Огдене (штат Юта) и работает пока всего 13 лет, но её основатель - Том Вуд - до этого работал в области автомеханики два десятка лет. Учитывая то, что сам основатель является фанатом офф-роуда и человеком, понимающим запросы этой категории автовладельцев, продукция, выходящая "из-под пера" являет собой удачный сплав качества, надёжности, и цены.

Интересно, что производство карданных валов не очень сложное, но требует навыков и оборудования. Обо всех этапах этого производства и повествует наша сегодняшняя экскурсия.

Всё начинается с приёма заказа, который можно разместить либо по телефону, либо по электронной почте. Технарь заносит в журнал требования и расчитывает длину будущего вала, попутно отмечая типы карданных шарниров и так далее:

Большинство компонентов для будущих валов у неё имеется в наличии:

Выбор трубы - шаг ответственный, ибо они (трубы) есть различного диаметра и с различной толщиной стенок. На этом участке отрезается требуемый кусок заготовки:

На токарном станке проводится подготовка к сварочным работам:

После того, как все заготовки разложены и обмеряны, наступает время сварочных работ:

Во избежание вибраций вала балансировка отдельных компонентов начинается буквально с самого начала постройки:

По мере того, как свариваются отдельные части заготовки, их проверяют на предмет увода из-за высокой температуры сварки. Если увод случился, рабочий греет деталь в определённых местах до тех пор, пока она не вырaвняется:

После того, как труба сварена и выправлена, она поступает на участок установки карданных шарниров:

Вот несколько примеров фланцев, используемых компанией:

После установки фланцев и крестовин наступает время балансировки вала. Сначала - полировка с помощью мелкой наждачной бумаги:

Автомат подсказывает, где именно надо установить грузики и какой массы. Процесс приклеивания грузиков продолжается до тех пор, пока не будет достигнута работа без вибраций:

После этого грузики привариваются к валу:

Для защиты детали от ржавчины её покрывают либо бесцветным лаком, либо красят:

В тех случаях, когда требуется, все крестовины набиваются смазкой:

После этого готовый вал заворачивается в полиэтилен и отправляется заказчику:

Примеры труб, используемых компанией для производства валов. Трубы могут быть до десяти сантиметров в диаметре:

Примеры карданных шарниров:

Как было отмечено в самом начале, основатель компании Том Вуд не чурается иногда помесить грязь:

Самодельный карданный шарнир.

В поисках подходящих деталей отправился на местный радиорынок. И когда мне на глаза попались резьбовые барашки, я сразу купил несколько разных комплектов, так как понял, что, имея самые сложные детали шарнира – вилки, изготовить всё остальное будет намного проще.

Всё остальное, это крестовина. Для её изготовления я подобрал подходящую втулку, в которой к тому же оказалась нарезанной резьба М3, и просверлил в ней два перпендикулярных друг другу отверстия.

Эта операция требует предельной аккуратности, так как от точности изготовления крестовины зависит точность баланса стедикама. Конечно, точность баланса зависит и от точности изготовления нижней вилки карданного шарнира, но вилку можно отрегулировать и позже, чего не скажешь о крестовине.

Ось и две полуоси изготовил из пружинной стали диаметром 1,6мм.

Имеющуюся во втулке резьбу М3 использовал для крепления целой оси, а для крепления полуосей, просверлил ещё два отверстия и нарезал в них резьбу М2.

Во время сборки шарнира, закрепил оси стопорными винтами. Винты, в свою очередь, застопорил краской.

Так как выбранные резьбовые барашки оказались с резьбой М4, а мне требовалась резьба М3 и М5, то я развальцевал в каждом барашке по соответствующей буксе.

Для снижения трения, между крестовиной и вилками вставил шайбы М1,6. Подшипники скольжения смазал техническим вазелином (ЦИАТИМ).

Если после сборки стедикама, камера самопроизвольно вращается даже при незначительном наклоне ручки, значит, шарнир изготовлен недостаточно точно.

На картинке иллюстрация работы карданного шарнира, у которого нижняя вилка расположена ассиметрично по отношению к валу.

В случае, когда ручка расположена строго вертикально (поз.1), ничего страшного вроде не происходит. Однако стоит отклонить ручку от вертикали (поз.2), как подвижная часть стедикама начнёт вращаться и, пытаясь уравновесить систему, изменит положение камеры (поз.3). Произойдёт это потому, что точка опоры подвижной части стедикама оказалась выше точки, в которой система входит в равновесие.

Чтобы, при самостоятельном изготовлении карданного шарнира, обеспечить его симметрию относительно оси вращения, желательно промерить положение нижней вилки в двух плоскостях и, при необходимости, подогнуть "зубья". Последние можно подогнуть двумя парами пассатижей.

Я делал промеры с помощью индикатора, но подойдёт и штангенциркуль, если в качестве точки отсчёта выбрать какую-нибудь жёстко закреплённую деталь.

Также следует с максимально-возможной точностью изготовить крестовину шарнира.

Тут нужно добавить, что если определённым образом сориентировать «неправильный» карданный шарнир относительно положения камеры, установленной на стедикаме, то можно будет использовать ручку в качестве джойстика для управления положением камеры в горизонтальной плоскости.

Для придания шарниру «неправильности» достаточно сместить оси крестовины относительно друг друга.

Я ради эксперимента изготовил такую крестовину, но, из-за возникающего «рысканья» камеры, отказался от её применения.

Балансировку карданного вала можно проводить как своими руками, так и на СТО. В первом случае для этого нужно использование специальных инструментов и материалов - грузиков и хомутов. Однако лучше доверить балансировку работникам станции техобслуживания, поскольку вручную невозможно с точностью вычислить массу балансира и место его установки. Существует несколько «народных» методов балансировки, о которых мы поговорим далее.

Признаки и причины разбалансировки

Основным признаком возникновения разбалансировки карданного вала автомобиля является появление вибрации всего корпуса машины. При этом она увеличивается по мере увеличения скорости движения, и в зависимости от степени дисбаланса может проявляться как уже на скорости 60-70 км/ч, так и более 100 километров в час. Это является следствием того, что при вращении вала центр его тяжести смещается, и возникающая центробежная сила как бы «подбрасывает» автомобиль на дороге. Дополнительным признаком вдобавок к вибрации является появление характерного гула , исходящего из-под днища машины.

Разбалансировка очень вредна для трансмиссии и ходовой части автомобиля. Поэтому при появлениях ее малейших признаков необходимо выполнить балансировку «кардана» на машине.

К таким последствиям может привести пренебрежение поломкой

Причин возникновения этой поломки существует несколько. Среди них:

• естественный износ детали при длительной эксплуатации;
• механические деформации , возникшие вследствие ударов или чрезмерных нагрузок;
• заводской брак ;
• большие зазоры между отдельными элементами вала (в случае, если он не цельный).

Вибрация, ощущаемая в салоне может исходить не от карданного вала, а от неотбалансированных колес.

Вне зависимости от причин, при появлении описанных выше признаков необходимо выполнить проверку наличия разбалансировки. Ремонтные работы можно выполнить и в собственном гараже.

Как отбалансировать кардан в домашних условиях

Опишем процесс балансировки карданного вала своими руками с помощью известного «дедовского» метода. Он несложный, однако его выполнение может занять достаточно много времени . Вам обязательно нужна будет смотровая яма, на которую необходимо предварительно загнать машину. Также вам понадобятся несколько грузиков разных масс, используемых при балансировке колес. Как вариант, вместо грузиков можно использовать нарезанные кусочками электроды от сварки.

Примитивный грузик для балансировки кардана в домашних условиях

Алгоритм работы будет такой:

1. Длину карданного вала условно делят на 4 равные части в поперечной плоскости (частей может быть и больше, все зависит от амплитуды вибраций и желания автовладельца тратить на это много сил и времени).
2. К поверхности первой части карданного вала надежно, но с возможностью дальнейшего демонтажа, прикрепляют упомянутый выше грузик. Для этого можно воспользоваться металлическим хомутом, пластиковой стяжкой, скотчем или другим подобным приспособлением. Вместо грузика можно использовать электроды, которых под хомут можно подложить сразу несколько штук. По мере снижения массы их количество уменьшают (или наоборот при увеличении добавляют).
3. Далее проводится тестирование. Для этого выезжают на машине на ровную дорогу и анализируют, не уменьшилась ли вибрация.
4. Если ничего не изменилось, необходимо вернуться в гараж, и перевесить груз на следующий отрезок карданного вала. После чего повторить тестирование.

Монтаж грузика на кардане

Пункты 2, 3 и 4 из приведенного списка необходимо выполнять до тех пор, пока вы не найдете на карданном вале участок, на котором грузик уменьшает вибрацию. Далее аналогично опытным путем необходимо определить массу грузика. В идеале при его правильно подборе вибрация должна исчезнуть совсем.

Окончательная балансировка «кардана» своими руками заключается в жесткой фиксации выбранного грузика. Для этого желательно использовать электросварку. Если у вас ее нет, то в крайнем случае можно воспользоваться популярным средством под названием «холодная сварка», или хорошенько затянуть металлическим хомутом (например, сантехническим).

Балансировка карданного вала в домашних условиях

Существует еще один, хотя и менее эффективный метод диагностики. В соответствии с ним необходимо демонтировать карданный вал с автомобиля. После этого нужно найти или подобрать ровную поверхность (желательно идеально горизонтальную). На нее кладутся два стальных уголка или швеллера (их размер неважен) на расстоянии чуть меньше длины карданного вала.

После этого на них укладывается сам «кардан». Если он изогнут или деформирован, то его центр тяжести смещен. Соответственно, в этом случае он прокрутится и станет таким образом, что его более тяжелая часть окажется внизу. Это будет явным указанием автовладельцу, в какой плоскости необходимо искать разбалансировку. Дальнейшие действия аналогичны предыдущему методу. То есть, на карданный вал крепятся грузики и опытным путем вычисляются места их крепления и масса. Естественно, что грузики крепят на противоположной стороне от той, куда смещен центр тяжести вала.

Еще один эффективный метод заключается в использовании анализатора частоты. Его можно сделать своими руками. Однако необходима программа, которая на ПК имитирует электронный осциллограф, показывающий уровень частоты возникающих колебаний при вращении кардана. Ее вы можете сказать из интернета в свободном доступе.

Итак, для измерений звуковых колебаний вам понадобиться чувствительный микрофон в механической защите (поролон). Если его нет, то можно смастерить приспособление из динамика среднего диаметра и металлического прута, который будет передавать на него звуковые колебания (волны). Для этого в центр динамика приваривается гайка, в которую вставляется металлический прут. На выходы динамика припаивается провод со штекером, который подсоединяется на вход микрофона в ПК.

1. Приводную ось автомобиля вывешивают, давая колесам свободно вращаться.
2. Водитель машины «разгоняет» ее до скорости, на которой обычно возникает вибрация (обычно это 60...80 км/ч, и подает сигнал человеку, который проводит замеры.
3. Если вы пользуетесь чувствительным микрофоном, то достаточно близко поднести его к месту нанесения меток. Если же у вас динамик с металлическим щупом, то его предварительно нужно закрепить к месту, максимально приближенному к нанесенным меткам. Результат фиксируется.
4. На карданный вал наносят условные четыре метки по окружности, через каждые 90 градусов, и нумеруют их.
5. К одной из меток присоединяют тестовый грузик (массой 10...30 грамм) с помощью ленты или хомута. Также можно использовать непосредственно болтовое соединение хомута как грузик.
6. Далее проводятся замеры с грузиком на каждом из четырех мест в последовательности с нумерацией. То есть, четыре замера с перемещением груза. Результаты амплитуды колебаний фиксируются на бумаге или компьютере.

Место расположения дисбаланса

Результатом проведенных экспериментов будут числовые значения напряжения на осциллографе, отличающиеся друг от друга по величине. Далее необходимо построить схему в условном масштабе, который бы соответствовал числовым значениям. Рисуется окружность с четырьмя направлениями, соответствующими расположению груза. От центра по этим осям в условном масштабе наносятся отрезки по полученным данным. Потом следует графически разделить пополам отрезки 1-3 и 2-4 перпендикулярными им отрезками. От середины окружности через точку пересечения последних отрезков рисуется луч до пересечения с окружностью. Это и будет точка расположения дисбаланса, которую нужно компенсировать (см. рисунок).

Искомая точка расположения компенсационного грузика будет находиться на диаметрально противоположном конце. Что касается массы грузика, то она вычисляется по формуле:

• масса дисбаланса - искомое значение массы устанавливаемого дисбаланса;
• уровень вибрации без пробного груза - значение напряжения по осциллографу, измеренное до установки пробного груза на кардан;
• среднее значение уровня вибрации - среднее арифметическое между четырьмя замерами напряжения по осциллографу при установке пробного груза в четырех указанных точка на кардане;
• значение массы пробного груза - значение массы установленного экспериментального груза, в граммах;
• 1,1 - поправочный коэффициент.

Обычно масса устанавливаемого дисбаланса составляет 10...30 грамм. Если у вас по каким-либо причинам не получилось точно вычислить массу дисбаланса, можно установить ее экспериментальным путем. Главное, знать место установки, а значение массы корректировать в процессе езды.

Однако, как показывает практика, самостоятельная балансировка карданного вала описанным выше методом лишь частично устраняет проблему. На машине можно будет еще ездить продолжительное время без существенных вибраций. Но полностью от нее избавится не удастся. Поэтому другие детали трансмиссии и ходовой будут работать при ней. А это негативно сказывается на их работоспособности и ресурсе. Поэтому даже после проведения самостоятельной балансировки нужно обратиться с этой проблемой на станцию технического обслуживания.

Технологичный метод ремонта

Станок для балансировки карданов

Но если для такого дела не жалко 5 тыс. руб., именно такой будет цена балансировки вала в мастерской, то рекомендуем отправится к специалистам. Выполнение диагностики в ремонтных мастерских подразумевает использование специального стенда для динамической балансировки. Для этого карданный вал демонтируют с машины и устанавливают на него. В состав прибора входит несколько датчиков и так называемых контрольных поверхностей. Если вал разбалансирован, то при вращении он будет касаться своей поверхностью упомянутых элементов. Так анализируется геометрия и ее искривления. Вся информация отображается на мониторе.

Выполнение ремонтных работ может выполняться различными методами:

• Установка пластин-балансиров непосредственно на поверхности карданного вала. При этом их масса и место установки точно вычисляется компьютерной программой. А крепятся они при помощи заводской сварки.
• Балансировка карданного вала на токарном станке. Этот метод используется в случае значительного повреждения геометрии элемента. Ведь при этом зачастую приходится снимать некоторый слой металла, что неизбежно приводит к снижению крепости вала и увеличению на нагрузки на него в режимах нормальной работы.

Подобный станок для балансировки карданных валов своими руками сделать не получится, поскольку он очень сложен. Однако без его использования качественную и надежную балансировку выполнить не удастся.

Итоги

Отбалансировать кардан самому в домашних условиях вполне реально. Однако необходимо понимать, что самостоятельно невозможно подобрать идеальную массу противовеса и место его установки. Поэтому самостоятельный ремонт возможен лишь в случае незначительных вибраций или как временный метод избавления от них. В идеале же нужно ехать на станцию техобслуживания, где вам сбалансируют кардан на специальном станке.