Винахід та застосування кардану

Карданний вал або перше застосування схожого на карданне з'єднання відбулося в Китаї понад 2000 років тому. Китайці винайшли те, що ми називаємо «підвіска», пристрій, що складається з переплетених кілець, який дозволив свічку помістити в центр, щоб вона залишалася у вертикальному положенні незалежно від положення.

Пізніше підвіски стали використовуватися для утримання компаса горизонтально в мореплаванні.

Перший карданний вал

В 1545 італійський математик Джероламо Кардано припустив, що підвіска може використовуватися для передачі обертального руху через кутове з'єднання, яке було перетворено вже пізніше в карданний вал. На той час карданний вал був застосований у кареті імператора Священної Римської імперії для рівної їзди. Через три століття з появою автомобілів карданний вал почали застосовувати в автомобільній та машинобудівній галузях.

На вигляд карданне з'єднання не здається таким складним. Однак виявляється, що будь-яка зміна розташування частин валу щодо один одного змінює вісь обертання і це призводить до неминучої зміни характеристик урівноваженості. Відбудеться неминуче розбалансування кардана. Таким чином — видимість простоти та ремонтопридатності в малопристосованих умовах практично залишається лише видимістю. Тому неминучий ремонт карданних валів у професійних умовах.

Універсальність карданного з'єднання полягає у можливості передавати силу через змінний кут, саме остаточний диск коробки передач з'єднується в багатьох повнопривідних транспортних засобах через карданний вал . Зазвичай карданне з'єднання валів складається з трубчастих секцій з кількох частин. Двосекційний механізм підтримується всередині точки на гумовому підшипнику.

Вал повинен бути міцним, щоб протистояти обертальним рухам моменту, що крутить, стійким до потрясінь при крученні, не прогинатися під власною вагою. Якщо центр тяжіння не збігається з віссю валу, відбувається вібрація. Трубчасті секції валу використовують тому, що вони мають невелику вагу і забезпечують більшу стійкість до неузгодженості.

Універсальність кардана

Маленькі автомобілі та короткі фургони та вантажівки включають один карданний вал з шарніром ковзання на передньому кінці. Автомобілі з довгою колісною базою вимагають більшого за довжиною кардану, який може провисати і крутитися в певних умовах експлуатації. Внаслідок резонансних вібрацій кузов транспортного засобу може вібрувати. Оскільки кардан часто обертається з високою швидкістю він має бути строгозбалансований. Кардани складних дорожніх транспортних засобів досить довгі і загалом працюють на високій швидкості, тому можливий резонанс на певній критичній швидкості. Це робить вигин напруги в матеріалі, який знаходиться вище напруги зсуву, викликаного крутним моментом. Хоча критична швидкість збільшується зі зменшенням маси валу, збільшує момент інерції перерізу. Тенденція кружляти зменшується, якщо зробити кардан трубчастим і ідеально збалансованим. Критична швидкість валу змінюється безпосередньо як діаметр трубки та назад як квадрат довжини. Таким чином, діаметр вибирається більше, щоб тримати критичну швидкість, а довжина коротше.

Вали понад 1,5 м довжини між хрестовинами можуть викликати проблеми дисбалансу. Довжина валу зводять до мінімуму, використовуючи хрестовини для багатосекційності. Саме крутний момент від одного валу до іншого, коли їх осі нахилені один до одного на деякий кут.передається через хрестовини. Труба валу зазвичай виготовляється з плоского листа товщиною 0,25 мм, биття та збалансованість у межах 0.00018 кг/м. Це тримає центр маси майже по центру поздовжньої осі мінімальним. Вибирається так, що розрахункова критична швидкість на 60 відсотків вища, ніж може досягти авто за максимальної потужності.

З огляду на особливість цієї важливої складової частини на дорогих машинах карданні вали вже встановлюються з композитного вуглепластику карбону.