Что скрывается за толстым металлом ведущих мостов? От дифференциала, находящегося вместе с главной передачей в центре моста отходят полуоси привода колес.

Как следует из названия, основное назначение полуоси – передача крутящего момента к ведущему колесу. Заметим, что как бы обратной стороной крутящего момента является тормозной момент, возникающий при торможении автомобиля, соответственно момент на оси меняет знак. По сути, полуось представляет собой мощный стальной стержень – вал. Чем крупнее, мощнее машина, тем он, естественно, толще.


Со стороны дифференциала все полуоси схожи – тут на них нарезаются шлицы, входящие в ответные отверстия в полуосевых шестернях дифференциала. А вот с внешней стороны возможны варианты, и в зависимости от того, какой из них применяется, различают типы полуосей.

Полуразгруженные полуоси
Самый простой вариант – прикрепить колесо прямо к полуоси. Точно так поступали еще на телегах. У автомобиля конструкция, конечно, посложнее, но идея та же – отсутствие ступицы колеса. На полуось насаживается шарикоподшипник, внешняя обойма которого фиксируется в гнезде балки моста. Далее следует фланец, к которому крепится тормозной барабан (или диск) и следом диск колеса.

Полуось такого типа условно называется полуразгруженной, поскольку она не только передает крутящий момент, но и воспринимает все нагрузки, действующие на колесо. Это в первую очередь вес автомобиля, а также усилия, возникающие в результате динамического контакта колеса с опорной поверхностью. Полуось воспринимает изгибающие усилия и нагружается боковой силой при резком повороте автомобиля.


Конструкция стара, проста, и в этом заключается ее главное преимущество перед остальными возможными вариантами. Это обуславливает ее широкое применение и в настоящее время, в частности на легковых автомобилях с жесткой балкой ведущего моста. Вполне работоспособна она и на легких внедорожниках, например на нашей «Ниве», где, как известно, сзади применяется мост, схожий по конструкции с мостом от «Жигулей».

Разгруженные полуоси
Для тяжелых машин, грузовиков и, в частности, внедорожников, рассчитанных на серьезные условия эксплуатации, такая схема не годится. Им требуются и мощные ступицы, и подшипники, способные выдерживать большие нагрузки. Тут получили распространение так называемые разгруженные полуоси.

На балку моста на двух радиально-упорных подшипниках сажается ступица колеса, к которой уже крепятся тормозной барабан (диск) и колесо. А полуось соединяется со ступицей и вращает ее. При этом она нагружается только тяговым или тормозным крутящим моментом, все остальные силы, действующие на колесо, воспринимаются балкой моста через ступицу и подшипники. Это в теории.


На практике вследствие упругой деформации балки моста незначительный изгиб полуоси возможен, но несопоставимый с тем, который возникает в полуразгруженной полуоси. Такая конструкция широко распространена и применяется, например, на наших уазиках.

Сильная сторона данной конструкции очевидна: если полуось даже и лопнет, в результате чрезмерной нагрузки на нее, что случается, например, при езде по тяжелому бездорожью с заблокированным дифференциалов (особенно если на машине установлены колеса существенно больше штатных), то автомобиль не потеряет способность передвигаться на своих колесах, ведь ведущие колеса вращаются на ступицах на балке моста. В том же случае, когда колесо крепится непосредственно к полуоси, после ее обрыва колесо вместе с куском полуоси отваливается от моста. И очень неприятно, когда это происходит в движении.

Еще одним плюсом разгруженной полуоси является способность внедорожника продолжить движение после поломки полуоси за счет привода на вторую ось. Если в трансмиссии предусмотрен межосевой дифференциал, то его, разумеется, следует заблокировать. То есть живучесть автомобиля с разгруженными полуосями намного выше.


Поскольку все нагрузки при использовании разгруженных полуосей воспринимает мощная балка моста, внедорожник с подобной схемой шасси терпимее относится к установке колес большего, чем положено по штату, диаметра.

Разгруженные на три четверти полуоси
Наконец, говоря о конструкции авто с зависимой подвеской ведущих колес, следует упомянуть третий возможный вариант, в своем роде промежуточный между двумя описанными. Речь идет о полуоси, получившей несколько странное название «разгруженная на три четверти». Теория утверждает, что такая полуось передает вращение к колесу также через ступицу, однако последняя установлена на балке моста только на одном подшипнике. Соответственно, нагрузки, приходящиеся на колесо, передаются и на полуось, и на мост через этот единственный подшипник. Понятно, что ему приходится несладко, и, видимо, именно по этой причине данная конструкция в настоящее время мало применяется.


А как быть в случае привода на передние колеса? Тут колесо не только вращается, но и поворачивается, значит, на внешнем конце полуоси должен быть шарнир. Количество придуманных автомобильными инженерами конструкций для передачи крутящего момента к ведущим и управляемым колесам столь велико, что в рамках данной статьи рассказать обо всех невозможно – рассмотрим наиболее распространенные варианты, широко применяющиеся в настоящее время.

Кардан
Самый простой и проверенный временем узел для передачи вращения под изменяющимся углом придуман еще в XVI веке – это кардан. Теперь так кратко называют целую сборочную единицу в трансмиссии автомобиля, но, строго говоря, это сам шарнир, состоящий из крестовины, игольчатых подшипников и двух вилок. В принципе, его можно использовать в полуоси привода переднего колеса – и используют, а раньше применяли очень даже широко.


Но тут есть нюанс: второе название кардана, как известно, – шарнир неравных угловых скоростей. То есть при равномерном вращении ведущего звена, угловая скорость его ведомого звена будет изменяться по синусоидальному закону, хотя и в незначительных пределах. Они тем больше, чем больше угол между валами (вилками). Поэтому при использовании одного кардана в полуоси колесо, на которое она передает вращение, при повороте будет вращаться немного неравномерно, то ускоряясь, то замедляясь. Это «немного» и делает возможным практическое применение данной конструкции, к тому же процент времени, когда колеса повернуты на значительный угол, мал по отношению к общему времени движения автомобиля – в основном колеса находятся в положении прямо или близко к нему. Небольшая неравномерность вращения, возникающая при повороте, частично сглаживается эластичностью шины.

Но нежелательные нагрузки в трансмиссии все же неизбежны, поэтому в приводе стали применять сдвоенный карданный шарнир. Два карданных шарнира при соблюдении определенных условий компенсируют неравномерную работу друг друга, в итоге ведущая и ведомая части полуоси вращаются почти одинаково.


Передние полуоси с одинарным карданом не ушли в историю и применяются на современных автомобилях: например, на «Соболь 4х4». Можно встретить их на грузовиках и тракторах, где возникновение некоторой неравномерности вращения колес при повороте не так уж существенно. Полуоси со сдвоенным карданом можно обнаружить на американских внедорожниках. Использование полуоси такого типа обусловлено простотой конструкции, в то же время она достаточно надежна, выдерживает большие нагрузки.

ШРУСы
Однако более совершенным по кинематике является шарнир равных угловых скоростей. Аббревиатура от этого названия – ШРУС – стала уже именем нарицательным. Полуоси со ШРУСами установлены на большинстве современных автомобилей. Наиболее распространены шарниры типа «Бирфильд», в которых передача крутящего момента осуществляется шестью шариками, устанавливаемыми при помощи специального сепаратора в нужное для равномерной работы положение при всех возможных углах работы шарнира.


Но встречается и схожая, но менее совершенная конструкция – ШРУС типа «Вейс». В нем имеется всего четыре шарика, участвующих в передаче крутящего момента, причем при вращении в каждом из направлений усилие передается только за счет одной пары шариков. Эти шарниры допускают меньший максимальный угол работы. Их теоретический ресурс в 1,5–2 раза ниже, чем у шарниров типа «Бирфильд», однако они проще в изготовлении и, соответственно, дешевле. Полуоси с такими шарнирами можно встретить на старых УАЗиках, а также на УАЗах с «военными», портальными мостами.

Нетрудно догадаться, что такая же схема применяется при независимой подвеске ведущих колес. Только в таком случае шарниры должны быть с двух сторон, поскольку полуоси качаются относительно дифференциала, находящегося в картере главной передачи, закрепленной на кузове или раме.


При выборе автомобиля для путешествий или покатушек нелишне учитывать вышеизложенную информацию. Понятно, что не всегда есть широкая возможность выбора транспортного средства по самым разным причинам, начиная от материальных и до банального стечения обстоятельств. Но в любом случае, полезно прояснить, какие мосты у вашей машины, чтобы знать, где соломки подстелить.

Текст: Андрей Фаробин