Карданный вал

Автодилер на базе стандартной грузовой модели Hyundai сделал модификацию, для улучшения потребительских свойств. Удлинил раму, поставил дополнительный карданный вал, затем перегнал грузовик в Москву.

Одна московская транспортная компания купила этот грузовик и через два дня у машины отлетает карданный вал. Водитель в ближайшем автосервисе как-то прикручивает карданный вал подручными гайками и доезжает до дилера. Автодилер считает, что водитель грузовика виноват в том, что карданный вал отлетел. Транспортная компания считает, что виноват автодилер.

Что показала наша независимая экспертиза? Попробуйте себя в роли автоэксперта, посмотрев результаты осмотра автомобиля.

Устройство карданной передачи

Для тех, кто забыл, что такое карданная передача и с чем её едят. Это конструкция, передающая крутящий момент между валами, пересекающимися в центре карданной передачи и имеющими возможность взаимного углового перемещения, состоит из карданных валов, шарниров и подвесных подшипников. (с )Wikipedia

- На автомобиле Hyundai была установлена карданная передача, состоящая из трёх карданных валов, четырёх шарниров и двух подвесных подшипников.

Результаты осмотра

Гайка крепления первого кардана к фланцу КПП имеет следы от ударов острым предметом, предположительно зубилом.

Корпус второго подвесного подшипника значительно деформирован, резиновый демпфер имеет следы повреждений, подшипник сдвинут относительно корпуса.

Труба, соединяющая левый и правый лонжерон рамы в районе третьего кардана имеет полукруглую вмятину, на левом лонжероне заметен незначительный след от удара.

После демонтажа четырёх болтов, соединяющих фланцы второго и третьего карданов, появилась возможность смоделировать движение закреплённого на одном шарнире третьего карданного вала, в результате чего следы повреждения на трубе и лонжероне рамы полностью совпали со следами на кардане.

Одно ухо фланца третьего кардана имеет заметный изгиб.

На привалочных поверхностях фланцев второго и третьего карданов отчётливо просматриваются отдельные блестящие пятна, а вокруг некоторых крепёжных отверстий круговые следы подъёма поверхности в виде кратера вулкана.

Подытожим

• Гайка крепления первого кардана к фланцу имеет следы от ударов острым предметом, предположительно зубилом.
• 2 подвесной подшипник деформирован.
• Уголок фланца третьего карданного вала деформирован.
• Блестящие пятна на сопрягаемых поверхностях фланцев третьего и второго карданных валов. 
• Вокруг крепёжных отверстий фланцев подъемы поверхностей, как у кратеров вулкана.

Анализ результатов экспертизы 

В двух словах

Экспертиза показала, что виноват автодилер. Нужно было лучше закреплять фланцы карданного вала. Автодилер признал, что не прав. Водитель грузовика оказался не причём. И хорошо, что транспортная компания обратилась в экспертизу, а то пришлось бы платить за ремонт. Далее подробные результаты экспертизы.

Анализ дефектов

Отмеченные в результате осмотра блестящие пятна на привалочных поверхностях фланцев второго и третьего карданов - это результат трения сопрягаемых поверхностей друг о друга. Поверхности фланцев имеют отклонения от плоскостности, поэтому прилегающие поверхности контактируют друг с другом выступающими частями поверхности как бы отдельными пятнами. В случае, если поверхности фланцев хорошо стянуты крепёжными болтами, они не проскальзывают друг относительно друга и блестящих пятен на поверхностях не образуется.

Ослабление момента затяжки болтового соединения уменьшает силу (Р) прижимающую фланец к фланцу ,что приводит к уменьшению силы трения (Fтр=µР). В результате этого момент вращения, передаваемый карданным валом, оказывается больше момента от силы трения фланцев стянутых болтами, и фланцы начинают шевелиться друг относительно друга насколько им позволяет зазор между крепёжными болтами и отверстиями во фланцах. Такое шевеление приводит не только к появлению блестящих пятен, но и к образованию кратерообразной стенки около края крепёжного отверстия. Стенка образовывается в результате пластической деформации от воздействия болта на внутреннюю поверхность отверстия фланца. Такое воздействие «разбивает» отверстие и одновременно образовывает на краю отверстия стенку.

Наличие таких признаков как:

• -блестящие пятна на привалочных поверхностях фланцев,
• - образование кратерообразной стенки около края крепёжного отверстия,
• - разбитые отверстия во фланцах,
• - следы от резьбы болтов на внутренней поверхности крепёжных отверстий,

однозначно говорит о недостаточно затянутом болтовом соединении фланцев.

В результате эксплуатации такого шевелящегося соединения постепенно открутились гайки. Последней оставалась гайка на болту проходящем через погнутое ухо.

Оставшись на одном крепёжном болте, третий кардан провернулся на 180 градусов, относительно второго вала, в результате чего ось центра масс сместилась относительно оси вращения, что привело к возникновению дисбаланса, т.е. центробежной силы (F) направленной перпендикулярно оси кардана.

Эта сила, воздействуя на кардан, погнула второй подвесной подшипник, одновременно согнув ухо фланца, и карданы сместились назад за счёт переднего шлицевого соединения, после чего последний болт оборвался и кардан ударился несколько раз о раму автомобиля, оставив на ней следы деформации.

Для того чтобы убедиться, что сила дисбаланса в состоянии привести к таким последствиям, необходимо посчитать приблизительное значение этой силы.

Центробежная сила F=mr?

m-неуравновешенная масса

r-радиус вращения

?-угловая скорость=2?n/60

m-масса третьего кардана около 30 кг с учётом того что только один край его смещается относительно оси вращения возьмём массу =10кг.

r-радиус вращения =0,1м.

n-количество оборотов в минуту возьмём движение на прямой передаче при 1000 об/ мин двигателя.

?=2х3,14х1000/60=104,69 рад/сек

F=10х0,1х104,69х104,69=10960 ньютонов-это очень значительная сила, воздействие которой на подвесной подшипник в состоянии вызвать значительные деформации.

Таким образом, вращающаяся вместе с валом центробежная сила воздействовала на кардан, а тот в свою очередь на корпус подвесного подшипника. В результате чего корпус согнулся в сторону наименьшей жёсткости конструкции/

А – Сила направлена вверх в сторону лонжерона, обладающего значительной жёсткостью.

Б -- Сила направлена вниз корпус работает на растяжение, деформаций не происходит.

В -- Сила направлена влево, жёсткости недостаточно, корпус деформируется в сторону действия силы.

Г -- Сила направлена вправо, жёсткости недостаточно, корпус деформируется в сторону действия силы.

Если вращение вала происходит по часовой стрелке вариант В вероятнее. Такая версия полностью воссоздает картину событий и объясняет оставшиеся на кузове следы и характер деформаций подвесного подшипника.

Кроме такой версии развития событий, также рассматривалась возможность повреждения подвесного подшипника от воздействия внешних сил и как следствие обрыва болтов, соединяющих фланцы второго и третьего карданных валов.

Однако, внимательное изучение подвесного подшипника не выявило на его наружной поверхности даже царапин краски, что позволило сделать вывод о невозможности получения столь значительных деформаций без следов приложения силы в виде царапин вмятин или сдвига корпуса подшипника по ходу или против хода движения.

Направление деформации говорит о приложении силы изнутри корпуса подвесного подшипника, а форма деформации совпадает с диаметром карданного вала. См. ниже:

Кроме того, версия внешнего воздействия не позволяет установить причинно-следственную связь между повреждениями подвесного подшипника и последующего отворачивания крепёжных болтов. Доказательством этого является приезд автомобиля своим ходом в ремонтную зону после установки новых болтов.

Основной вывод

Таким образом, дефектом автомобиля является деформация корпуса второго подвесного подшипника и разрушение резинового демпфера по причине недостаточной затяжки четырёх болтовых соединений крепления фланцев второго и третьего карданных валов. Так как затяжка резьбовых соединений тарированным моментом это обязанность производителя, следовательно, дефект носит технологический характер. Для устранения дефекта необходимо провести ремонтные работы связанные с заменой второго подвесного подшипника и балансировкой карданных валов .

Итоги экспертизы

Автодилер был вынужден согласиться с выводами эксперта и решил урегулировать спор с транспортной компанией до суда.

Размышления

Это была попытка переложить сухой язык экспертизы на более человеческий. Мы надеемся, что статья была интересным чтением и полезным упражнением для ума.