Устройство ШРУСа: как устроен шарнир равных угловых скоростей

Колесо переднеприводной машины должно делать сразу три вещи: вращаться, поворачиваться рулём и подпрыгивать вместе с подвеской на кочках. Для вала, который передаёт на колесо момент от мотора, это тяжёлая задача: ось вала постоянно меняет угол, а вращение должно оставаться ровным. Простой шарнир с крестовиной, как у карданного вала, здесь не подойдёт: при большом угле он вращает выходной вал неравномерно. Эту работу и выполняет ШРУС, шарнир равных угловых скоростей. Ниже — из чего он состоит, как передаёт вращение под углом, чем внутренний ШРУС отличается от наружного и почему шарнир, который служил годами, может умереть за один сезон.

Из чего состоит ШРУС

Обычно на каждом приводе стоят два шарнира, соединённых валом. Вместе их называют приводом колеса или полуосью.

Часть	Что делает
Корпус (наружная обойма)	Чашка со шлицевым хвостовиком, который входит в ступицу колеса; в её стенках вырезаны канавки
Внутренняя обойма	Шарообразная деталь на конце вала; тоже с канавками
Шарики	Стальные шарики, обычно шесть; катятся по канавкам обеих обойм и передают усилие
Сепаратор	Кольцо с окнами, в которых сидят шарики; не даёт им разбежаться и держит в одной плоскости
Вал привода	Стальной стержень, соединяющий внутренний и наружный шарниры
Внутренний шарнир	Стоит у коробки передач, перемещается вдоль оси при работе подвески
Пыльник	Гофрированный резиновый или пластиковый чехол; защищает шарнир от грязи и удерживает смазку
Хомуты	Стальные ленты, стягивающие пыльник на корпусе и на валу
Смазка	Густая специальная паста внутри корпуса; в неё добавляют твёрдые смазывающие присадки, например дисульфид молибдена, и она уменьшает трение и износ

Как привод колеса связан с двигателем, коробкой и дифференциалом, показано в обзоре устройства автомобиля. Между коробкой передач и приводом стоит дифференциал, и именно от него вращение идёт по валу к шарнирам.

Как ШРУС передаёт вращение под углом

1. Вал вращается. Внутренняя обойма, закреплённая на нём, вращается вместе с валом.
2. Шарики давят на стенки канавок. Каждый шарик лежит одновременно в канавке внутренней и наружной обоймы и передаёт усилие от одной к другой.
3. Водитель поворачивает руль. Колесо разворачивается, угол между валом и ступицей растёт. Канавки на обеих обоймах выполнены так, что шарики при этом всегда лежат в плоскости, которая делит этот угол пополам.
4. Такая геометрия выравнивает скорость. Пока точки, где шарики передают усилие, лежат в этой плоскости, обе обоймы вращаются с одной и той же угловой скоростью, а рывков и биений нет.
5. Сепаратор держит порядок. Он удерживает шарики в нужной плоскости и не даёт им сместиться, каким бы ни был угол.
6. Подвеска работает. Внутренний шарнир скользит вдоль оси на несколько сантиметров, а наружный принимает на себя угловое движение колеса.

Итог: колесо может стоять почти поперёк движения и всё равно получать ровный крутящий момент.

Наружный и внутренний ШРУС

Наружный стоит у колеса. Угол между валом и колесом на повороте бывает очень большим, до нескольких десятков градусов, поэтому здесь ставят шариковый шарнир с особой формой канавок: он выдерживает большой угол, но вдоль оси не сдвигается. Именно он чаще всего выходит из строя. Схему с шестью шариками и особой формой канавок называют по имени инженера Альфреда Рцеппы, придумавшего её в 1920-х годах.

Внутренний стоит на другом конце вала, у коробки передач или дифференциала. Угол здесь небольшой, зато при работе подвески расстояние между коробкой и колесом меняется, и шарниру нужно уметь двигаться вдоль оси. Часто это трипод: на валу три шипа с роликами, которые катаются по продольным канавкам в корпусе. Такой шарнир не боится осевых смещений, но не рассчитан на большие углы. У некоторых машин внутренний шарнир тоже шариковый, но с длинными канавками.

Чем отличается то, что путают

ШРУС и кардан. Карданный шарнир с крестовиной тоже передаёт вращение под углом, но неравномерно: чем больше угол, тем сильнее выходной вал то ускоряется, то отстаёт. На заднеприводных машинах это скрывают, ставя карданные шарниры парами так, чтобы неравномерность одного гасила другую, а угол делают малым. У колеса, где угол большой и меняется, кардан не годится.

ШРУС и подшипник ступицы. Оба могут гудеть и хрустеть, и их часто путают. Но подшипник шумит на ходу ровным нарастающим гулом при езде по прямой, а ШРУС — щелчками и хрустом, когда вы поворачиваете руль и одновременно даёте газ.

ШРУС и привод. Привод колеса — вся деталь целиком: вал и два шарнира. ШРУС — только шарнир. Поэтому иногда мастер говорит «менять привод в сборе», а иногда — «менять только ШРУС».

ШРУС и дифференциал. Дифференциал делит момент между колёсами, а ШРУС передаёт этот момент под углом уже на колесо. О том, как момент делится между колёсами, подробнее — в статье про виды полного привода, а о подвеске, из-за которой шарнирам приходится сгибаться, — в статье об устройстве подвески.

Интересные факты

• Почему смазку не видно, а она главная. Внутри ШРУСа сталь трётся о сталь под большой нагрузкой. Пока пыльник цел, густая смазка живёт в нём годами. Стоит чехлу порваться, смазка разбрызгивается по подвеске, а внутрь набивается песок с водой.
• Почему пыльник трескается на морозе и при старости. Резина дубеет и теряет эластичность, а при повороте гофры растягиваются и сжимаются тысячи раз. Трещина в складке не всегда заметна снизу.
• Почему у левого и правого приводов разная длина. У многих переднеприводных машин коробка передач смещена к одному борту, поэтому один вал получается короче другого. Длинный вал иногда сажают на промежуточную опору, чтобы он не бился при вращении.
• Почему хруст слышен только на повороте. На прямой шарики обычно работают в середине канавок, которые изношены меньше. При повороте они перекатываются в те участки, где выработка есть, и на этом месте проскакивают.

Почему ШРУС изнашивается и на что смотреть

• Хруст или щёлканье на повороте руля под нагрузкой. Наружный шарнир изношен: канавки и шарики получили выработку.
• Вибрация и удары при разгоне. Внутренний шарнир с люфтом, изношены ролики трипода или посадочные места.
• Смазка на диске и подвеске. Порванный пыльник, и надо быстро осмотреть шарнир, пока в нём нет абразива.
• Стук при трогании и сбросе газа. Люфт в шарнирах или в шлицах привода, износ соседних деталей.
• Гул на скорости. Это чаще подшипник ступицы, а не ШРУС, но привод тоже стоит проверить.

Как проверить самому, ничего не разбирая. Найдите пустую площадку, поверните руль до упора и проедите по кругу медленно, слегка прибавляя газ. Потом то же самое в другую сторону. Ритмичный хруст в одном из направлений выдаёт наружный шарнир. Чаще всего страдает колесо, внешнее по отношению к повороту: при повороте налево хрустит правый привод, при повороте направо — левый, потому что внешнее колесо нагружено сильнее. Тихая езда без хруста ещё не гарантия, но плохой признак пропустить трудно.

Смотреть пыльники полезно при каждой замене масла или на осмотре перед зимой: целый, сухой, без трещин и следов смазки. Порванный пыльник, замеченный вовремя, — самый дешёвый ремонт. Снимать привод, разбирать шарнир и менять шарики лучше в сервисе: нужны прессы, съёмники и правильная смазка. Ездить с шумящим шарниром дольше необходимого не стоит: развалившийся ШРУС оставит машину без хода. Хруст на поворотах сам не пройдёт: износ шарнира только нарастает.