Czym jest wał Kardana, a czym sprzęgło i przegub Cardana? 

Wał Kardana to jedno z częściej nadużywanych określeń w mechanice pojazdowej. Czemu się tak dzieje? Głównie z powodu jego konstrukcji. Największy problem polega na rozpoznaniu poszczególnych podzespołów układu przeniesienia napędu. Żeby zrobić to właściwie, należy wiedzieć, na czym opiera się to rozwiązanie oraz jak działa w praktyce. Dopiero wtedy można rozróżnić potoczny „wałek” Kardana od fachowego określenia, jakim jest sprzęgło Cardana czy przegub Cardana. Czytaj dalej i poznaj różnice!

Zanim przejdziesz do technicznych różnic, warto wiedzieć, skąd właściwie wzięła się ta nazwa. Pochodzi ona od nazwiska renesansowego matematyka, filozofa, astrologa oraz lekarza, Girolamo Cardano, który okazjonalnie zajmował się inżynierią mechaniczną. Pełnił funkcję profeseora na kilku włoskich uczelniach w XVI wieku. To właśnie on opisał teoretyczną zasadę działania tzw. przegubu Cardana – aktualnie potocznie tę część nazywa się wałem Cardana (można się też spotkać z pisownią spolszczoną czy ze stosowaniem małej litery w części nazwy pochodzącej od nazwiska wynalazcy).

Mimo wynalazku z dziedziny inżynierii włoski konstruktor zasłynął głównie z  matematycznych odkryć oraz tego, że przewidział datę własnej śmierci. Kiedy ta nie chciała nadejść w wyznaczonym przez niego dniu, popełnił samobójstwo.

Z tego artykułu dowiesz się m.in.:

• czym jest wał Cardana,
• gdzie znajduje swoje zastosowanie,
• jakie są wady konstrukcyjne wału Kardana,
• jakie można wskazać zalety wału Kardana,
• jak rozpoznać zużyty bądź uszkodzony wał Cardana.

Czym właściwie jest wał Kardana?

Wał Kardana to część układu napędowego, która odpowiada za przeniesienie napędu w pojazdach z silnikiem umieszczonym z przodu na tylne bądź wszystkie koła. Mówiąc bardziej technicznie, element ten służy do odebrania napędu z jednostki napędowej oraz przekazania jej na most napędowy, dzięki czemu pojazd zostanie wprowadzony w ruch. Jednak ciekawe jest to, że cała część jest nazywana błędnie ze względu na swoją konstrukcję.

Tak naprawdę Cardano nie wymyślił całego wału, a zaprojektował jego zakończenia, czyli przeguby Cardana, które można zamiennie nazywać sprzęgłami Cardana. Sprzęgło Kardana jest po prostu montowane na początku i końcu wału, przez co cała część przyjęła potocznie właśnie taką nazwę.

„Wałek” kardana składa się z kilku bazowych podzespołów, które tworzą jedną część układu przeniesienia napędu. W ich skład wchodzą:

• Połączenie przesuwne – ten rodzaj połączenia zabezpiecza przegub przed względnym obrotem.
• Korpus wału – główny element całej konstrukcji układu przeniesienia napędu.
• Złącze rurowe – to dzięki niemu korpus wału jest dobrze osadzony w przegubie.
• Złącze kołnierzowe – jest to zarazem pierwszy, jak i ostatni element wchodzący w skład wału. Służy on do przyjęcia energii z jednostki napędowej.
• Przegub krzyżakowy – inaczej określane jako sprzęgło Kardana. Jego zadaniem jest połączenie wałów tak, aby te mogły sprawnie przekazywać napęd i płynnie pracować, nawet kiedy są względem siebie pod sporym kątem.

Budowa wałka Kardana

Jeśli chodzi o najbardziej podstawowe cechy budowy przegubu krzyżakowego, to schemat konstrukcji tej części oparty jest na kształcie krzyża. Według hierarchii podstaw konstrukcji maszyn można go opisać jako sprzęgło mechaniczne, nierozłączne, samonastawne oraz kątowe. 

Wałek kardana należy do grupy przegubów asynchronicznych. Oznacza to, że część napędzająca oraz napędzana obracają się z tą samą prędkością tylko wtedy, gdy obydwie leżą w tej samej osi względem siebie. Jest zaliczany do sprzęgieł przymusowych, czyli stałych. Dwa oddzielne wały w przegubie Kardana są połączone poprzez krzyżak. Korpusy wałów zostały zakończone widełkami, które stanowią stałe połączenie z przegubem. Wszystko umocowane jest do krzyżaka na specjalnych łożyskach, a zamontowane tam pierścienie chronią mechanizm przed wypadnięciem.

Wał Kardana – informacje

Podsumowując, można przyjąć, że wał Cardana uznaje się za całą strukturę wału napędowego, co teoretycznie nie jest poprawne, aczkolwiek tak się utarło. Samo sprzęgło Kardana jest elementem służącym do łączenia wałów napędowych celem dalszego przekazywania napędu z silnika na koła.

Wał Kardana umożliwia stosowanie międzyosiowych łączeń na dużych dystansach, dlatego tak szybko znalazł zastosowanie w autach z napędem na tył. To samo dotyczy aut z napędem 4 × 4. Tam również oferowane przez niego możliwości są bardzo użyteczne w procesie konstrukcji napędu. Teoretycznie dystans, na którym przekazywany jest napęd, może być bardzo długi. Sprzęgło Kardana znajdzie także zastosowanie tam, gdzie moment obrotowy będzie musiał zostać przekazany pod kątem.

Zastosowanie wału Cardana w motoryzacji

Co ciekawe, wał kardana nie jest stosowany wyłącznie w samochodach z napędem na tylną oś oraz 4 × 4. Coraz chętniej montuje się go zamiast łańcucha w motocyklach oraz quadach. Takie rozwiązanie jest droższe i dużo cięższe od klasycznego rozwiązania. Dodatkowo łańcuch cechuje się większą elastycznością, co powoduje zdecydowanie mniejsze utraty energii w stosunku do wału. Jednak nadal znajduje się spora grupa zwolenników stosowania tego rodzaju przekazywania napędu, głównie ze względu na dużą wytrzymałość wału kardana.

Alternatywny do łańcuchowego rodzaj napędu stosuje się w przypadku motocykli turystycznych, w cruiserach oraz chopperach, gdzie masa nie gra aż takiej roli, jak w ścigaczach czy motorach typu naked bike. Właściciele pojazdów tego rodzaju bardziej cenią sobie niezawodność, głównie ze względu na to, że pokonują oni długie trasy. Wszystko dlatego, że klasyczne rozwiązanie, czyli łańcuch, ma większą tendencję do usterek i awarii.

Oczywiście w mechanice trudno o bezawaryjne i idealne rozwiązania, jest to wręcz niemożliwe. Nieważne, jak wytrzymała jest część, nadmierna eksploatacja i brak stosownych serwisów mogą skrócić żywotność i doprowadzić do awarii lub potrzeby remontu.

Zastanawiasz się, jakie opony stosować do motocykli turystycznych? Podpowiadamy.

Wał Kardana – wady konstrukcyjne

Jako główną wadę trzeba uznać pulsację prędkości wału powodowaną momentem obrotowym, jaki przejmuje on od jednostki napędowej. Gdy moment obrotowy przekazywany był pod kątem, powodowało to równomierne do tego kąta pulsacje prędkości na wale przyjmującym napęd. 

Na szczęście rozwiązanie opisanego w poprzednim akapicie problemu okazało się banalnie proste. Zamiast zastosowania pojedynczego sprzęgła, zastosowano dwa, które działały jednocześnie względem siebie, co pozwoliło całkowicie wyeliminować problem pulsacji prędkości. Dodatkowo to rozwiązanie spotkasz już w każdym współczesnym pojeździe. Pojedyncze przeguby były montowane przez krótki okres, przed wieloma laty. Aktualnie ten problem jest całkowicie rozwiązany. Pozostała jedynie kwestia straty mocy względem łańcucha, która może sięgać nawet 25%, na co jeszcze nie wynaleziono rozwiązania.

Wał Kardana – zalety

Plusów wału kardana jest zdecydowanie więcej niż negatywów. Pierwszy z nich to fakt, że przegub Kardana jest w stanie przenieść moment obrotowy między wałami współosiowymi nawet pod kątem 45 stopni. Dzięki temu jego zastosowanie jest niesamowicie wszechstronne. Jest to szczególnie przydatne w podwyższonych terenówkach i autach dostawczych. W ten sposób całe nadwozie może znajdować się wyżej niż układ przeniesienia napędu, co skutkuje lepszymi zdolnościami terenowymi oraz płaską podłogą załadunkową. Bierze się to stąd, że żaden z elementów tego układu nie musi być montowany równolegle do linii nadwozia.

Przegub umożliwia także swobodne łączenie wałów względem siebie i w teorii pozwala przenosić moment obrotowy niezależnie od odległości jednostki napędowej od mostu. Zachowuje przy tym dobre wyważenie. Kolejną rzeczą, choć prozaiczną, jest prostota konstrukcji. Im mniej elementów wchodzi w skład budowy, tym mniejsza szansa, że coś się uszkodzi. Takie rozwiązania konstrukcyjne są znane ze swojej długowieczności.

Kolejną zaletą jest to, że nawet gdy wystąpi jakaś usterka, to ewentualna naprawa czy też regeneracja mogą zostać wykonane niskim kosztem. Wiele serwisów zajmuje się regeneracją wałów napędowych tego typu, a same podzespoły, takie jak łożyska, są tanie i łatwo dostępne. 

W porównaniu z bezpośrednią konkurencją, jaką jest przegub kulowy, który do pracy potrzebuje smarowania, sprzęgło Cardana wypada dużo lepiej pod względem ekonomicznym i finansowym. Jego obsługa ogranicza się głównie do wymiany oleju zgodnie z interwałem narzuconym przez producenta.

W przypadku motocykli z „wałkiem” Kardana zauważalną zaletą jest to, że pozostawia on dobry dostęp do tylnego koła. Może to ułatwić wiele czynności związanych z serwisowaniem. Co więcej, takie rozwiązanie w motocyklu powoduje, że utrzymanie w czystości tylnej części pojazdu jest łatwiejsze. Powód jest prosty – nie ma łańcucha, który chodząc z zawrotną prędkością, zanieczyszcza smarem tylne koło.

Jak rozpoznać awarię wału Kardana w samochodzie?

W przypadku awarii wału Kardana przyczyną mogą być zaniedbania serwisowe lub nadmierna eksploatacja. Jeśli już przydarzy Ci się problem z tym elementem, to warto wiedzieć, jak rozpoznać, że problem leży w układzie przeniesienia napędu. Gdy wał Kardana będzie uszkodzony, objawy, jakie zauważysz, to:

• stukanie oraz szarpanie w trakcie ruszania,
• wyraźne, niepokojące wibracje dochodzące z okolic wahacza,
• odczuwalne drgania na karoserii oraz kierownicy w trakcie jazdy z różnymi prędkościami,
• nietypowe, niestandardowe dźwięki z okolic wału, których samochód wcześniej nie wydawał.

To właśnie głównie te 4 objawy pomogą Ci sprecyzować problem, jeśli usterce ulegnie część układu napędowego odpowiedzialna za przekazanie momentu obrotowego na koła. Najczęstszymi przyczynami są uszkodzone krzyżaki, stanowiące centralną część przegubu, zużyte łożyska czy podpory. Problemy mogą także generować nadmierne luzy w całym układzie oraz utrata współosiowości na połączeniu z przekładnią końcową. 

Dowiedz się również, jak rozpoznać objawy zużycia lub uszkodzenia przegubów napędowych. 

Czy wał Kardana to sprawdzone rozwiązanie?

Odpowiadając krótko na pytanie: jak najbardziej! Ta konstrukcja jest znana od lat, nieustannie sprawdza się w motoryzacji i w innych branżach. Aktualnie konstrukcja przegubu Kardana została ulepszona, co poskutkowało zmniejszeniem utraty mocy do możliwego minimum oraz znacznym spadkiem awaryjności. Do tego mnóstwo warsztatów zajmuje się serwisami tych podzespołów, co czyni ich eksploatację jeszcze prostszą.

O ile w przypadku samochodu osobowego masz niewielki wpływ na to, jakie rozwiązanie będzie zastosowanie w Twoim aucie, to zupełnie inaczej wygląda to w przypadku jednośladów. Musisz się dobrze zastanowić, do czego będziesz używał motocykla, zanim go kupisz. W wielu przypadkach warto zdecydować się na pojazd, w którym moment obrotowy jest przenoszony przy pomocy wałka Kardana. Takie rozwiązanie sprawdza się idealnie w przypadku motocykli do podróży długodystansowych, gdzie niezawodność to podstawa – stwierdza ekspert marki Inter Cars.

Jednak jeśli cokolwiek stanie się z wałem napędowym w Twoim aucie czy motocyklu, musisz wiedzieć, że niezbędne podzespoły znajdziesz na stronie internetowej sklepu Inter Cars. Jeśli chodzi o układ napędowy, oferta części zamiennych i potrzebnych do napraw podzespołów jest bardzo szeroka. W Inter Cars są dostępne sprzęgła, oleje do skrzyń biegów, elementy mostów, dyferencjałów oraz podzespoły potrzebne do naprawy napędu w motocyklach. Zakup sprawdzonych części pozwoli Ci cieszyć Twoim samochodem bądź motocyklem w codziennym użytkowaniu. Wejdź na stronę i sprawdź ofertę już teraz!

FAQ:

Czym jest wał Kardana?

Jest to wał napędowy, na którego końcach znajdują się tzw. przeguby Cardana, dzięki czemu jest on w stanie przekazywać moment obrotowy pod kątem oraz na odległość, między silnikiem a mostem.

Czym różni się sprzęgło Kardana od przegubu Kardana?

Jest to dokładnie to samo, nazw tych można używać naprzemiennie. Część ta odpowiada za łączenie ze sobą dwóch wałów i umożliwienie im przekazywania napędu.

Lepiej kupić motocykl z łańcuchem czy z wałkiem Kardana?

To zależy, do czego będziesz używał swojego motocykla. Na długie trasy bądź do powolnej jazdy zdecydowanie lepiej sprawdzi się mniej awaryjny wałek.