Uszkodzony wał napędowy? Co warto wiedzieć?

Wał napędowe są często traktowane po macoszemu przez właścicieli aut jak i przez wielu mechaników samochodowych. Podchodzi się do nich jak do mechanizmów bardzo prostych i nie wymagających specjalistycznej wiedzy. Ponieważ z takim podejściem spotykamy się niezwykle często a nie jest ono zgodne z rzeczywistością postanowiliśmy napisać krótki przewodnik jak podejść do naprawy wału. W tekście tym zastosowaliśmy wiele uproszczeń aby był on bardziej przejrzysty. Niemniej jeśli ktoś jest zainteresowany zgłębieniem wiedzy lub jej uściśleniem zapraszamy do kontaktu.

Trochę teorii.

Sprzęgło Kardana (Cardana, wychylne, krzyżakowe) to dwa elementy połączone krzyżakiem. Wał z pojedynczym sprzęgłem Kardana  jeśli tylko  zaczyna odchylać się od wspólnej osi obrotu przenosi moment obrotowy w sposób pulsacyjny. Czyli pomimo, że prędkość wejściowa jest stała, prędkość wyjściowa jest zmienna. Im większe wychylenie tym pulsacja większa. Panaceum na tą dolegliwość jest zastosowanie drugiego sprzęgła Kardana ustawionego identycznie jak sprzęgło pierwsze. W układzie w którym są dwa sprzęgła (dwa krzyżaki) prędkość wejściowa i wyjściowa są sobie równe. Pomimo iż koniec napędzany i koniec przekazujący moment nie leżą w jednej linii.

Powyższa zasada równych prędkości zadziała pod jednym ważnym warunkiem. Oś wałka napędu i oś wałka odbierająca moment obrotowy muszą być równoległe.

Czyli zgodnie z rysunkiem kąty alfa muszą być równe. Jest to konieczne do uzyskania stabilnej prędkości wyjściowej.

Kolejną ważną sprawą o której koniecznie trzeba wiedzieć to wyrównoważenie wału. Każdy element wirujący posiada pewną niewywagę (jest rozważony). Niewywaga ta pochodzi z błędów obróbki, błędów materiału i błędów montażu. Nie ma możliwości całkowitego pozbycia się jej. W rzeczywistości każdy element wirujący posiada tak zwaną niewywagę resztkową. Przeprowadzając procedurę wyważania redukujemy ją do poziomu, który jest akceptowalny dla danego zastosowania.

Procedura wyrównoważania polega na takim umiejscowieniu ciężarków aby zredukowały siły które powstały w wyniku nieuniknionych błędów w budowie wału. Ciężarki umiejscawia się w określonych płaszczyznach wyważania i w odpowiedniej relacji wagi i kątów między nimi. Każdy ciężarek ma wpływ na więcej niż jeden element. Ciężarki mają również wpływ na siebie wzajemnie.

Z powyższego wprowadzenia należy zapamiętać ważne wnioski:

1. Konieczne jest prawidłowe ustawienie sprzęgieł względem siebie.
2. Ustawienie równoległości osi biernej i aktywnej ma ogromne znaczenie.
3. Wał wyważamy jako całość i nie możemy po wyważeniu dokonywać w nim żadnych zmian.

Co z tego wynika w praktyce?

Zacznijmy od punktu pierwszego. Poszczególne połączenia krzyżakowe nie mogą być ustawione względem siebie dowolnie. Zazwyczaj połączenia ustawiane są jak na rysunku 1. Nie jest to jednak reguła. Producenci uwzględniając kąty występujące na wale dokonują czasami przesunięcia kątowego między połączeniami. Z uwagi na powyższe należy zawsze ustawiać elementy wału zgodnie z naniesionymi przez producenta znakami. Jeśli znaki nie występują należy przed jakimkolwiek demontażem nanieść własne znaki. Tyczy się to w szczególności wielowypustów (złącza przesuwne, kompensacje) tutaj bowiem pomyłki występują najczęściej. Ratunkiem w takiej sytuacji jest skopiowanie kątów z innego oryginalnego wału.

Druga kwestia którą poruszyliśmy to równoległość osi czynnej i biernej. Jest to zagadnienie które przez mechaników jest praktycznie pomijane. Faktycznie usterka taka nie jest częsta w przypadku aut bezwypadkowych. Jednak już w przypadku tych które wypadek przeszły błąd w przywróceniu wszystkich prawidłowych kątów zdarza się.
Swoistym przypadkiem który możemy uznać za  błąd kąta jest nieprawidłowe połączenie flanszy wału z flanszą w samochodzie. Wystarczy nieco więcej brudu i śruby nie są w stanie dociągnąć dwóch powierzchni równolegle. Jest to usterka łatwa do zidentyfikowania. Wystarczy dokonać pomiaru czujnikiem zegarowym (diatestem).

Ostatnia, aczkolwiek niezwykle istotna kwestia to wyważenie wału. Kompensuje wszelkie siły powstające w czasie obrotu, a wynikające z błędów produkcji. Jak wspomniano wcześniej, wał wyrównoważany jest jako całość i poszczególne elementy są zależne od siebie. Dlatego błędem jest praktyka w której wymienia się jeden element z całego wału na pochodzący z innego egzemplarza. Błędem również  jest rozłożenie wielowypustu bez zaznaczenia jak pierwotnie był złożony. Przesunięcie o kilka ząbków względem położenia w którym wał został wyrównoważony może powodować wibracje i jeśli nie znamy prawidłowej pozycji konieczne jest ponowne wyrównoważenie wału.
Często zdarza się, że do regeneracji dostarcza nam się tylko część wału. Pozwala nam to na przeprowadzenie napraw mechanicznych niestety uniemożliwia nam to prawidłowe wyrównoważenie, którym należy zakończyć większość serwisów. Dlatego bardzo istotne jest aby do wyrównoważenia wał dostarczać kompletny. 

Częste przypadki

W praktyce zdarza spotykamy się z różnymi przypadkami awarii i napraw dokonywanych przez właścicieli i mechaników samochodowych. Poniżej kilka typowych.

Częsta wymiana podpory.

Przypadek niezwykle powszechny. Trafia do nas klient i narzeka na beznadziejną jakość dzisiejszych podpór. ..Kiedyś to na jednej podporze przejechał dziesiątki tysięcy kilometrów, a teraz to mechanik wymienia mu podporę co kilka miesięcy? Kiedy słyszymy o częstej wymianie podpory to w ciemno diagnozujemy przyczynę. Musimy tylko dopytać czy uszkodzeniu ulega łożysko czy elastyczny wkład.
Jeśli łożysko to faktycznie klient miał pecha i trafił na podporę z łożyskiem o niskiej jakości. Niestety takie sytuacje zdarzają się i to wcale nie rzadko. Przy samodzielnym zakupie podpory warto sprawdzić jakiej marki łożyska są zamontowane i wystrzegać się marek nieznanych lub no name.
Natomiast jeśli uszkodzeniu uległ elastyczny wkład (guma) to przyczyną zawsze okazuje się krzywy wał lub rzadziej rozważenie wału. Po regeneracji klient zapomina o wymianie podpór.

Wymiana krzyżaka zaciskanego metodą garażową.

Systematycznie trafiają do nas wały z krzyżakami zaciskanymi (zagniatanymi) których wymiany podjęli się mechanicy lub sami właściciele wałów. Jeden z takich wałów który po naprawie przez mechanika trafił do nas jest na zdjęciu obok. Metody napraw są przeróżne. Zagniatanie z pomocą przecinaka, spawanie krzyżaków, spawanie podkładek do krzyżaków. Pomysły są różne, jednak z góry skazane na niepowodzenie.

W przypadku krzyżaków zaciskanych przyczyną niepowodzeń są trzy różne elementy. O ile w przypadku krzyżaków mocowanych za pomocą pierścieni Segera wycentrowanie krzyżaka następuje samoistnie to w krzyżakach zaciskanych za wycentrowanie odpowiada przyrząd  zaciskający. Wykonanie tego ręcznie jest możliwe, ale jest to proces niezwykle żmudny i wymagający ogromnej  wprawy i cierpliwości.

Przyjmijmy jednak, że centrowanie krzyżaków zakończyło się sukcesem. Stajemy przed kolejnym problemem. Jak ten krzyżak unieruchomić? Używając przecinaka (zdarza się) niestety przesuniemy krzyżak i do tego nie będzie on trzymany równomiernie. Spawanie uszkodzi miseczki które są bardzo miękkie i w bardzo krótkim czasie uszkodzeniu ulegną igiełki. Przyspawanie podkładek jest już nieco lepszym pomysłem. Niestety i w tym przypadku długo nie będziemy się tym wałem cieszyli. W zamocowanych w ten sposób miseczkach bardzo szybko pojawia się luz osiowy i wał zaczyna drżeć.

Jeśli jednak udało nam się wycentrować krzyżaki. Następnie pełni wiary że się nie poluzują solidnie je przyspawamy. Staniemy przed problemem ostatecznym. Wyrównoważeniem wału. O ile w przypadku wałów z krzyżakami ustalanymi za pomocą pierścieni Segera w wielu przypadkach nie ma konieczności przeprowadzania wyważania, o tyle wały z krzyżakami zaciskanymi po każdej naprawie należy bezwzględnie wyważyć. Pomimo możliwie jak najdokładniejszego centrowania zawsze powstają odchyłki, które nawet jeśli są niewielkie przy wzroście obrotów powodują coraz większą niewywagę i w konsekwencji drgania. Niestety z tym problemem w warunkach domowych nie bardzo można sobie poradzić. Pozostaje nam tylko nadzieja, że siły występujące w wale napędowym same się będą znosiły. Jeśli to się uda, proponuję szybko zagrać w Lotto.

Reasumując, można taki wał próbować naprawić samemu, ale szanse na sukces są znikome. Wał pewnie będzie się kręcił i napędzał koła ale raczej nie da o sobie zapomnieć w trakcie jazdy. Zapewne szybko ulegnie również ponownej awarii. Jeśli podjęliśmy się taki naprawy sami to pół biedy. Niestety takie naprawy wykonują czasami mechanicy. Tutaj sprawa wygląda gorzej, ponieważ pobierają za taką usługę pieniądze. Nie są jednak takiej usługi w stanie wykonać bez specjalistycznego sprzętu, a w szczególności wyważarki do wałów napędowych (ta do kół nie wystarczy ;)). Niestety po takich nieprofesjonalnych naprawach wał jest już na tyle uszkodzony, że nie da się  go przywrócić do sprawnego działania.

Warto więc rozważyć czy nasz czas i praca warte są oszczędności, czy może lepiej skorzystać z usług profesjonalnej firmy specjalizującej się w naprawie wałów napędowych. Na zdjęciu obok widać wał który został naprawiony w naszej firmie. Uszkodzony krzyżak został wymieniony na nowy, zagniecony, a następnie wał wyrównoważono.