Wał wzdłużny

Funkcja

Wał wzdłużny, zwany również wałem kardanowym, jest ważnym elementem układu napędu na tylne koła oraz napędu na wszystkie koła.

Jego zadaniem jest przenoszenie momentu obrotowego z zespołu silnika i skrzyni biegów do mechanizmu różnicowego osi napędowej. Ponieważ w tym przypadku konieczne jest pokonanie większych odległości między zespołami, wały wzdłużne są konstruowane nie tylko jako jednoczęściowe, ale również jako dwu- lub trzyczęściowe.

Rodzaje fal podłużnych

Wały wzdłużne mogą być wykonane z aluminium, kompozytów włóknistych lub stali. Jako elementy łączące stosuje się następujące komponenty:

• przeguby krzyżowe, zwane również przegubami Cardana
• sprzęgła elastyczne lub
• prędkoobrotowe przeguby równobieżne.

Ściągacze krzyżowe, ściśle rzecz biorąc, nie są przegubami synchronicznymi. Dlatego mogą być stosowane wyłącznie w zastosowaniach o małych kątach zgięcia.

W zależności od modelu pojazdu producenci samochodów stosują jedno-, dwu- lub trzyczęściowe wały wzdłużne z różnymi opcjami w zakresie łożysk pośrednich, elementów ślizgowych, optymalizacji zderzeniowej, tłumienia drgań i zdolności przesuwu.

• Jednoczęściowe wały napędowe Jednoczęściowy przedni wał napędowy
  jest zazwyczaj stosowany w pojazdach z napędem na wszystkie koła – przede wszystkim w lekkich pojazdach użytkowych i SUV-ach. Przenosi on moment obrotowy ze skrzyni rozdzielczej na mechanizm różnicowy przedniej osi.
• Dwuczęściowe wały wzdłużne Dwuczęściowe
  wały wzdłużne są najczęściej stosowane w pojazdach z napędem tylnym lub na wszystkie koła. W tym przypadku wał wzdłużny jest podparty w środkowej części przez łożysko pośrednie. Trzy przeguby zastosowane w tym wału są specjalnie dostosowane do danego pojazdu i jego charakterystyki zderzeniowej pod względem zmienności długości, ruchomości kątowej oraz zachowania w zakresie drgań i hałasu.
• Trzyczęściowe wały
  wzdłużne Trzyczęściowy wał wzdłużny jest coraz częściej stosowany w zaawansowanych technicznie pojazdach z napędem tylnym i na wszystkie koła, w których wymagane są doskonałe właściwości w zakresie drgań i hałasu, a wał wzdłużny musi być wkomponowany w złożoną konstrukcję podwozia pojazdu. Trzyczęściowy wał wzdłużny posiada dwa łożyska pośrednie do zamocowania do podłogi pojazdu oraz cztery przeguby szybkobieżne.

Przeguby wału i sprzęgło muszą wytrzymywać duże obciążenia wynikające z ruchu względnego między osiami a skrzynią biegów oraz z silnych obciążeń udarowych występujących w pojazdach terenowych. Dzięki podziałowi wału wzdłużnego uzyskuje się wyższą wytrzymałość na zginanie, a tym samym również wyższą wytrzymałość na prędkość obrotową.

Utrzymanie wartości

Aby zapewnić długą żywotność oraz niski poziom hałasu i drgań, wały wzdłużne muszą charakteryzować się wysoką wytrzymałością i sztywnością. Ponadto muszą być precyzyjnie wyważone i lekkie. Dlatego rury stalowe wałów wzdłużnych są coraz częściej zastępowane rurami aluminiowymi. Oprócz mniejszej wagi, wały aluminiowe charakteryzują się mniejszą podatnością na niewyważenie. W pojazdach o krótkim rozstawie osi nadal montuje się jednoczęściowe wały wzdłużne, jednak obecnie bardziej powszechne są wały dwu- lub trzyczęściowe. Ze względu na stosunkowo duże kąty ugięcia coraz częściej stosuje się przeguby homokinetyczne. Dla tych produktów opracowano wytrzymałe systemy uszczelniające, które chronią przeguby. Wały napędowe są bezobsługowe i zaprojektowane z myślą o całym okresie eksploatacji pojazdu. W ramach przeglądów zalecanych przez producenta łożyska, przeguby i wały są sprawdzane pod kątem uszkodzeń i przedwczesnego zużycia.

Wibracje powstające podczas przyspieszania lub odgłosy dochodzące z układu napędowego mogą wskazywać na zużycie przegubów bądź łożysk wału wzdłużnego – są to objawy, które wymagają wizyty w specjalistycznym warsztacie samochodowym. Mechanicy samochodowi sprawdzają wał napędowy, w tym przeguby krzyżowe, przeguby gumowe i łożysko środkowe, pod kątem zużycia i fachowo wymieniają uszkodzone elementy. Podczas wymiany wału napędowego lub jego poszczególnych części należy stosować wyłącznie części zamienne markowych producentów o jakości OE, ponieważ tylko one zapewniają trwałe prawidłowe przenoszenie momentu obrotowego i płynną pracę.

Bezpieczeństwo

Wał wzdłużny ma istotny wpływ na zachowanie pojazdu podczas zderzenia, dlatego też jest on zazwyczaj projektowany specjalnie dla danego modelu pojazdu. Zoptymalizowany pod kątem zderzeń wał wzdłużny stanowi prawdziwą innowację w dziedzinie techniki bezpieczeństwa pojazdów i charakteryzuje się przewidywalnym, progresywnym zachowaniem przy złamaniu w przypadku zderzenia. Ponadto zmniejsza ryzyko odniesienia obrażeń przez pasażerów. Zoptymalizowany wał wzdłużny zmniejsza również ryzyko, że podczas zderzenia kluczowe systemy bezpieczeństwa pojazdu staną się bezużyteczne. Wały mają zdolność pochłaniania energii: możliwe są wszystkie kombinacje, od pochłaniania niewielkich obciążeń przy niskiej energii zderzenia aż po pochłanianie dużych obciążeń przy wysokiej energii zderzenia. Osiąga się to na przykład za pomocą przegubów równobieżnych zoptymalizowanych pod kątem zderzeń, rur nakładkowych, uzębienia wzdłużnego i rur teleskopowych. Wszystkie te rozwiązania przyczyniają się do większego bezpieczeństwa i lepszych wrażeń z jazdy.

Ochrona środowiska

Nowoczesne wały wzdłużne są konstruowane w taki sposób, aby zapewnić maksymalną redukcję masy. Przyczynia się to do zmniejszenia całkowitej masy pojazdu i może obniżyć zużycie paliwa. Jednoczęściowy tylny wał wzdłużny wykonany jest na przykład z aluminium – materiału wyjątkowo lekkiego. Ponadto możliwe jest również połączenie różnych materiałów w jednym wale. Te tak zwane „materiały kompozytowe” o regulowanych właściwościach skrętnych i zginających pozwalają dodatkowo zmniejszyć masę.