Usterki wałów napędowych to bardzo częsta przypadłość kilkuletnich pojazdów użytkowych. Luzy na przegubach krzyżakowych, wielowypuście czy łożysku podporowym wymagają natychmiastowej naprawy. Poznaj budowę i rodzaje wałów napędowych w samochodach ciężarowych i dowiedz się, jak radzić sobie z ich uszkodzeniami.

Wał napędowy – co to jest?

Zadaniem wału napędowego jest przeniesienie momentu obrotowego między poszczególnymi zespołami układu napędowego. W zależności od konstrukcji układu napędowego stosuje się jeden lub kilka wałów napędowych. Wał napędowy, obok kół jezdnych i koła zamachowego silnika, to jeden z największych rotorów w pojeździe.

Bicie wału – czym grozi?

Bicie promieniowe wału wywołuje drgania, które niekorzystnie wpływają na elementy z nim współpracujące, np. skrzynię biegów, most napędowy, reduktor czy przystawkę odbioru mocy. Jeśli drgania wału są już bardzo duże, przenoszą się na pojazd, powodując odkręcanie się połączeń w pneumatycznym układzie hamulcowym lub uszkodzenia elementów elektronicznych.

Bardzo często się zdarza, że kierowca nie zgłasza problemu z biciem wału podczas przeglądu, gdyż go po prostu nie czuje. Wynika to z coraz lepszej amortyzacji kabiny oraz fotela kierowcy, które skutecznie tłumią drgania wału.

Mechanicy często nie kojarzą faktu np. częstej wymiany uszczelniacza czy łożyska w skrzyni biegów z biciem wału. Dlatego podczas przeglądu pojazdu zaleca się kontrolę wału napędowego i jego poszczególnych elementów.

Podczas przeglądu pojazdu należy skontrolować luzy wału na połączeniu przesuwnym (wielowypuście) i co 1-2 lata, w ramach profilaktyki, trzeba wał wyważyć. Jest to tańsze niż późniejsza naprawa.

Rodzaje wałów napędowych 

Istnieją różne rozwiązania wałów, co wynika z konstrukcji układu napędowego pojazdu. W tradycyjnych rozwiązaniach wały były łączone ze sobą złączami kołnierzowymi (flanszami, a łożysko podporowe umieszczano na przednim wale). W nowych rozwiązaniach (mid ship), stosowanych w pojazdach MAN (TGA), Iveco (Stralis), DAF czy Volvo, wały nie są połączone ze sobą flanszami, lecz końcówką rurową. Łożysko oporowe montowane jest na tulei połączenia przesuwnego. Dzięki takiej konstrukcji zmniejszono masę wału.

W samochodach ciężarowych i autobusach stosuje się z reguły wały rurowe z przegubami krzyżakowymi (Cardana).

Pojedynczy wał napędowy (rys. 1) składa się z :

• przegubu krzyżakowego,
• rurowego korpusu,
• połączenia przesuwnego (wielowypustu),
• złącza kołnierzowego (flanszy).

W wałach wieloczęściowych stosuje się łożysko podporowe.

Przegub krzyżakowy (Cardana)

Przegub krzyżakowy, zwany też przegubem Cardana, składa się z krzyżaka osadzonego z obu stron w widełkach za pomocą łożysk igiełkowych. Stosowane są krzyżaki bezobsługowe, które po ok. 800 tys. km trzeba wymienić na nowe, oraz krzyżaki obsługowe – wymagają smarowania co ok. 20 tys. km. Żywotność krzyżaka obsługowego jest podobna do żywotności bezobsługowego.

Ponieważ na rynku wtórnym podaż krzyżaków bezobsługowych jest mała, jest on zastępowany krzyżakiem obsługowym. W takim przypadku pojazd wymaga np. wymiany oleju silnikowego co 100 tys. km przebiegu pojazdu, ale smarowania krzyżaków co 20 tys. km  – użytkownicy często o tym zapominają.

W zależności od konstrukcji stosuje się różne sposoby mocowania krzyżaków, np. pierścieniem osadczym Segera czy obejmami metalowymi.

Mechanicy często nie wiedzą, w jaki sposób reguluje się nacisk krzyżaka, który trzeba „ścisnąć”, by sam nie miał luzów. Nowoczesne krzyżaki na dnie tulejki łożyska igiełkowego mają plastikową wkładkę i nacisk na nią trzeba regulować grubością pierścienia Segera.

Błędem mechaników podczas wymieniany krzyżaka jest wykorzystanie pierścieni Segera, które są dołączone do zestawu, bez pomiaru ich grubości. Pierścienie z zestawu mogą być za grube lub za cienkie, by zrealizować odpowiednie zaciśnięcie krzyżaka. Niewłaściwy luz na krzyżaku psuje wyrównoważenie wału. Za gruby pierścień Segera trzeba więc przeszlifować na szlifierce do płaszczyzn. Gdy luz jest właściwy, krzyżak powinien pod własnym ciężarem lekko opadać.

Drugim często popełnianym błędem jest sposób wymiany krzyżaka, który często zapieka się w uszach widełek. Wybijając krzyżak młotkiem czy wyciskając go prasą, można doprowadzić do zgięcia ucha widełek, co prowadzi do utraty geometrii. Wówczas krzyżak i widełki są do wyrzucenia. Nawet jeśli uda się zamontować krzyżak w wygiętym uchu, nie pracuje on płynnie.

W wałach bardzo zużytych demontaż krzyżaka nie jest możliwy bez uszkodzenia jego elementów. Jedyną metodą jest wówczas obcięcie go palnikiem. W przypadku pracy wału z uszkodzonym łożyskiem krzyżaka, nastąpi wybicie ucha, co kwalifikuje wał do naprawy.

Korpus wału (rura)

W wałach pojazdów ciężarowych stosuje się stalowe rury bezszwowe. Elementy przyspawane do obu końców rury muszą być dokładnie wycentrowane, ale kluczową rolę odgrywa sam spaw. Z reguły stosuje się spawy maszynowe.

W wyniku wystąpienia znacznych obciążeń, zwłaszcza w pojazdach budowlanych, rura wału może ulec skręceniu, co kwalifikuje wał do naprawy. W pojazdach marki Scania celowo stosuje się cieńszą rurę, która działa jak bezpiecznik zabezpieczający przed uszkodzeniem skrzyni biegów lub mostu napędowego.

Połączenie przesuwne (wielowypust)

Jeśli wał umieszczony jest między elementami mogącymi zmieniać swoje położenie, np. między skrzynią biegów, a mostem napędowym, jego długość też powinna się zmieniać.

Do kompensacji długości wału stosuje się wielowypustowe połączenie przesuwne. Połączenie wielowypustowe może mieć zarys prostokątny lub ewolwentowy. Zarys ewolwentowy zapewnia lepszy kontakt współpracujących ze sobą powierzchni i uważany jest za cichy. Połączenie wielowypustowe wyposażone jest w specjalną wkładkę polimerową, którą pokryty jest wałek albo tuleja. Dzięki temu nie wymaga smarowania i pracuje ciszej.

Połączenie przesuwne wymaga okresowego pomiaru luzu czujnikiem zegarowym między rurą a częścią przesuwną. Luz sprawdza się poruszając wałem skrętnie i w poziomie (rys. 3). Dopuszczalny luz dla wału średniej wielkości wynosi 0,17 mm. W praktyce, jeśli wyczuje się jakikolwiek luz na połączeniu przesuwnym, wał trzeba naprawiać. Jeśli połączenie przesuwne przestaje działać, np. z powodu uszkodzenia wielowypustu, może dojść do rozerwania mostu czy uszkodzenia skrzyni biegów w wyniku dużych sił działających między tymi elementami.

Złącza kołnierzowe (flansze)

Flansze, znajdujące się na końcach wału, mają znormalizowane wymiary i występują w kilku rodzajach: DIN, SAE lub KV. W starszych modelach Scanii i DAF-a stosowano flasze strzemiączkowe. We flanszach typu DIN moment obrotowy jest przekazywany przez połączenie typu ciernego, a odpowiedni docisk współpracujących flansz zapewniają śruby.

Obecnie coraz popularniejsze są flansze typu KV, w których moment obrotowy jest przenoszony przez czołowe uzębienie nacięte na powierzchni czołowej. Śruby są elementami ustalającymi połączenie. Typowe uszkodzenia flansz powstają z powodu dokręcania śrub z niewłaściwym momentem.

Łożysko podporowe

Pełni ono rolę dodatkowej podpory w wałach wieloczęściowych. Łożysko podporowe składa się z jedno-lub dwurzędowego łożyska kulkowego, którego zewnętrzna bieżnia osadzona jest w obudowie przytwierdzonej do ramy pojazdu w sposób sztywny. Najczęstszym uszkodzeniem łożysk podporowych jest ich zacieranie się. W nowoczesnych wersjach łożyska podporowe są bezobsługowe.

Profilaktyczna kontrola wałów napędowych obniża koszty późniejszych napraw. Na rynku oferowanych jest wiele tanich zamienników wałów produkcji chińskiej, tureckiej czy indyjskiej. Większość z nich jest bardzo niskiej jakości.

Warto też pamiętać, że przy każdej naprawie skrzyni biegów czy mostu napędowego oraz podczas jakiejkolwiek ingerencji w konstrukcję wału, np. po wymianie krzyżaków czy łożyska podporowego, należy wał wyrównoważyć. Przeprowadza się to na specjalnej wyważarce. Z tego powodu naprawy wałów napędowych warto powierzyć wyspecjalizowanym warsztatom wyposażonym w niezbędne urządzenia.