кардан, карданный или универсальный шарнир, шарнирная муфта, механизм, обеспечивающий вращение двух валов под переменным углом, благодаря подвижному соединению звеньев (жёсткий К. м.) или упругим свойствам специальных элементов (упругий К. м.). К. м. назван по имени Дж. Кардано, предложившего подвес для сохранения неизменным положения тела при любых поворотах его опоры. Простым жёстким К. м. является т. н. шарнир Гука (рис. 1). Оси вращения I, II, III, IV пересекаются под углом а в неподвижной точке О центра сферы с радиусом OB = OB' = OC = OC', поэтому при любом значении угла α в пределах 0°≤ α < 90°шарниры В, B' и С, С' попарно описывают окружность того же радиуса в плоскостях, перпендикулярных осям I и II. При этих условиях передача вращения возможна с меняющимся углом α. Это свойство К. м. обусловило его широкое применение в различных машинах: летательных аппаратах, приборах, станках (шарнирная муфта), автомобилях (карданная передача), с.-х. машинах и др., когда по условиям работы необходимо изменение взаимного расположения валов, передающих вращение. Недостатком простого К. м. является неравномерность скорости вращения ведомого вала при постоянной скорости ведущего. Изменение скорости ведомого вала тем больше, чем больше угол α. При α = 90° передача вращения с помощью простого К. м. становится невозможной. В этих случаях, а также при необходимости обеспечить равномерное вращение ведомого вала целесообразно применение двойного К. м. (рис. 2), в котором углы α₁ и α₂ равны, а вилки на валу 2 расположены в одной плоскости. Если вследствие недостатка места нельзя разместить двойной К. м., используют кардан, устройство которого основано на делении угла между валами биссекторной плоскостью (рис. 3). Угол наклона валов двойных жёстких К. м. может достигать 38°. При углах наклона валов 3-5° применяют упругий К. м. (рис. 4), гибкие элементы которого выполняют из прочного эластичного материала.

Лит.: Мерцалов Н. И., Теория пространственных механизмов, М., 1951; Зиновьев В. А., Пространственные механизмы с низшими парами, М. - Л., 1952; Артоболевский И. И., Теория машин и механизмов, 2 изд., М., 1967.

Е. М. Стариков.

Рис. 1. Схема шарнира Гука: 1, 2 - вилки; 3 - крестовина; В, B' и С, C' - шарниры, I, II, III, IV - оси вращения.

Рис. 2. Схема двойного шарнира Гука: 1 - ведущий вал; 2 - промежуточный вал; 3 - ведомый вал; А, В - универсальные шарниры.

Рис. 3. Карданный механизм, действие которого основано на принципе деления угла между валами биссекторной плоскостью: 1, 5 - валы, расположенные в одной плоскости и пересекающиеся под углом; 2 - направляющий палец, устанавливающий сепаратор при изменении угла между осями валов; 3 - сепаратор; 4 - шарики, лежащие в биссекторной плоскости.

Рис. 4. Упругий карданный механизм: 1 - центрирующий шаровой палец; 2, 4 валы; 3 - гибкие элементы.

автомобиля (от имени Дж. Кардано), устройство для передачи вращения от ведущего вала к ведомому, расположенных под углом один к другому. Часто в процессе работы угол и расстояние между валами непрерывно изменяются. В автомобилях К. п. (рис. 1) применяются для соединения двигателя и коробки передач (угол до 5°), коробки передач с раздаточной коробкой (угол до 5°), коробки передач (раздаточной коробки) с главной передачей (угол до 15°), а также в др. случаях (в рулевом приводе, для привода лебёдок и т. и.). К. п. включает карданный вал с двумя (реже одним) карданами. Если карданным валом соединяются механизмы, угол и расстояние между которыми изменяются (например, коробка передач и главная передача автомобиля), предусматривается осевая компенсация в виде скользящего шлицевого соединения, допускающего изменение длины вала в заданных пределах. В зависимости от величины угла между валами в К. п. могут быть использованы полукарданы (жёсткие или упругие), полные карданы неравных угловых скоростей или карданы равных угловых скоростей. Наиболее распространены полные карданы (рис. 2), основными деталями которых являются две вилки, игольчатые подшипники, крестовина, опоры для цапф крестовины и уплотняющие устройства. Кпд одного кардана - 0,985-0,99.

Лит.: Малаховский Я. Э., Лапин А. А., Веденеев Н. К., Карданные передачи, М., 1962.

М. И. Лурье.

Рис. 1. Схема карданной передачи автомобиля: 1 - коробка передач; 2 - кардан; 3 - скользящее шлицевое соединение; 4 - карданный вал; 5 - главная передача.

Рис. 2. Полный кардан: 1 - вилка; 2 - опора для цапф крестовины; 3 - крышка; 4 - крестовина.

система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения др. тел. М. составляют основу большинства машин (См. Машина), применяются во многих приборах, аппаратах и технических устройствах. Твёрдое тело, входящее в состав М., называемое звеном, может состоять из одной или нескольких неподвижно соединённых деталей (отдельно изготовленных частей). Соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение, называется кинематической парой (См. Кинематическая пара) (см. также Кинематика механизмов). Наиболее распространённые кинематической пары: вращательная (шарнир), поступательная (ползун и направляющая), винтовая (винт и гайка), сферическая (шаровой шарнир). Если в преобразовании движения, кроме твёрдых тел (звеньев), участвуют жидкие или газообразные тела, то М. называют соответственно гидравлическим или пневматическим.

Для изучения движения звеньев М. составляется кинематическая схема, на которой указываются данные, необходимые для определения положения звеньев. На рис. 1 показан чертёж М. двигателя внутреннего сгорания и его кинематическая схема. На кинематической схеме кривошип и шатун условно представлены в виде отрезков, соединяющих центры шарниров, ползун - в виде прямоугольника, стойка О - в виде отрезка со штриховкой, изображающего направляющую ползуна, и треугольника с шарниром, имеющим неподвижную ось вращения. Для определения по кинематической схеме положения всех подвижных звеньев М. достаточно знать положение одного звена. Звено, положение которого для любого момента времени задано, называют начальным. При исследовании М. число начальных звеньев должно совпадать с числом его степеней свободы (См. Степеней свободы число), т. е. с числом независимых переменных, определяющих положения всех звеньев. М. двигателя внутреннего сгорания имеет одну степень свободы; в качестве независимой переменной для М. можно принять угол φ. В шарнирном М. с двумя степенями свободы, (рис. 2) независимыми переменными могут быть углы φ₁ и φ₂, или φ₁ и φ₃, или, наконец, φ₂ и φ₃.

М. применяется в тех случаях, когда нельзя получить непосредственно требуемое движение тел и возникает необходимость в преобразовании движения. Например, ротор электродвигателя и подшипники, в которых он вращается, не образуют М., т. к. в этом случае электроэнергия непосредственно преобразуется в требуемое движение без какого-либо промежуточного преобразования механического движения. М. появляется только тогда, когда требуется уменьшить угловую скорость выходного вала, т. е. устанавливается понижающая зубчатая передача. М. двигателя внутреннего сгорания преобразует прямолинейное движение поршня во вращательном движение коленчатого вала. М., предназначенный для преобразования вращательных или прямолинейных движений во вращательные (и наоборот), называется передаточным М., или передачей (См. Передача). В зависимости от вида звеньев различают зубчатые, рычажные, фрикционные, цепные, ремённые передачи. К этому же типу М. относятся гидро- и пневмопередачи. М., служащий для воспроизведения движения некоторой точки по заданной траектории, называется направляющим. Наибольшее распространение имеют М., воспроизводящие движение по прямой линии (прямолинейно-направляющие) и по дуге окружности (круговые направляющие). М., предназначенные для сложного перемещения твёрдого тела в пространстве или в плоскости, называются перемещающими.

В 60 - начале 70-х гг. 20 в. появились новые М., созданные для выполнения задач, связанных с космической техникой (М. для передачи вращения в вакууме, М. пространственной ориентации), медицинской техники (регулируемые аппараты, биопротезы), для работы в средах, недоступных или опасных для человека (подводные глубины, космос, атомные реакторы). Для выполнения этих работ нашли применение манипуляторы, основу которых составляют пространственные М. со многими степенями свободы. Развитие манипуляторов привело к созданию промышленных Роботов, позволяющих автоматизировать процессы обработки, монтажа и сборки изделий. См. также Машин и механизмов теория.

Лит.: Кожевников С. Н., Есипенко Я. И., Раскин Я. М., Механизмы, 3 изд., М., 1965; Артоболевский И. И., Механизмы в современной технике, т, 1-2, М., 1970-71.

И. И. Артоболевский, Н. И. Левитский.

Рис. 1. Чертёж (а) и кинематическая схема (б) механизма двигателя внутреннего сгорания; 1 - коленчатый вал (кривошип); 2 - шатун; 3 - ползун; О - стойка; φ - независимая переменная, угол поворота кривошипа.

Рис. 2. Схема шарнирного механизма с двумя степенями свободы (с двумя начальными звеньями).