Kardansko vratilo

Kardansko vratilo dugačko je rotirajuće tijelo koje prenosi okretni moment motora od mjenjača smještenog naprijed do pogonske osovine na stražnjem kraju vozila, a postoji zato da premosti razmak koji nijedan pojedinačni zupčanik ili vratilo ne bi mogli savladati. Kod klasične kompozicije sa stražnjim pogonom ili pogonom na sve kotače motor i mjenjač nalaze se znatno naprijed, dok je pogonska osovina udaljena više od metra prema natrag, pa je za njihovo povezivanje potrebna čvrsta rotirajuća veza. Bez nje snaga koju proizvede motor ne bi imala kamo otići nakon što napusti mjenjač.

Mehanički gledano, kardansko vratilo šuplja je čelična ili aluminijska cijev s kardanskim zglobom na svakom kraju, a kod dužih izvedbi i sa srednjim ležajem koji ga dijeli na dva dijela. Šuplji oblik smanjuje masu i rotacijsku inerciju, a istodobno se odupire torzijskim opterećenjima koja se javljaju pri prijenosu punog okretnog momenta. Budući da je mjenjač kruto pričvršćen za karoseriju, dok se stražnja osovina diže i spušta na svojem ovjesu, vratilo mora podnositi stalne promjene i kuta i duljine; kardanski zglobovi rješavaju promjenu kuta, dok klizni ožljebljeni dio, često u izlazu mjenjača ili u kliznoj glavi, omogućuje vratilu da se teleskopski produljuje i skraćuje kako se osovina pomiče.

Praktična važnost kardanskog vratila leži u njegovoj sposobnosti da pouzdano prenosi velike količine okretnog momenta, a istodobno podnosi to neprekidno gibanje. Ono se uz to vrti velikom brzinom, pri brzini na autocesti nerijetko nekoliko tisuća okretaja u minuti, zbog čega je precizno uravnoteženje neophodno. Neuravnoteženo ili istrošeno vratilo odaje se vibracijama i dubokim brujanjem koje raste s brzinom vožnje, a propali kardanski zglob proizvodi izrazit tup udarac pri uključivanju ili isključivanju pogona.

Vrijedi razlikovati kardansko vratilo od poluvratila, što se često miješa. Kardansko vratilo jedinstveno je pogonsko vratilo koje teče uzdužno, od naprijed prema natrag, sve do diferencijala, dok su poluvratila kraća vratila koja se protežu poprečno, od diferencijala prema svakom pojedinom kotaču. Kod vozila s prednjim pogonom uzdužnog kardanskog vratila uopće nema, već samo par poluvratila, jer su mjenjač i diferencijal objedinjeni u transaksli uz bok motora.

Kardanska se vratila znatno razlikuju ovisno o kompoziciji vozila. Sportske i teretne izvedbe katkad rabe vratila od ugljičnih vlakana radi smanjenja inercije, a mnoga vozila s pogonom na sve kotače imaju dva pogonska vratila, po jedno za svaku osovinu, koja napaja razdjelna kutija. Održavanje se obično svodi na podmazivanje kardanskih zglobova ondje gdje imaju maznice te na njihovu zamjenu kad se pojavi zazor; zatvoreni se zglobovi jednostavno mijenjaju kao cjelina. Razumijevanje kardanskog vratila uz diferencijal, razdjelnu kutiju i homokinetičke zglobove na poluvratilima daje potpunu sliku o tome kako okretni moment od mjenjača pronalazi put do ceste.