Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей
Синхронные карданные передачи
Карданные передачи с шарнирами
равных угловых скоростей
Передние ведущие колеса полноприводных и переднеприводных автомобилей являются одновременно и управляемыми, т. е. должны поворачиваться, что требует применения между колесом и полуосью шарнирного соединения.
Карданные шарниры неравных угловых скоростей передают вращение циклически и приемлемо работают лишь при небольших значениях углов между валами, поэтому не могут удовлетворять требованиям равномерности передаваемого вращательного движения. В приводе ведущих управляемых колес крутящий момент должен передаваться с равномерной скоростью к колесам, поворачивающимся относительно продольной оси автомобиля на угол 40…45˚.
Выполнение таких условий могут обеспечить карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС). Иногда их называют синхронными карданными передачами.
В переднеприводном автомобиле обычно используются два внутренних шарнира равных угловых скоростей, кинематически связанные с коробкой передач, и два внешних шарнира, которые крепятся к колесам. В обиходе такие шарниры обычно называют «гранатами».
До середины прошлого века в конструкциях автомобилей часто встречались спаренные карданные шарниры неравных угловых скоростей. Такая конструкция получила название сдвоенного карданного шарнира. Сдвоенный шарнир отличался громозкостью и усиленным износом игольчатых подшипников, поскольку при прямолинейном движении автомобиля иглы подшипников не проворачивались и линии их контакта с обоймой и крестовиной подвергались воздействию значительных контактных напряжений, что приводило к износу и даже сплющиванию игл.
В настоящее время такие подшипники в конструкциях автомобилей встречаются редко.
Равенство угловых скоростей ведущего и ведомого валов будет соблюдено только в том случае, если точки контакта в шарнире, через которые пересекаются окружные силы, будут находиться в биссекторной плоскости, делящей угол между валами пополам. Конструкции всех карданных шарниров равных угловых скоростей основаны на этом принципе.
***
Шариковые шарниры равных угловых скоростей
Наибольшее применение получили шариковые карданные шарниры равных угловых скоростей. Среди них наиболее часто в конструкциях отечественных автомобилей можно встретить шарниры с делительными канавками типа «Вейс».
Эту конструкцию в 1923 году запатентовал немецкий изобретатель Карл Вейс. Шарниры Вейса широко применяются в разборном и неразборном вариантах на отечественных автомобилях марок «УАЗ», «ГАЗ», «ЗиЛ», «МАЗ» и некоторых других. Шарнирные сочленения типа «Вейс» технологичны и дешевы в производстве, позволяют получать угол между валами до 32°, однако срок их службы ограничен 30…40 тыс. км пробега из-за высоких контактных напряжений, возникающих при работе.
Разборный шарнир (рис. 1) устроен следующим образом. Валы 1 выполнены заодно с кулаками 2 и 5, в которых вырезаны четыре канавки 3. В собранном виде кулаки располагаются в перпендикулярных плоскостях, а между ними в канавки 3 устанавливаются четыре шарика 7.
Для центрирования кулаков в отверстие, выполненное в одном из них, устанавливается штифт 6 с центрирующим шариком 4. От осевого перемещения штифт фиксируется другим штифтом 6, расположенным радиально.
Средние линии канавок 3 нарезаны так, что шарики 7, передающие усилия, располагаются в биссекторной (биссекториальной) плоскости между валами. В передаче усилия участвуют только два шарика, что создает высокие контактные напряжения и сокращает срок службы шарнира. Два других шарика передают крутящий момент при движении автомобиля задним ходом.
В других конструкциях контактные напряжения уменьшаются путем увеличения числа шариков, одновременно участвующих в работе, что неизбежно приводит к усложнению шарниров.
Детали шарикового шарнира «Рцеппа» (рис. 1, б) располагаются в чашке 8, которая во внутренней части имеет шесть сферических канавок для установки шести шариков 7. Такие же канавки имеет и сферический кулак 10, в шлицевое отверстие которого входит ведущий вал карданной передачи. Шарики в одной биссекторной плоскости устанавливаются делительным устройством, состоящим из сепаратора 9, направляющей чашки 11 и делительного рычажка 12.
Рычажок имеет три сферические поверхности: концевые входят в гнезда ведущего и ведомого валов, а средняя – в отверстие направляющей чашки 11. Рычажок к ведущему валу прижимается пружиной 13. Длины плеч рычажка таковы, что при передаче момента под углом он поворачивает направляющую чашку 11
Шарнир типа «Рцеппа» технологически сложен, однако он компактнее шарнира с делительными канавками, и может работать при углах между валами до 40°. Поскольку усилие в этом шарнире передается всеми шестью шариками, он обеспечивает передачу большого крутящего момента при малых размерах. Долговечность шарнира «Рцеппа» достигает 100–200 тыс. км.
Еще один шариковый карданный шарнир типа «Бирфильд» представлен на рисунке 1, в. Он состоит из чашки 8, сферического кулака 10 и шести шариков 7, размещенных в сепараторе 9. Сферический кулак 10 надевается на шлицованную часть ведущего вала 16 и стопорится кольцом 14. От попадания грязи во внутреннюю полость шарнир защищен защитным резиновым чехлом 15.
Все сферические поверхности деталей шарнира выполнены по разным радиусам, а канавки имеют переменную глубину. Благодаря этому при наклоне одного из валов шарики выталкиваются из среднего положения и устанавливаются в биссекторной плоскости, что обеспечивает синхронное вращение валов.
Шарниры типа «Бирфильд» имеют высокий КПД, долговечны, и могут работать при углах до 45˚. Поэтому они широко применяются в приводе управляемых колес многих переднеприводных легковых автомобилей в качестве наружного шарнира, или, как его еще называют — наружной «гранаты».
Основной причиной преждевременного разрушения шарнира является повреждение эластичного защитного чехла. По этой причине автомобили высокой проходимости часто имеют уплотнение в виде стального колпака. Однако это приводит к увеличению габаритов шарнира и ограничивает угол между валами до 40°.
При использовании шарнира типа «Бирфильд» на внутреннем конце карданной передачи необходимо устанавливать шарнир равных угловых скоростей, способный компенсировать изменение длины карданного вала при деформации упругого элемента подвески.
Такие функции совмещает в себе универсальный шестишариковый карданный шарнир типа «ГКН» (GKN).
Осевое перемещение в шарнирах типа GKN обеспечивается перемещением шариков по продольным канавкам корпуса, при этом, требуемая величина перемещения определяет длину рабочей поверхности, что влияет на размеры шарнира. Максимальный допустимый угол наклона вала в данной конструкции ограничивается 20°.
При осевых перемещениях шарики не перекатываются, а скользят в канавках, что снижает КПД шарнира.
В конструкциях современных легковых автомобилей иногда встречаются карданные шарниры типа «Лебро» (Loebro), которые, как и шарниры GKN обычно устанавливаются на внутреннем конце карданной передачи, поскольку способны компенсировать изменение длины карданного вала.
Шарниры «Лебро» отличаются от шарниров GKN тем, что канавки в чашке и кулаке нарезаны под углом 15-16° к образующей цилиндра, а геометрия сепаратора правильная — без конусов и с параллельными наружной и внутренней сторонами.Такой шарнир имеет меньшие габариты, чем другие шестишариковые шарниры, кроме того, сепаратор его менее нагружен, поскольку не выполняет функции перемещения шариков в кулаках.
Принципиальное устройство этих шариковых шарниров представлено на рисунке 2.
Привод передних колес автомобиля ВАЗ-2110
Привод передних колес автомобиля ВАЗ-2110 (рис. 3) состоит из вала 3 и двух карданных шарниров 1 и 4 равных угловых скоростей. Вал 3 привода правого колеса выполнен из трубы, а левого колеса – из прутка. Кроме того, валы имеют разную длину. На вал надевается защитный чехол 6, а затем шарнир в собранном виде со смазочным материалом фиксируется от осевого перемещения стопорным кольцом 5. Защитные чехлы крепятся хомутами
Внутренний шарнир (внутренняя «граната) 1, который вязан с дифференциалом, является универсальным, т. е. кроме обеспечения равномерного вращения валов под изменяющимся углом он позволяет увеличивать общую длину привода, что необходимо для перемещения передней подвески и силового агрегата. Происходит это потому, что внутренняя поверхность корпуса шарнира 1 имеет цилиндрическую форму, и канавки в ней нарезаны продольно, это позволяет внутренним деталям шарнира перемещаться по продольным канавкам в осевом направлении.
***
Кулачковые шарниры равных угловых скоростей
На автомобилях средней и большой грузоподъемности марок «КамАЗ», «Урал», «КрАЗ» карданные передачи в приводе передних колес работают под большим крутящим моментом. Шариковые шарниры не могут передавать больших крутящих моментов из-за возникновения значительных контактных напряжений и ограничения по удельному давлению шариков на канавки. Поэтому в них применяют кулачковые карданные шарниры ( рис. 1, г). Аналогичные шарниры иногда устанавливают на переднеприводные автомобили марки «УАЗ».
Кулачковый карданный шарнир равных угловых скоростей (рис. 1, г) состоит из двух вилок 18 и 20, которые вставлены в кулаки 2 и 5 с пазами; в эти пазы входит диск 19. При передаче крутящего момента и вращения от ведущего вала 17 на ведомый вал при повернутом колесе каждый из кулаков 2 и 5 поворачивается одновременно относительно оси паза вилки в горизонтальной плоскости и относительно диска 19 в вертикальной плоскости.
Оси пазов вилок лежат в одной плоскости, которая проходит через среднюю плоскость диска. Эти оси расположены на равных расстояниях от точки пересечения осей валов и всегда перпендикулярны осям валов, поэтому точка их пересечения всегда располагается в биссекторной плоскости.
Такой карданный шарнир требует повышенного внимания к смазыванию, так как для его деталей характерно трение скольжения, вызывающее значительный нагрев и изнашивание трущихся поверхностей. Трение скольжения между контактирующими поверхностями приводит к тому, что кулачковый шарнир имеет самый низкий КПД из всех шарниров равных угловых скоростей. Однако он способен передавать значительный крутящий момент.
Еще один тип кулачкового шарнира равных угловых скоростей — шарнир «Тракта» (на рисунке), состоящий из четырех штампованных деталей: двух втулок и двух фасонных кулаков, трущиеся поверхности которых подвергаются шлифованию.
Если разделить по оси симметрии кулачковый карданный шарнир, то каждая часть будет представлять собой карданный шарнир неравных угловых скоростей с фиксированными осями качания. В такой конструкции тоже возникают значительные силы трения скольжения, снижающие КПД шарнира.
***
Трехшиповые шарниры равных угловых скоростей
В трехшиповом шарнире (на рисунке) крутящий момент от ведущего вала передают три сферических ролика, которые установлены на радиальных шипах, жестко связанных с корпусом шарнира ведомого вала. Шипы относительно друг друга располагаются под углом 120˚. Сферические ролики чаще всего устанавливаются на шипы посредством игольчатых подшипников.
Ведущий вал имеет трехвальцевую вилку, в цилиндрические пазы которой входят ролики. При передаче крутящего момента между несоосными валами ролики перекатываются со скольжением вдоль пазов и одновременно скользят в радиальном направлении относительно шипов. Предельный угол между осями валов до 40˚.
Особенностью трехшипового шарнира является то, что в отличие от шариковых шарниров передача момента от ведущих элементов на ведомые происходит не в биссекторной плоскости, а в плоскости, проходящей через оси шипов. Равенство частот вращения ведущего и ведомого валов обеспечивается при любом взаиморасположении их осей.
***
Мосты автомобилей
k-a-t.ru
Устройство карданной передачи | Карданная передача
Трансмиссия полноприводной колесной машины включает в себя несколько карданных передач с карданными шарнирами неравных угловых скоростей, а также карданные передачи с карданными шарнирами равных угловых скоростей, которые устанавливаются в приводе управляемых ведущих колес.
Рассмотрим устройство основных частей карданных передач. Карданный шарнир неравных угловых скоростей состоит из двух вилок — 1 и соединенных крестовиной 3. Одна из вилок иногда имеет фланец, а другая приварена к трубе карданного вала или имеет шлицевой наконечник 6 (или втулку) для соединения с карданным валом. Шипы крестовины устанавливаются в проушины обеих вилок на игольчатых подшипниках 7. Каждый подшипник размещается в корпусе 2 и удерживается в проушине вилки крышкой, которая присоединена к вилке двумя болтами, стопорящимися усиками шайбы. В отдельных случаях подшипники закрепляются в вилках стопорными кольцами. Для удержания смазки в подшипнике и защиты его от попадания воды и грязи имеется резиновый самоподжимной сальник. Внутренняя полость крестовины через масленку заполняется смазкой, поступающей к подшипникам. В крестовине обычно имеется предохранительный клапан, защищающий сальник от повреждения под действием давления нагнетаемой в крестовину смазки. Шлицевое соединение 6 смазывается с помощью масленки 5.
Максимальный угол между осями валов, соединенных карданными шарнирами неравных угловых скоростей, обычно не превышает 20°, так как при больших углах значительно снижается КПД карданных передач. Если угол между осями валов изменяется в пределах 0 …2%, то шипы крестовины деформируются иглами подшипников, и карданный шарнир быстро разрушается.
Рис. Детали карданного шарнира неравных угловых скоростей
В трансмиссиях быстроходных гусеничных машин часто применяются карданные передачи с карданными шарнирами типа зубчатых муфт, допускающими передачу вращающего момента между валами, оси которых пересекаются под углом до 1,5… 2°.
Карданные валы выполняют, как правило, трубчатыми, для чего применяют специальные стальные цельнотянутые или сварные трубы. К трубам приваривают вилки карданных шарниров, шлицевые втулки или наконечники. Для уменьшения поперечных нагрузок, действующих на карданный вал, осуществляют его динамическую балансировку в сборе с карданными шарнирами. Дисбаланс устраняют приваркой к карданному валу балансировочных пластин, а иногда установкой балансировочных пластин под крышки подшипников карданных шарниров. Взаимное положение деталей шлицевого соединения после сборки и балансировки карданной передачи на заводе обычно отмечается специальными метками.
Компенсирующее соединение карданной передачи обычно выполняют в виде шлицевого соединения, допускающего осевое перемещение деталей карданной передачи и состоящего из шлицевого наконечника, который входит в шлицевую втулку карданной передачи. Смазку вводят в шлицевое соединение из масленки или при сборке закладывают смазку, которую заменяют после длительного пробега ТС. Для защиты шлицевого соединения от вытекания смазки и загрязнения обычно устанавливают сальник и чехол.
При большой длине карданных валов в карданных передачах обычно применяют промежуточные опоры. Промежуточная опора, как правило, представляет собой прикрепленный болтами к поперечине рамы кронштейн, в котором установлен в резиновом упругом кольце шариковый подшипник, закрытый с обеих сторон крышками с сальниками и устройством для его смазывания. Наличие упругого резинового кольца позволяет компенсировать неточности сборки и перекосы подшипника, возможные при деформациях рамы ТС.
Карданный шарнир равных угловых скоростей шарикового типа с делительными канавками состоит из двух вилок, пяти шариков, штифта и стопорной шпильки. Ведущая вилка изготавливается как единое целое с полуосью 6, а ведомая вилка — с приводным валом 23 колеса. В каждой вилке 3 и 4 (рис. а) выполнено по четыре канавки, в них устанавливаются четыре ведущих (боковых) шарика 7, через которые и передается вращение от одной вилки к другой. При любом угле между валами боковые шарики в канавках вилок находятся в плоскости, делящей этот угол пополам, благодаря чему вращение от ведущего вала к ведомому передается равномерно. Центральный (пятый) шарик 2 помещается между торцами вилок и обеспечивает их центрирование. Для возможности установки ведущих шариков в канавки вилок центральный шарик имеет лыску с отверстием, которым он при сборке карданного шарнира устанавливается против вставляемого бокового шарика. После сборки карданного шарнира центральный шарик фиксируется в определенном положении штифтом 6, закрепляемым стопорной шпилькой 5 в отверстии ведомой вилки.
Рис. Детали карданных шарниров равных угловых скоростей:
а — шариковый; б — кулачковый; 1 — ведущие (боковые) шарики; 2 — центральный шарик; 3, 4, 7, 11 — вилки; 5 — шпилька; 6 — штифт; 8, 10 — кулачки; 9 — диск
Карданные шарниры такой конструкции могут работать при углах между валами до 30…35°. Их недостатками являются необходимость точной фиксации валов в осевом направлении, а также высокие давления на контактных поверхностях, что снижает их долговечность и ограничивает применение таких карданных шарниров на полноприводных колесных машинах большой грузоподъемности. На них в приводе управляемых ведущих колес устанавливают карданные шарниры равных угловых скоростей шарикового типа с делительным рычажком или кулачковые, а также сдвоенные карданные шарниры неравных угловых скоростей.
На рисунке б показано устройство кулачкового карданного шарнира равных угловых скоростей, устанавливаемого в приводе управляемых ведущих колес автомобилей КамАЗ, «Урал» и др.
В вилках 7 и 11, связанных с валами (полуосями) привода колеса, могут поворачиваться кулачки 8 и 10, которые шарнирно соединяются между собой диском 9, входящим в их вырезы (пазы). При передаче вращения, когда валы привода расположены под углом (поворот управляемых колес), каждый из кулачков 8 и 10 поворачивается одновременно относительно вилки и реи диска. Оси отверстий вилок лежат в одной плоскости и совпадают со средней плоскостью диска 9. Эти оси расположены на равных расстояниях от точки пересечения осей валов и всегда перпендикулярны валам, поэтому точка их пересечения при любом положении вилок располагается в биссекторной плоскости. Вал внутренней вилки 11 шлицами соединяется с полуосевой шестерней дифференциала, а вал наружной вилки 7 — со ступицей колеса.
Кулачковые карданные шарниры могут работать при углах поворота до 50°. Благодаря большой контактной поверхности деталей, через которые передаются усилия, кулачковый карданный шарнир имеет небольшие размеры. Их основной недостаток — более низкий, чем у карданных шарниров, КПД и как следствие сильный нагрев при работе.
Карданные валы и вилки изготавливаются из углеродистой, а крестовины — из хромистой и хромоникелевой сталей. Для смазывания карданных передач применяется трансмиссионное масло (нигрол).
ustroistvo-avtomobilya.ru
Карданная передача.
Карданная передача
Общие сведения о карданных передачах
Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента от одного агрегата к другому в случае, когда оси их валов не совпадают и могут менять свое расположение, а также при значительном удалении одного агрегата от другого. В некоторых технических источниках информации вместо термина «карданная передача» употребляется термин «промежуточная передача».
Свое название карданная передача получила от имени итальянского математика, инженера, философа, медика и астролога Джероламо Кардано (1501-1576). В отдельных источниках Кардано считается изобретателем карданного вала, по крайней мере, он первым подробно описал конструкцию и работу этого механизма.
Тем не менее, по утверждению других источников, механизм аналогичный карданному валу был известен задолго до Д. Кардано, и упоминался ещё великим Леонардо да Винчи. Сейчас сложно спорить об авторстве изобретения, однако одно бесспорно — Д. Кардано был первым, кто подробно описал устройство карданного вала в технической литературе.
В среде технических специалистов, механиков и водителей карданную передачу обычно называют карданный вал или просто — кардан. Карданные валы с шарнирами равных угловых скоростей чаще называют ШРУСами, а их шарниры — «гранатами».
Характерным примером применения карданной передачи является силовое соединение коробки передач с ведущим мостом автомобиля (рис. 2). Так как мост связан с несущей системой (рамой) через упругие элементы подвески, при движении автомобиля он может перемещаться относительно рамы в вертикальном направлении, тогда как коробка передач закреплена на раме неподвижно.
Кроме того, при вертикальном перемещении моста относительно рамы (и, соответственно, коробки передач), расстояние между соединяемыми агрегатами постоянно изменяется. В таких условиях жесткое соединение агрегатов невозможно.
С помощью карданной передачи осуществляется подвод крутящего момента от коробки перемены передач (КПП) или раздаточной коробки к ведущим мостам, к ведущим управляемым колесам, а также к механизмам дополнительного оборудования автомобиля.
На некоторых автомобилях с помощью карданной передачи осуществляется связь рулевого колеса с рулевым механизмом. Особенно удобна такая конструкция рулевого привода для автомобилей с откидной кабиной, позволяющая без каких-либо манипуляций с рулевой колонкой поднимать кабину для доступа к двигателю и его системам.
***
Классификация карданных передач
Карданные передачи, устанавливаемые между элементами (агрегатами) трансмиссии, называются основными, а карданные передачи, передающие крутящий момент каким-либо другим агрегатам или дополнительному оборудованию, называются вспомогательными.
В зависимости от числа валов привода ведущих колес различают одноприводную карданную передачу и многоприводную (рис. 1 ).
Если карданная передача располагается внутри какого-либо защитного элемента, например кожуха или балки моста, то она называется закрытой. Большинство карданных передач привода ведущих мостов не имеет специальной защиты и являются открытыми.
Карданная передача (рис. 2) состоит из карданных валов 2, карданных шарниров 1 и шлицевого компенсирующего соединения 4, которое обеспечивает изменение длины карданного вала при изменении расстояния между соединяемыми агрегатами.
С целью уменьшения длины валов на некоторых автомобилях применяется составная карданная передача, состоящая из двух валов. В этом случае один из валов передачи устанавливается на поддерживающей промежуточной опоре (опора кардана — рис. 2,б поз. 3).
Наиболее ответственными элементами карданных передач являются карданные шарниры. Они обеспечивают передачу крутящего момента между валами, оси которых пересекаются под углом. Относительный угол наклона валов карданной передачи, в зависимости от конструкции шарниров, может достигать 45˚.
По кинематике карданные шарниры делятся на две группы – шарниры неравных угловых скоростей и шарниры равных угловых скоростей (рис. 3).
На некоторых автомобилях применяются упругие полукарданные шарниры для передачи крутящего момента между валами, расположенными под небольшим углом, например, упругая муфта Гуибо (Guibo).
Муфта Гуибо представляет собой предварительно сжатый шестигранный упругий элемент, к которому вулканизацией прикреплены металлические вкладыши. С двух сторон к муфте посредством вкладышей крепятся фланцы ведущего и ведомого валов. На иллюстрации в верхней части страницы муфта Гуибо изображена между карданными валами.
Муфта Гуибо применяется чаще всего в дополнение к шарнирной карданной передаче. Иногда такой тип промежуточных передач относят к эластичным соединениям, представляющим отдельную классификационную группу.
Дальнейшая классификация карданных передач связана с конструкцией шарниров равных угловых скоростей, которые в настоящее время очень разнообразны по устройству и инженерным решениям, и продолжают совершенствоваться.
***
Карданные передачи с шарнирами неравных угловых скоростей
k-a-t.ru
Карданный привод. Шарнирные валы
Для передачи крутящего момента между валами, расположенными один относительно другого под углом, изменяющимся в процессе работы, в технике часто применяют карданные шарниры. Свое название они получили по фамилии итальянского ученого Д. Кардано, впервые создавшего такое сочленение. Благодаря простоте, надежности, малой массе, высокому КПД и долговечности они широко используются в трансмиссии автомобилей. Но карданное сочленение, называемое еще шарниром Гука (по имени механика, его усовершенствовавшего), имеет и существенный недостаток. Это несинхронность вращения — неравенство угловых скоростей ведущего и ведомого элементов.
При постоянном числе оборотов ведущего элемента этого шарнира угловая скорость ведомого меняется циклически: каждую четверть оборота она то растет, то замедляется. Такое чередование создает дополнительные инерционные пульсирующие нагрузки в соединяемых деталях. Резко возрастая с увеличением числа оборотов валов, соединенных шарниром, увеличением угла между ними, эти дополнительные нагрузки могут многократно превысить нагрузки от передачи крутящего момента, на которые рассчитан узел. Под их воздействием убыстряется износ шарниров. Вот почему простые карданные сочленения используют главным образом, когда угол между ведомым и ведущим элементами не превышает 7-8° и динамические нагрузки еще невелики.
С появлением машин с независимой подвеской колес, автомобилей повышенной проходимости, а также с передними ведущими колесами («За рулем», 1982, № 2) понадобилось связывать между собой валы, углы между которыми могут достигать 30-40°. Естественно, такой шарнир должен обеспечивать синхронность передачи вращения, чтобы быть достаточно долговечным.
Первые конструкции синхронных сочленений, называемых также шарнирами равных угловых скоростей (по-латыни — «томокинетическими»), были созданы посредством спаривания простых карданных шарниров и поэтому получили название сдвоенных. Принцип их действия таков: частота вращения валов на входе и выходе шарнира будет равной, если внутренние вилки двух последовательно соединенных шарниров лежат в одной плоскости, а угол между осями вилок одинаков. Иными словами, точка, где пересекаются оси вилок, должна лежать на биссектрисе угла, который они образуют. Два простых шарнира соединяются либо непосредственно, либо через промежуточное (его называют делительным) звено, внутри которого есть центрирующее устройство. Назначение последнего — постоянно делить пополам угол между осью внутренней сдвоенной вилки и наружными вилками.
Сдвоенный шарнир может работать при углах между валами до 40°. Его достоинство — отсутствие кожухов для удержания смазки, недостаток — сравнительно небольшой пробег: не выше 50 тысяч километров. Сдвоенные шарниры в свое время нашли применение на автомобилях ряда французских фирм, а также на наших МАЗ-501, МАЗ-502 , МАЗ-509.
Дальнейшим развитием этой конструкции стал кулачковый шарнир фирмы «Тракта» (рис. 1). Вилки 1 и 17, изготовленные заодно с валами, соединяются в нем через два фигурных кулачка 3. При работе сочленения кулачки смещаются один относительно другого в горизонтальной плоскости, а вилки — в вертикальной по канавкам соответствующего кулачка. Между собой кулачки соединены в шип. Все детали шарнира заключены в корпусе, постоянно задающем такое взаимное положение вилок, при котором точка, где пересекаются оси валов, всегда лежит на биссектрисе угла между ними. В связи с тем, что кулачки шарнира при поворотах занимают разные положения относительно других его частей, возникает циклический дисбаланс, который на высоких оборотах может ускорить износ шарнира. Поэтому сочленение «Тракта» применяют преимущественно на грузовиках повышенной проходимости, где шарниры работают с меньшей скоростью.
Разновидностью кулачкового шарнира является кулачково-дисковый (рис. 2), устанавливаемый, в частности, на автомобилях «Урал-4320» , КрАЗ-255Б. Он состоит из связанных с ведущим и ведомым валами вилок 1 и 17, а также вставленных в них цилиндрических кулачков 3. В их пазы входит диск 6, передающий вращение от ведущей вилки ведомой. При работе каждый из кулачков поворачивается одновременно относительно вилки и оси диска. В вертикальной плоскости вилки поворачиваются вокруг кулачков, а в горизонтальной — вместе с ними вокруг диска, так как ось паза в кулачке перпендикулярна оси его внешней цилиндрической поверхности. Оси отверстий вилок лежат в одной плоскости, которая совпадает со средней плоскостью диска. Они расположены на равных расстояниях от точки, где пересекаются оси валов, и всегда перпендикулярны им. Точка пересечения осей отверстий при любом положении вилок располагается в биссекторной плоскости, то есть плоскости, делящей угол между вилками пополам.
Благодаря большой контактной поверхности деталей, воспринимающих усилия, кулачково-дисковый, как и всякий кулачковый шарнир, имеет компактные размеры. Он особенно удобен на грузовых автомобилях, где нужно передавать большой крутящий момент. Основной недостаток конструкции в том, что сопряженные детали работают в условиях трения скольжения. Это приводит к повышенному нагреву всего узла и снижает его КПД. Однако при хорошей смазке износостойкость и надежность работы этих шарниров вполне удовлетворительны. Максимальный угол, при котором может работать сочленение, 45-50°.
Поиски путей повышения КПД и срока службы привели к разработке синхронных шарниров, в которых крутящий момент передается посредством шариков, всегда лежащих в биссекторной плоскости.
Первой конструкцией такого рода явился шариковый шарнир «Бендикс-Вейсс» (рис. 3), который работоспособен при углах между валами до 40°. Валы 1 и 17 оканчиваются вилками (их называют также кулаками), на внутренней поверхности которых во взаимно перпендикулярных плоскостях выполнены четыре канавки полукруглого профиля. В местах, где перекрещиваются канавки двух вилок, расположено по одному шарику 8.
Средние линии канавок представляют собой окружности одинакового радиуса, центры которых лежат на соответствующих вилках и равноудалены от центра всего шарнира. При вращении эти линии образуют две сферические поверхности, пересекающиеся одна с другой по окружности, которая и является траекторией движения шариков. Благодаря симметричному расположению канавок в обеих вилках центры шариков всегда находятся в биссекторной плоскости, чем и достигается равномерность вращения валов. Однако даже небольшое осевое перемещение одной вилки относительно другой вызывает из
petroel.ru
Карданная передача
Карданная передача Карданная передача служит для передачи крутящего момента от коробки передач к раздаточной коробке и от нее к ведущим мостам. Коробка передач вместе с двигателем, а также раздаточная коробка крепятся к раме через резиновые подушки, а ведущие мосты соединяются с рамой через рессоры. При изменении нагрузки или при движении по неровным дорогам расстояние и углы между этими агрегатами изменяются. Карданная передача позволяет надежно передавать крутящий момент в этих условиях.
На современных автомобилях устанавливают открытые карданные передачи с шарнирами неравных угловых скоростей. На рассматриваемых автомобилях карданная передача состоит из основного карданного вала 18 (рис.115), вала привода промежуточного (среднего) моста 19, вала привода заднего моста 20, вала привода переднего моста. Устройство карданных валов различных марок автомобилей практически одинаково, отличие состоит в размерах и формах отдельных деталей.
Рис. 115. Карданная передача: 1 — вилка-фланец; 2 — крышка подшипника; 3 — стопорная пластина: 4 — игольчатый подшипник; 5 — крестовина; 6 — защитная муфта; 7 — обойма сальника; 8 — вал; 9 — глухая вилка; 10 — стакан; 11-иголка подшипника; 12 — сальник; 13 — шлицованная втулка; 14 -скользящая вилка; 15 -балансировочная пластина; 16 — торцевое уплотнение; 17 — вал привода переднего моста; 18 — основной вал; 19 — вал привода среднего моста; 20 — вал привода заднего моста.
Карданный вал представляет тонкостенную трубу, на концах которой установлены карданные шарниры. На одном конце трубы приварена вилка 9, на втором — шлицевая втулка 13, в которую вставляется скользящая вилка 14. Шлицевое соединение позволяет изменять длину вала. Смазка, закладываемая в это соединение, удерживается заглушкой и уплотнительными кольцами, расположенными в навинчивающейся обойме 7.
Карданный шарнир состоит из двух вилок 1 и 14, крестовины 5, четырех игольчатых подшипников 4 со стаканами, деталей крепления и уплотнения подшипников. Одна вилка шарнира приварена к трубе или изготовлена заодно со шлицевым наконечником, вторая изготовлена заодно с фланцем, которым вал крепится к агрегату.
Крестовина имеет четыре шипа под игольчатые подшипники» а внутри отверстия для смазки. Подшипники расположены в стаканах, которые надеваются на каждый шип крестовины. Стакан устанавливается в отверстие вилки и удерживается крышкой 2. выступом; крышка крепится к вилке двумя винтами, которые стопорятся пластиной 3. Уплотнение игольчатых подшипников обеспечивается двумя сальниками 12 и 16, один из них расположен в стакане подшипника а второй надет на шип крестовины.
Карданные валы в сборе с шарнирами подвергаются динамической балансировке на специальных стендах. Дисбаланс достигается приваркой балансировочных пластин 15 по концам труб или подкладыванием балансировочных пластин под стопорную пластину 3 (на основном вале).
Карданный шарнир позволяет передавать крутящий момент под углом, однако при равномерном вращении одной из вилок вторая вилка вращается неравномерно (за каждый поворот на 360° ведомая вилка то отстает, то опережает ведущую вилку), поэтому такой шарнир называется шарниром неравных угловых скоростей. Для устранения этого недостатка карданный вал имеет второй шарнир, у которого при неравномерном, вращении одной из вилок вторая вилка вращается равномерно.
Чтобы обеспечить передачу равномерного вращения через карданный вал, должно быть соблюдено следующее условие: вилка 9, приваренная к трубе, и скользящая вилка 14 должны быть в одной плоскости, при этом метки на шлицевой втулке и скользящей вилке должны совпадать.
Техническое обслуживание карданной передачи. При ТО-2 проверяют крепление фланцев валов, крышек подшипников, отсутствие зазоров в шарнирах и шлицевых соединениях валов.
Смазка игольчатых подшипников переданных шарниров производится смазкой ЛЗ-158, которая закладывается в них при сборе, в процессе эксплуатации автомобиля эта смазка не меняется и не дополняется (за исключением шарниров заднего карданного вала автомобиля КамАЗ-4310, где смазка пополняется через пресс-масленку при ТО-2).
Шлицевое соединение карданных валов смазывается путем разборки через четыре ТО-2, при этом старая смазка удаляется промывкой. Применяется смазка — солидол или смазка 1-13 жировая. На автомобиле Урал-4320 шлицевые соединения основного вала и вала привода среднего моста смазываются через пресс-масленки.
Основными неисправностями карданной передачи являются: износ игольчатых подшипников, крестовины и шлицевого соединения, ослабление крепления валов в изгиб труб, износ или повреждение сальников.
Признаком износа подшипников, крестовин, шлицевого соединения являются стуки в карданной передаче при резком изменении частоты вращения. Признаком прогиба карданного вала является его вибрация при вращении. Об износе сальниковых уплотнений свидетельствует течь смазки из шарниров или шлицевых соединений.
Изношенные детали заменяют новыми. Погнутый вал снимают с машины и правят в ремонтной мастерской.
Разбирать карданные шарниры следует только в случае их отказа в работе или для замены старой смазки. Разборку шарниров следует производить на прессе или в тисках с помощью оправки из мягкого металла. Следует помнить, что удары молотком по вилкам шарнира приводят к нарушению соосности их отверстий под подшипники и к потере работоспособности всего шарнира.
Разборка шарнира производится в такой последовательности:
- снимают крышки подшипников крестовины;
- выпрессовывают подшипник из вилки вала, воздействуя на него через крестовину и второй подшпипник;
- поворачивают шарнир на 160° и через крестовину выпрессовывают второй подшипник:
- подав крестовину в одну сторону, выводят ее из вилки вала.
При разборке нужно следить, чтобы не были повреждены торцевые сальники на крестовине.
При установке карданных валов на автомобиль необходимо иметь в виду, что валы привода переднего и промежуточного мостов устанавливаются скользящими вилками в сторону раздаточной коробки, основной вал — в сторону коробки передач.
| Техническое обслуживание и основные неисправности раздаточной коробки < Пред. | След. > Механизмы ведущих мостов |
|---|
xn—-7sbfkccucpkracijq8iofobm.xn--p1ai
Карданная передача автомобиля — как она работает?
В механике существует уже большое количество технических устройств, которые способны преобразовать практическую любую величину энергии в более удобную нам с вами или другим техническим устройствам. В этой статье пойдет речь о том, что такое карданная передача, и какую роль она играет в автомобилестроении?
Что такое карданная передача?
Карданной передаче называют специальное механическое устройство, предназначенное для передачи вращающего момента между валами, которые пересекаются в центре кардана. Главной особенностью такого рода передачи является то, что валы имеют возможность углового перемещения, что очень актуально для применения во многих автомобилях.
Кардан состоит из двух валов, имеющих на концах специальные вилки. Данные вилки через оси крепятся к общему центру передачи. Таким образом, при угловом изменении положения, валы могут беспрепятственно вращаться, каждый в своем положении.
Изначально, карданный вал устанавливался на заднеприводные и полноприводные автомобили. Он позволял передавать крутящий момент с крестовины коробки передач на заднюю ось, а также с редуктора раздаточной КПП на передний редуктор. Дело в том, что задний или передний мост крепится к подвеске автомобиля, которая находится в постоянном движении. Таким образом, получается, что изменение положения моста требует и изменение положения ведомого вала. Вот тут то и помогает карданный вал, который не только передаст нужный вращающий момент, но и выступит как дополнение к подвеске автомобиля.
Второй механизм, в котором кардан также активно применяется – это рулевое управление. Сейчас, практически все автомобили имеют, так называемую, безопасную рулевую колонку, которая в случае аварии быстро складывается и не повреждает ноги водителя. Все это достигается с помощью его способности менять угловое положение под любым угловым положением относительно другого вала.
Видео — Принцип работы карданной передачи
Почему карданный вал не применяют вместо ШРУСов?
Казалось бы вполне логичный вопрос. Если карданный вал имеет такую способность к вращению даже при изменении угла валов относительно друг друга, то почему бы его не использовать в переднеприводных автомобиля?
Прежде чем ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть один из существенных недостатков такого вида передачи. Он заключается в несинхронности вращения одного их валов. Дело в том, что если, например, ведущий вал вращается с равномерной скоростью, то ведомый будет обязательно вращаться неравномерно. В автомобилях с передним приводом передача синхронного вращающего момента на ведущие передние колеса является самым главным, поэтому там используются более сложные аналоги кардана – ШРУСы.
Тем не менее, не смотря на этот недостаток, можно сделать вывод о том, что он легко устраняем, если установить на каждом валу специальные парные шарниры, которые сравняют синхронность вращения, пусть не до абсолютно, но хотя бы примерно равных размеров.
ШРУС же, является разновидностью кардана и имеет более сложную конструкцию и другой существенный недостаток – невозможность поворота колес более угла в 70 градусов. Шарнир же значительно выигрывает по сравнению с обычным карданом, но имеет и свои недостатки.
- Во-первых, «гранаты» имеют более низкий срок службы, чем кардан и очень часто выходят из строя.
- Во-вторых, надежность крепления шарнира и кардана – тут безусловно выигрывает именно кардан, так как имеет более толстую цельнометаллическую конструкцию.
В процессе работы на заднем приводе, кардан имеет свойство создавать определенные вибрации при движении на больших оборотах. Данные недостатки сокращаются путем применения сразу двух карданных валов. Увеличение количество передач приводит к плавности движения и при преодолении различных неровностей дорожного покрытия.
Все соединения карданного вала с коробкой передачей смазываются трансмиссионным маслом. В некоторых коробках передач такой вал вставляется прямо внутрь коробки, где и происходит смазка данного элемента.
Крестовина и карданный вал укрепляются при помощи игольчатых подшипников, которые снижают трение при вращении и изменении углового положения одного из валов.
Неисправности карданного вала
В процессе работы карданного вала можно наблюдать некоторый перечень неисправностей. К первому роду можно отнести различные вибрации, которые вызваны погнутостью и дисбалансом карданного вала. Погнутость может возникнуть при неаккуратной и агрессивной езде по неровному дорожному покрытию. Второй неисправностью можно назвать стуки, которые появляются в процессе работа кардана.
Все эти неприятности пагубно влияют не только на состояние карданного вала, но и на коробку переключения передач, а также редуктор заднего моста. На самом деле, биение карданного вала – это очень опасное явление, ведь при полном износе элементов крепления или разрыве детали, автомобиль станет полностью обездвиженным.
Где еще применяется карданная передача?
Карданная передача нашла широкое применение не только в автомобилестроении, но и в инструментальной части любого автомеханика. Так, например, появилась специальная насадка на отвертку, которая имеет карданный способ передачи вращающего момента. Такая отвертка помогает без труда открутить те гайки или болты, которые закручены в тех местах, где подобраться обычным инструментом является проблематичным, а порой и невозможным заданием.
Вот, пожалуй, и все, что необходимо знать о карданной передаче. При работе с такими элементами необходимо проявлять осторожность. Дело в том, что при изменении или деформации какой-либо части кардана, он начинает работать неровно, а, следовательно, постепенно изнашивает коробку передач и крестовину заднего редуктора. Разобрать и собрать карданный вал можно самостоятельно, при наличии самого минимального набора инструментов и специального оборудования.
vipwash.ru
Карданный привод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3
Карданный привод
Cтраница 3
Гидравлическая передача ГП 400 Муромского завода ( рис. 8) предназначена для тепловозов ТГМ1 с дышловым приводом и ТУ5 с карданным приводом. Передача состоит из двух частей: гидроредуктора и прифланцованного к нему реверс-режимного или реверс-ного редуктора. [31]
При наличии карданной передачи на заднее колесо может быть использована любая конструкция задней подвески, так как благодаря наличию в карданном приводе упругой соединительной муфты и карданного шарнира он продолжает нормально работать при любом характере перемещений оси заднего колеса. [32]
В главном карданном приводе длина карданного вала изменяется вследствие того, что задний мост при движении автомобиля изменяет свое положение относительно рамы; поэтому в главный карданный привод вводится универсальный кардан. При этом необходимо, чтобы углы f смещения валов были равны ( фиг. [33]
Крестовина служит также для центровки кардана. При открытом карданном приводе карданный вал через вилку опирается только на шипы крестовины; поэтому при конструировании кардала и назначении допусков необходимо установить центрирующие плоскости крестовины. Центровка карданов с игольчатыми подшипниками производится по торцам шипов ( фиг. [34]
Трансмиссия неповоротной части крановой установки состоит из редуктора отбора мощности, нижнего конического редуктора и карданных механизмов. Редуктор отбора мощности карданным приводом связан с нижним коническим редуктором. Оба редуктора подвешены жестко на болтах снизу к внутреннему фланцу кольца опорно-поворотного устройства. [35]
С помощью муфты поворота тракторист может изменять направление движения трактора. От коробки передач 3 предусмотрен карданный привод 9 на лебедку. [36]
Карданные валы различают двух типов: цельные и составные. Цельные валы применяются обычно в закрытых карданных приводах, а составные валы — в открытых. Составной вал состоит из тонкостенной трубы со вставленными в нее и приваренными наконечниками. [37]
Кроме того, при такой компоновке отсутствует продольный карданный привод, что позволяет максимально снизить пол кузова и тем самым повысить устойчивость автомобиля. При движении автомобиля ( в особенности на подъем) передний мост под влиянием ведущего момента разгружается ( см. Теория автомобиля), и сцепной вес автомобиля уменьшается. В итоге автомобили с передним ведущим мостом обладают худшей проходимостью по скользким дорогам, чем автомобили с задним ведущим мостом. Кроме того, конструкция моста с ведущими и направляющими колесами получается более сложной и дорогой. [38]
Гидравлическая передача на тепловозах обеспечивает передачу мощности от дизеля к колесным парам через жидкость, циркулирующую в замкнутом объеме. Она состоит из гидротрансформаторов, гидромуфт, коробки скоростей, реверсивного механизма, осевых редукторов и карданного привода к ним. [39]
Гидравлическая передача на тепловозах обеспечивает передачу мощности дизеля к колесным парам через жидкость, циркулирующую в замкнутом объеме. Она состоит из гидротрансформаторов, гидромуфт, коробки скоростей, реверсивного механизма, осевых редукторов и карданного привода к ним. Силовыми элементами гидравлических передач являются гидротрансформаторы и гидромуфты. [40]
При этом ремонте осуществляют осмотр и ревизию электровоза в объеме малого периодического ремонта. Кроме того, производится: обточка бандажей колесных пар без выкатки из-под электровоза; ревизия пятниковых и дополнительных опор с подъемкой кузова, фрикционных аппаратов автосцепки, сочленения тележек, амортизаторов между тележками и цилиндров уравнителя осевых давлений электровозов ЧС, буксовых роликовых подшипников, карданных приводов скоростемеров, пусковых сопротивлений; прожировка манжет пневматических приводов аппаратов; промывка аккумуляторной батареи; проверка регулировки защитной аппаратуры; проверка изоляции низковольтных цепей и ревизия воздухораспределителей. [42]
Оно позволяет контролировать работу долота и бурильной колонны. Для роторов с карданным приводом датчик момента установлен на быстроходном валу ротора. Для роторов с цепным приводом датчик момента установлен в цепной передаче так, чтобы он реагировал на изменение натяжения цепи привода ротора. [43]
Зазор б обычно составляет десятые доли миллиметра, поэтому Q велико. При обкатывании винта возникает повышающая передача с низким КПД и большим передаточным числом, поэтому сопротивление вращению такой передачи ( при плохом качестве зацепления) весьма велико. Этим и объясняется поломки карданного привода винта, наблюдавшиеся в эксперименте. [44]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru