|
В трансмиссиях автомобилей карданные передачи применяются для передачи моментов между валами, оси которых не лежат на одной прямой и изменяют свое положение в пространстве. В общем случае, карданная передача состоит из карданных валов, карданных шарниров, промежуточных опор и соединительных устройств.
Передачу крутящего момента при несовпадении осей валов и изменении их взаиморасположения способны обеспечить карданные шарниры. Валы, соединяющие карданные шарниры, называются карданными валами. Для компенсации изменения расстояния между агрегатами трансмиссии в карданной передаче могут использоваться подвижные в осевом направлении муфты. Кроме трансмиссии, карданные передачи часто используются в рулевых управлениях и для привода дополнительного оборудования, что обуславливается обычно особенностями компоновочной схемы автомобиля. В автомобилях применяются карданные шарниры неравных и равных угловых скоростей. Первые называются шарнирами Гука, вторые–ШРУСами.
Преимуществами шарниров Гука являются:
Компактность;
Высокая механическая эффективность;
Возможность передачи крутящего момента под большими углами (максимум приблизительно 25°);
Точная центровка вала, благодаря чему шарнир может работать на больших оборотах.
Когда шарнир типа Гука передает передачу под углом, выходной вал не вращается по окружности в 360° с одинаковой скоростью. Вместо этого скорость изменяется через каждые 90° и скорость вращения за один оборот меняется от быстрой к медленной, снова к быстрой и снова к медленной .
Шарнир равных угловых скоростей представляет собой такой тип шарнира, который обеспечивает выходную скорость вращения вала, равную скорости вращения на входе, во всех положениях рабочего диапазона шарнира.
В настоящее время шарниры равных угловых скоростей часто используются для передачи вращения, благодаря своей плавной работе. Обычно они устанавливаются в тех случаях, когда угол передачи вращения большой, например, для привода колеса переднеприводного автомобиля, когда для этих же колес должен обеспечиваться привод рулевого управления.
Требования к карданным передачам. Основные элементы карданной передачи: шарниры, валы и промежуточные опоры. При наличии промежуточной опоры карданная передача включает в себя два вала: промежуточный и главный.
Карданные передачи могут быть: плоскими, если ведущий карданный и ведомый валы лежат в одной плоскости; пространственными, если это условие не соблюдается; одно- и многошарнирными.
Специфика работы карданной передачи заключается в возможности значительного изменения взаиморасположения ее деталей и широких диапазонах скоростных и нагрузочных режимов. В связи с этим конструкция карданной передачи должна удовлетворять следующим требованиям:
1. Работоспособность карданной передачи должна обеспечиваться при всех эксплуатационных режимах. Это означает, например, что работа карданных шарниров при больших углах между осями валов не должна
приводить к их ускоренному выходу из строя. С этим требованием непосредственно связано и исключение возможных резонансных явлений.
2. Передача крутящего момента не должна порождать больших дополнительных динамических нагрузок в трансмиссии. Такие нагрузки оказывали бы отрицательное влияние на комфортабельность автомобиля и долговечность деталей трансмиссии.
3. Во всех эксплуатационных условиях должен обеспечиваться высокий КПД передачи. Поскольку КПД карданной передачи определяется коэффициентами полезного действия карданных шарниров, это требование имеет особое значение при наличии большого их числа.
Особенность работы быстровращающихся валов, каковыми являются карданные валы автомобилей, - наличие дополнительных нагрузок, обусловленных центробежными силами. Эти силы порождаются несбалансированностью (дисбалансом) вала и, как известно, пропорциональны квадрату частоты его вращения. Действие центробежных сил приводит к изгибу вала и увеличению его несбалансированности. До определенной частоты вращения центробежная сила уравновешивается силой упругости, обусловленной изгибной жесткостью вала и не зависящей от скорости его вращения. При некоторой частоте, называемой критической, центробежная сила превышает силу упругости, и теоретически прогиб вала должен неограниченно возрастать. Однако кроме упругих в материале вала имеются и неупругие сопротивления, присутствуют силы трения в опорах вала, а если вал состоит из нескольких деталей, то и в местах их соединения. Поэтому бесконечного возрастания прогиба (поломки) вала может и не произойти, однако при вращении вала с критической скоростью в очень большой степени возрастает уровень динамических нагрузок в трансмиссии и уровень вибрации, передаваемой через опоры карданного вала на несущую систему автомобиля.
Рабочая частота вращения карданной передачи может принимать любые значения в диапазоне от нуля до частоты, соответствующей максимальной частоте вращения коленчатого вала и высшей передаче в коробке передач. Поскольку работа карданной передачи на критической частоте недопустима, конструктивными мероприятиями она должна быть выведена за пределы диапазона изменения рабочей частоты. Это означает, что необходимо обеспечить высокую изгибную жесткость вала.
Изгибная жесткость прямо пропорциональна моменту инерции сечения вала и обратно пропорциональна третьей степени его длины. Стремление к повышению изгибной жесткости заставляет делать карданные валы из тонкостенных труб большого диаметра и достаточно короткими. Критическая частота вращения вала в общем виде выражается следующим образом:
где: с–изгибная жесткость вала; m– масса вала.
Укорочение вала может быть достигнуто двумя способами.
Первый способ предусматривает укорочение карданной трубы за счет соответствующего удлинения картера коробки передач или картера главной передачи. Если удлиняется картер коробки передач, то недостаток этого способа может проявиться в уменьшении изгибной жесткости силового агрегата, определяемой жесткостью блока последовательно соединенных картеров двигателя, сцепления, коробки передач и ее удлинителя
Другой способ повышения изгибной жесткости основан на использовании не одного, а двух или даже трех (соответственно более коротких) последовательно расположенных карданных валов, соединенных с рамой или кузовом посредством промежуточных опор. Промежуточная опора карданных валов включает в себя шариковый подшипник и упругодемпфирующий (резиновый) элемент. Чем меньше радиальная жесткость резинового элемента промежуточной опоры, тем меньшие силы передаются через нее на кузов автомобиля.
Для снижения вибраций, порождаемых карданной передачей, валы в процессе изготовления балансируют. Эта операция проводится в автоматическом режиме на специальных балансировочных станках, где на концах трубы карданного вала (по возможности ближе к опоре карданного вала) в необходимых местах точечной сваркой привариваются пластины определенной массы.
Поскольку, несмотря на наличие гасителя крутильных колебаний, полностью устранить пульсацию крутящего момента в трансмиссии не удается, иногда с целью снижения крутильных колебаний карданный вал делают составным из двух концентричных труб, соединяющихся с помощью резиновых элементов, которые передают крутящий момент и одновременно служат демпфером колебаний. В валах круглого сечения между двух концентрических труб запрессовываются несколько упругих колец, которые могут приклеиваться или удерживаться за счет натяга, создаваемого при посадке.
| 
Карта сайта
КОНСТРУКЦИЯ АВТОМОБИЛЕЙ И ТРАКТОРОВ
