Крутящий момент, развиваемый двигателем автомобиля, должен передаваться через коробку передач и дифференциал на ведущие колеса, для чего в автомобилях используются приводные валы. При движении автомобиля колеса постоянно перемещаются вверх-вниз, а управляемые передние колеса еще и поворачиваются вправо-влево, что не позволяет применять жесткое соединение приводных валов с другими агрегатами автомобиля. Если двигатель расположен спереди, а ведущие колеса — задние, то в качестве приводного используется вал с карданными шарнирами (карданный вал).
Задача приводного вала — эффективно передавать крутящий момент от одного агрегата к другому, независимо от того, расположены они соосно или со смещением относительно друг друга.
Приводной вал должен работать в широком диапазоне частоты вращения и при этом обеспечивать возможность достаточно больших взаимных перемещений соединяемых элементов во всех плоскостях. Разнообразие требований к шарнирам приводных валов привело к появлению самых разных вариантов привода.
Видео:Карданная передача, основы. Карданные шарниры не равных и равных угловых скоростей (ШРУСы)Скачать
История создания приводных валов
Всерьез о трансмиссии задумались создатели первых автомобилей. Сначала общепринятым был привод на задние колеса, так как решить проблемы переднего привода не удавалось. В случае передних ведущих колес крутящий момент должен равномерно передаваться не только при линейном смещении колеса вверх-вниз, но и при повороте колеса из стороны в сторону.
Для заднего привода передача крутящего момента от двигателя к заднему мосту была реализована с помощью продольного вала с карданными шарнирами. Такой подход к решению проблемы был более простым, ведь углы отклонения таких шарниров небольшие и не влияют на ходовые качества автомобиля.
Изобретение карданного шарнира восходит к XVI столетию; авторами считаются итальянец Джероламо Кардано и англичанин Роберт Гук.
В середине XVI века Кардано создал кольцевой шарнир, в котором корабельный компас оставался в горизонтальном положении, несмотря на морскую качку.
В 1664 году Роберт Гук подтвердил патентом, что его кольцевой шарнир способен соединить концы двух несоосных валов, расположенных под углом друг к другу (рис. 2 «Универсальный шарнир Роберта Гука«).
Термины «карданный шарнир» или «шарнир Гука» и сегодня напоминают об этих двух авторах давнего изобретения.
С появлением переднего привода карданные шарниры использовались и там, но в связи с повышением требований к управляемости и динамике автомобиля поиск более оптимальной передачи крутящего момента привел к появлению шарниров равных угловых скоростей (ШРУС).
На современных легковых автомобилях карданный шарнир применяется только на продольном карданном валу привода задних ведущих колес, хотя и здесь постепенно сдает свои позиции. Различия между карданным шарниром и ШРУСом объясняются в следующих главах.
На грузовых автомобилях карданный шарнир по-прежнему используется на продольном карданном валу привода задних колес, а также в виде сдвоенного карданного шарнира — на поперечных приводных валах.
В декабре 1926 года французские инженеры Пьер Фенай и Жан-Альбер Грегуар получили патент на изобретенный ими шарнир Tracta. Этот шарнир состоял из четырех деталей, соединенных скользящими направляющими. Чтобы не распадаться, он должен был постоянно находиться внутри полусферы.
Шарнир изготавливался на обычных универсальных станках и мог использоваться для передачи большого крутящего момента, поэтому во время Второй мировой войны им оснащались многие французские, английские и американские полноприводные автомобили.
Для шарнира Tracta (рис. 3 «Деталировочный чертеж шарнира Tracta») впервые было использовано определение «гомокинетический», которое и по сей день используется для обозначения шарниров равных угловых скоростей. Сам шарнир сегодня уже не применяется.
Как и в Европе, в Америке тоже пытались решить проблему синхронного вращения, и 4 мая 1923 года Карл Вайсс запатентовал разработанный им вариант такого шарнира (рис. 4 «Чертеж к патенту шарнира Вайсса«).
Этот шарнир изготавливался с 1934 года, но его массовый серийный выпуск начался только после Второй мировой войны. До середины 80-х годов прошлого века он применялся на автомобилях Mercedes-Benz.
В то время, как шарнир Вайсса допускал отклонение не более чем на 20° и применялся на автомобилях с задним приводом, шарнир Tracta мог работать уже под углом до 50°.
Читайте также: Принцип работы обгонной муфты карданного вала
В современном автомобилестроении шарнир Вайсса, не в последнюю очередь из-за своей большой удельной массы, практически не применяется.
Самый распространенный в настоящее время ШРУС основан на патенте, который получил инженер Ford Альфред Ганс Рцеппа в июне 1933 года (рис. 5 «Чертеж к патенту шарнира Рцеппа«).
Для достижения современного технического уровня потребовалось много исследовательской работы. Главную роль в этом сыграли английская фирма Hardy Spicer и основанная в 1948 году немецкая компания по производству шарниров Lohr&Bulmkamp.
На базе шарнира Рцеппа, который не допускал осевого смещения, эти две фирмы разработали универсальный ШРУС с возможностью продольного перемещения деталей.
Видео:Как устроен привод, ШРУС. Что в них ломается.Скачать
Системы привода
Большая часть выпускаемых сегодня легковых автомобилей оснащается приводными залами с шарнирами равных угловых скоростей. Отдельные схемы привода ведущих колес показаны с гомокинетическими (от греческого homos = одинаковый и kine = двигаться) шарнирами (рис. 6 «Схемы привода ведущих коле»).
При переднем приводе ведущими являются передние колеса. На приводных валах со стороны колеса применяются жесткие ШРУСы (без возможности продольного перемещения деталей), а со стороны коробки передач — универсальные (с возможностью продольного перемещения). Передние колеса — управляемые, поэтому угол поворота в шарнире со стороны колеса должен достигать примерно 50°.
Из-за поперечного расположения двигателя и связанной с этим асимметрии в моторном отсеке приводные валы могут быть разной длины.
При заднем приводе ведущими являются задние колеса. На приводных валах как со стороны колеса, так и со стороны коробки передач применяются универсальные ШРУСы, поскольку в этом случае шарнир — в отличие от переднего привода — должен компенсировать только изменение длины валов из-за хода подвески вверх-вниз.
При полном приводе ведущими являются все колеса. Шарниры приводных валов применяются точно так же, как на описанных выше переднем и заднем приводах. Крутящий момент от силового агрегата на задние или (при расположенном сзади двигателе) на передние колеса передается с помощью продольного вала.
Частота вращения валов в этом случае может достигать 6000 об/мин, поэтому продольные валы оснащаются высокооборотными шарнирами. Далее отдельные типы шарниров рассматриваются более подробно.
Видео:Привод главного вала швейной машиныСкачать
Общие показатели для приводных валов
Наряду с передачей усилия задачей приводных валов является и равномерная передача крутящего момента на ведущие колеса.
Угловая скорость
Приводные валы только с одним шарниром вращаются неравномерно.
Если два вала соединить простым карданным шарниром под определенным углом и вращать вал I с постоянной угловой скоростью ω1 то вал II будет вращаться с неравномерной угловой скоростью ω2 (рис. 7 «Приводные валы с одним шарниром«).
Эта неравномерность, часто называемая погрешностью карданного шарнира, выражается в синусоидальном колебании угловой скорости вала II, как показано на графике цикла вращения 360° (рис. 8 «Изменение угловой скорости в зависимости от положения карданного шарнира«).
При 0°, 180° и 360° вилка шарнира на валу I расположена горизонтально и обладает меньшей угловой скоростью, чем в вертикальных положениях 90° и 270°.
Такое ускорение и замедление крестовины шарнира соответственно изменяет и угловую скорость вала II.
Поскольку решению этой проблемы способствуют угловое и параллельное смещение валов (за счет конструктивно обусловленного расположения элементов трансмиссии и достаточно эластичных опор), карданные валы автомобиля всегда оснащаются двумя шарнирами. Это позволяет компенсировать неравномерности вращения вала.
Максимальный угол в шарнире
Максимальный угол отклонения от горизонтали (рис. 9 «Угол в шарнире«) показывает, под каким углом может работать шарнир, соответствуя требованиям по равномерности передачи крутящего момента и долговечности.
В автомобильной технике максимальный угол в шарнире может составлять более 50°.
Схемы расположения карданных валов
Неизбежно возникающую неравномерность вращения можно компенсировать последовательным размещением двух шарниров на одном валу.
При этом различают два варианта их расположения: Z-схема и W-схема.
Z-схема
Z-схема или Z-изгиб представляет собой наиболее распространенный вариант применения карданного вала. В этом случае изгиб происходит только в одной плоскости (рис. 10 «Z-схема«).
Для абсолютно синхронного вращения ведущего и ведомого валов, соединенных карданным валом, вилки шарниров этого общего вала должны находиться в одной плоскости, а углы в шарнирах должны быть одинаковы.
Читайте также: Фиксатор вала отбора мощности мтз 80
W-схема
Еще одним способом избежать нежелательных колебаний частоты вращения между валами I и II является W-схема их расположения (рис. 11 «W-схема«).
И в этом случае углы в карданных шарнирах должны быть одинаковыми, а их вилки — находиться в одной плоскости.
Общее правило для Z-схемы и W-схемы заключается в том, что карданный вал и соединяемые им концы ведущего и ведомого валов должны лежать в одной вертикальной плоскости.
В случае бокового смещения при использовании Z-схемы достаточно, чтобы пространственный угол оставался минимальным.
Чтобы избежать нежелательных колебаний частоты вращения вала при использовании W-схемы, угол смещения необходимо высчитать заранее (рис. 12 «Боковое смещение«).
Видео:Почему не крутится вал на швейной машине Чайка?Скачать
Привод главного движения станка токарного типа
Привод главного движения станка это электродвигатель установленный на станке вместе с совокупностью передач от электродвигателя к шпинделю станка. В зависимости от назначения станка и его размера конструкции привода могут быть различны, но в любом случае они должны: 1) передавать необходимые для процесса резания мощность и крутящий момент; 2) допускать включение, выключение и реверсирование вращения шпинделя; 3) обеспечивать высокую точность и плавность вращения шпинделя на всех режимах работы.
При ступенчатом изменении чисел оборотов шпинделя привод главного движения станка токарного типа может быть выполнен в виде: 1) многоскоростного асинхронного электродвигателя; 2) сочетания одно- или многоскоростного асинхронного электродвигателя со ступенчатой механической коробкой скоростей или — редко — ступенчатыми шкивами.
Для бесступенчатого регулирования скорости вращения шпинделя используют электродвигатель постоянного тока с регулируемым числом оборотов, механический вариатор, либо сочетание регулируемого электродвигателя постоянного тока или механического вариатора со ступенчатой механической коробкой скоростей или механического вариатора с многоскоростным асинхронным электродвигателем переменного тока.
Видео:Основы центровки валовСкачать
Конструкции приводов главного движения токарно-винторезных станков
Подавляющее большинство токарно винторезного оборудования средних размеров в качестве привода главного движения станка имеет одно-, реже многоскоростной асинхронный электродвигатель трехфазного тока в сочетании со ступенчатой механической коробкой скоростей.
Примером привода с коробкой скоростей, размещенной в шпиндельной бабке, может служить токарный станок 1К62, кинематическая схема которого показана на рис. 1, а развертка по валам коробки скоростей — на рис. 2. Коробка скоростей получает движение через клиноременную передачу от односкоростного электродвигателя, расположенного в левой тумбе станины. На валу I размещена двусторонняя фрикционная муфта М1 для включения и выключения прямого и обратного вращения шпинделя. Изменение направления вращения вала ІІ происходит вследствие передачи движения через блок паразитных колес (z = 24 и z = 36). Передвижением по валам II и III скользящих (передвижных) блоков Б1 и Б2, валу III сообщается шесть различных прямых скоростей и три обратных, более высоких. Управление блоками Б1 и Б2 осуществляется одной рукояткой, выведенной на лицевую сторону передней бабки.
Рис. 1. Кинематическая схема токарного станка 1К62
Движение от вала ІІІ может передаваться на шпиндель по двум кинематическим цепям:
- при сдвинутом влево двойном (двухвенцовом) блоке Б3 — через повышающую передачу (65 : 43) прямо на шпиндель, что дает шесть высших ступеней скорости вращения — от 630 до 2000 об/мин;
- при сдвинутом вправо блоке Ба движение передается шпинделю через зубчатый перебор (блок Б4 — вал IV — блок Б5 — вал V), допускающий четыре различных включения с передаточными отношениями 1:1, 1:4 и 1:16, два из которых совпадают. Через перебор шпиндель получает три более низких диапазона чисел оборотов (200 ÷ 630, 50 ÷ 160 и 12,5 ÷ 40 об/мин) по шесть ступеней в каждом. Одно число оборотов (630 об/мин) получается и при прямом включении, и через перебор; по этому привод главного движения станка дает всего 23 различные скорости вращения шпинделя. Управление блоками Б3, Б4 и Б5, осуществляется также одной рукояткой. На валу II установлен тормоз, включение и выключение которого сблокировано с механизмом включения муфты М1.
Рис. 2. Развертка по валам коробки скоростей токарного станка 1К62
В токарном станке 1А616 (рис. 3) коробка скоростей выполнена в отдельном корпусе, размещенном в левой тумбе (ножке) станины. Выходной вал коробки связан с входным валом шпиндельной бабки клиноременной передачей. Привод такого типа называется разделенным приводом главного движения станка. Он обеспечивает более плавное вращение шпинделя и применяется чаще в точных станках. Коробка скоростей получает движение через клиноременную передачу от отдельного двигателя, установленного на кронштейне с задней стороны левой тумбы станины. Натяжение ремней регулируется перемещением двигателя по плите, на которой он установлен.
Читайте также: Замена сальника первичного вала рено логан кпп рено логан
Рис. 3. Общий вид токарно-винторезного станка 1А616
В результате переключений четырех блоков (рис. 4) Б1, Б2, Б3 и Б, с помощью двух рукояток 1 (рис. 3) выходной вал IV получает 12 различных скоростей вращения. Через клиноременную передачу движение передается на разгруженный шкив шпиндельной бабки, в которую встроен зубчатый перебор с передаточным отношением i = 1:8. Натяжение ремней производится перемещением в вертикальном направлении коробки скоростей.
Рис. 4. Кинематическая схема токарного станка 1А616
Движение на шпиндель может передаваться по двум кинематическим цепям:
- по короткой, непосредственно с вала у шкива при включенной муфте М1 и выключенном переборе Б5, шпиндель получает 12 высоких ступеней скорости вращения (от 90 до 2240 об/мин);
- через перебор Б5 при выключенной муфте М1, шпиндель получает 12 нижних ступеней скорости вращения (от 11,2 до 280 об/мин).
Три скорости при включенном и выключенном переборе совпадают, поэтому привод главного движения станка дает только 21 (вместо 24) ступень скорости вращения шпинделя. Управление перебором Б, и муфтой м, сблокировано и осуществляется одной рукояткой 2 (рис. 3). В приводе отсутствует главная, выключающая станок, фрикционная муфта, и включение, реверсирование и торможение шпинделя производятся электродвигателем.
Для бесступенчатого изменения чисел оборотов шпинделя в токарно винторезных станках средних и малых размеров находят применение фрикционные вариаторы. В приводе главного движения токарно-винторезного станка мод. 1М620 (рис. 5) использован вариатор конструкции центрального научно-исследовательского института технологии машиностроения в сочетании со ступенчатой коробкой скоростей, размещенной в шпиндельной бабке.
Рис. 5. Кинематическая схема токарного станка 1М620
Такая конструкция привода главного движения токарного станка позволяет бесступенчато изменять числа оборотов шпинделя в пределах 12 ÷ 3000 об/мин. С помощью этого вариатора можно плавно, в пределах 750 . 3000 об/мин, изменять скорость вращения его выходного вала, а за счет переключений блоков Б1, Б, и Б3 получить четыре бесступенчатых диапазона чисел оборотов шпинделя: 12 . 47, 47 . 190, 190 . 750 и 750 . 3000 об/мин. Вспомогательный двигатель N = 1 кВт служит для управления вариатором. Муфтой М1, и скользящими шестернями Б4 и Б5, производится реверсирование шпинделя.
В станках меньших размеров бесступенчатый привод может состоять из одного вариатора без переборной ступенчатой коробки скоростей. Тяжелые токарно-винторезные станки изготовляются, как правило, с бесступенчатым приводом скоростей шпинделя, что способствует повышению их производительности. Однако в тяжелых станках применяются не механические вариаторы, а электрические системы бесступенчатого изменения числа оборотов приводного электродвигателя в сочетании со ступенчатой механической коробкой скоростей станка.
Наиболее распространенной электрической системой бесступенчатого изменения чисел оборотов в тяжелых станках является система генератор — двигатель (Г-Д), называемая иногда также системой Леонарда (рис. 6). Она состоит из четырех электрических машин: асинхронного двигателя АД, который приводит во вращение генератор постоянного тока Г и маломощный генератор постоянного тока В и электродвигателя постоянного тока для привода главного движения станка. Скорость электродвигателя Д регулируется изменением сопротивлений Rг и Rд в цепях обмоток возбуждения ОВГ — генератора и ОВД — двигателя, питаемых постоянным током от возбудителя В. Диапазон регулирования такой системы может достигать 10 — 15. Следует иметь в виду, что машины АД и Г должны иметь мощность не меньшую, чем мощность приводного двигателя Д, поэтому затраты на систему Г-Д превышают затраты на один асинхронный двигатель переменного тока в 7-8 раз.
Рис. 6. Система генератор-двигатель для бесступенчатого изменения чисел оборотов шпинделя токарного станка
- Свежие записи
- Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
- Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
- Какие моторы бывают у стиральных машин
- Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
- Как снять стопорную шайбу с вала
🎥 Видео
Устройство и функции главного вала ПМЗ-1, ПМЗ-2МСкачать
Снятие главного вала и устранение люфта на верхней головке шатуна швейной машины Подольск (Часть 2)Скачать
Снятие главного вала и устранение люфта на верхней головке шатуна швейной машины Подольск (Часть 1)Скачать
Изготовление приводного вала.Скачать
Как правильно выбрать Б/У привод на Авторазборке?Скачать
Биение левого приводного валаСкачать
Устраняем тугой ход швейной машины.Скачать
Оборвало привод, почему так происходит, методы защиты.Скачать
В автосервисе никогда не расскажут такую информацию о сцеплении!!Скачать
Швейная машина туго крутится, подклинивает. Как найти и устранить Ч.2. Видео № 639.Скачать
Как работает полный привод? Дифференциал, и что такое крутящий момент)))Скачать
9.1 Расчет валов приводаСкачать
Устройство СЦЕПЛЕНИЯ (3D анимация)Скачать
Фрикцион ПМЗ,Чайка и др. Устройство,неисправности.Скачать
Ремонт триммера Замена вала приводаСкачать
