Видео:Карданная передача, основы. Карданные шарниры не равных и равных угловых скоростей (ШРУСы)Скачать
Рассказываем о разных видах передач под углом, от простой крестовины до замысловатых шариков Бендикса
Полный привод подразумевает, что к каждому колесу подведен крутящий момент. Причем так, чтобы колесо могло двигаться и поворачиваться относительно кузова
Собственно, вращает колеса привод. Когда на экране приборной панели вашего внедорожника возникает анимированная картинка распределения тяги по осям и колесам, она в точности повторяет реальную систему валов под его днищем. Эти валы – толстые металлические прутки или трубы с шарнирами по концам. Шарнир позволяет передавать вращение под углом: колеса вместе с подвеской ходят вверх-вниз, а передние еще и поворачиваются на приличный угол.
ПЕРВЫЕ ОКОВЫ
Сперва в мире приводов царили кожаные ремни, такие же, какие использовались в станках. При тогдашних небольших скоростях и смешной мощности моторов это еще годилось, но как только скорости выросли, популярными стали роликовые цепи с подвижными звеньями, как у мотоциклов. Трансмиссия в задней части машины заканчивалась обычным мостом, жестко закрепленным на раме. Вместо колес к его концам крепились ведущие звездочки, а к подвешенным на рессорах колесам – ведомые. На пару задних колес приходилось два моста – ведущий и подвесочный, а свободное провисание цепей обеспечивало некоторую подвижность последнего. О приводе с их помощью передних поворотных колес не могло быть и речи.
От этой схемы быстро отказались ввиду громоздкости и ненадежности и начали придумывать более совершенные.
ОТКУДА РЫВКИ?
Под неравной угловой скоростью понимают вращение, при котором колесо непрерывно ускоряется и замедляется каждую четверть своего оборота. Помимо неприятных воздействий на рулевое управление и подвеску (рывки), работа с неравной угловой скоростью чревата быстрым износом всей трансмиссии. Неравномерность вращения карданной передачи тем больше, чем больше угол между осями ее валов. При этом ведущая часть шарнира вращается равномерно.
КАРДАНО И ЛЕОНАРДО
Подумать только, принцип карданной передачи был подробно описан Джироламо Кардано в XVI веке, а впервые его упоминал еще Леонардо да Винчи! Но одно дело придумать, и совсем другое – воплотить в металле.
Первые карданные валы поселились на автомобилях уже в первое десятилетие ХХ века. Из всех применяемых сегодня подвижных передач карданная – самая простая. Четыре игольчатых подшипника да крестовина. Ее простота компенсируется одним важным недостатком: малыми рабочими углами. До 12 градусов она еще крутится более-менее плавно. Выше – с рывками. Мало кто знает, что и совсем без угловой разницы кардану работать вредно: неподвижные иголки подшипников проделывают в опорных пальцах крестовин канавки, лишая соединение подвижности. Поэтому обычно карданам задают небольшой (1,5–2°) рабочий угол.
Кардан годится для привода малоподвижных задних колес, но как быть с передними, где углы поворота зачастую приближаются к 30 градусам?
В переднем мосту всем хорошо знакомого Jeep долгие годы жили сдвоенные карданные крестовины. Гениальное по простоте решение – разделить рабочий угол пополам между двумя шарнирами – имеет два заметных недостатка: громоздкость конструкции и все те же рывки при максимально вывернутом руле. Требовалось придумать что-то кардинально новое.
Читайте также: Посадка в системе вала с натягом чертеж
ПАРРАЛЛЕЛИ НЕ СХОДЯТСЯ
В обычных карданных валах привода мостов применяют две крестовины, ушки которых на одном валу расположены в одной плоскости. Сами валы располагают по возможности так, чтобы оси выходного вала раздаточной коробки (или коробки передач) и ось ведущего вала заднего редуктора были параллельны. Одинаковые, но разнонаправленные углы наклона крестовин такого карданного вала способствуют компенсации угловых пульсаций. Одна из причин появления независимых задних подвесок в том, что их редуктор почти не перемещается относительно остальной трансмиссии. Углы карданных шарниров в таком случае неизменны и минимальны.
Союз иголок. Нет шарнира проще крестовины кардана.
Но азбучный конструктив влечет за собой эксплуатационные тонкости.
Четыре игольчатых подшипника нуждаются в смазке –
заложенной на заводе или периодически пополняемой в процессе езды
Бок о бок. Двойная крестовина позволяет поделить вредный угол
поровну между половинами шарнира.
Грубоватое решение «в лоб» вышло эффективным и
вполне бюджетным, но громоздким
МИР СКОЛЬЗЯЩИХ ШАРИКОВ
Впервые передать вращение с равной угловой скоростью и заменить карданные подшипники подвижными шариками догадался немецкий изобретатель Карл Вайсс в начале 1920-х. Его изобретение, самый первый ШРУС, представляло собой две вилки на концах двух валов, в парных канавках которых перекатывались четыре шарика. Пятый шарик в центре служил шарниром, относительно которого наклонялись валы. Некоторое время спустя патент Вайсса купила компания американского изобретателя и промышленника Винсента Гуго Бендикса, и до сих пор ШРУСы Бендикса – Вайсса мы можем видеть, например, в переднем мосту УАЗа.
Эта конструкция хорошо подходит для передач солидного момента в тяжелых внедорожных машинах, но все же имеет низкий ресурс и заметные потери при больших углах по причине малой суммарной поверхности касания (одновременно работают только два шарика). Путь совершенствования угловых шарниров стал очевидным: увеличение количества соприкасающихся деталей.
Знакомый Бендикс. Конструкция шарнира, хорошо известная владельцам
УАЗов и доброй половины прочих внедорожников.
Проста, технологична и недорога. Одна беда – только два шарика
одновременно передают вращение, отчего мала рабочая поверхность
БОЛЬШЕ – ЛУЧШЕ
В 1936 году изобретателю Альфреду Рцеппу удалось добиться небывалой равномерности угловой скорости валов. Слагаемые успеха – шесть шариков вместо четырех, сферическая форма шарнира и длинные направляющие канавки. Чаще всего именно этот шарнир сегодня мы называем ШРУСом – шарниром равных угловых скоростей. Строго говоря, и в шарнире Рцеппа есть едва заметные рывочки, но они столь малы, что даже при огромном по меркам приводов рабочем угле в 40 градусов ими можно пренебречь. Однако эти шарниры завоевывали мир довольно медленно: изготовление сложных пространственных деталей – внутренней и внешней обойм, сепаратора с отверстиями, точных сферических сопряжений – требовало точнейшего оборудования и качественных материалов. Но именно ШРУСы «Рцеппа» и их разнообразные потомки («Бирфильды» и GKN) нынче правят бал в системах полного привода. Привычная нам «граната» в приводе – это она, рцепповская шестишариковая муфта.
Читайте также: Крестовина карданного вала мтз 1221
ПРОКЛЯТЬЕ КАРДАНА
С проблемой неравной угловой скорости хорошо знакомы владельцы Lada 4×4 и Chevrolet Niva. Карданное сочленение между коробкой передач и раздаточной коробкой старой версии трансмиссии вкупе с воздействием двух карданов привода мостов – источник самой неприятной вибрации внедорожника. Один из хороших рецептов против вибраций – жесткое крепление агрегатов трансмиссии друг к другу – в Ниве проигнорировали, получив неистребимый источник разнообразных трансмиссионных рывков. Менее технологичный, но следующий «золотому правилу» УАЗ получил моноблочную трансмиссию без промежуточных карданов и спокойную, без пульсаций, трансмиссию.
Сфера в сфере. Основа изобретения Рцеппа –
скользящие друг в друге сферические поверхности.
Для их изготовления необходимо весьма точное оборудование
В СТОРОНУ И НАЗАД
Но не только ШРУС «Рцеппа» крутит колеса на внедорожной технике. Конструкция с ажурными деталями высокой точности выигрывает в компактности, но имеет ограничения по величине крутящего момента. Говоря проще, она хорошо подходит для внедорожников и кроссоверов, но слишком дорога и ненадежна для использования в тяжелых военных и специальных машинах. Для них важны простота и дешевизна, а рывки в трансмиссии – дело второстепенное.
Производители переднеприводных машин, не желая выплачивать компаниям-владельцам патентов «Бендикс-Вайсс» и «Рцеппа» деньги, разработали упрощенные конструкции. Например, шарнир «Тракта» – сочетание кулачков и втулок, соединенных скользящими деталями с большими шлифованными поверхностями. Похожее устройство имеет отечественный кулачково-дисковый шарнир, который успешно применяется на полноприводных КАМАЗах, КРАЗах и УРАЛах. Большие габаритные размеры и огромная поверхность трения таких шарниров не страшна на крупной технике с высоким крутящим моментом мотора, а ограниченный ресурс деталей компенсируется их дешевизной и простотой замены.
Хитрый Томсон. Поместив одну крестовину внутрь другой,
инженер Томсон выиграл в размерах, но потерял в прочности.
Обратите внимание на сложную систему делительных рычажков.
Другой эрзац-шарнир носит хитрое название «трипод». Тут все просто: три торчащих в разные стороны оси на конце привода несут по ролику со сферической поверхностью. Ролики входят в три выреза внешней обоймы. Система проста и надежна, но плохо уживается с большими углами. Тем не менее трипод часто используют в качестве внутренних шарниров спереди. Причина все та же – относительная простота и дешевизна.
Трипод. Несложная конструкция с роликами и пазами во внешней обойме.
Не боится зазоров, но не любит больших углов.
Часто работает в качестве внутреннего шарнира привода передних колес
Видео:Всё об углах работы карданов (крестовина или ШРУС)Скачать
Условия работы кардана.
Карданный шарнир с крестовиной при вращательном движении имеет непостоянную угловую скорость, которая зависит от величины угла поворота и изменяется по синусоидальному закону. Как описывается в главе «Общие теоретические основы», при определённом положении шарниров приводной линии, укомплектованной двумя или более шарнирами эта систематическая ошибка компенсируется.
Следующие правила должны быть соблюдены на практике при компоновке привода ходовой части или вспомогательного привода:
Величины углов между карданными валами
1. Передача с двумя шарнирами
- Углы между валами должны быть одинаковой величины: B1 = B2 . Данное правило действует также в отношении видов спереди и сверху.
- Вилки шарниров промежуточного вала должны быть расположены в одной плоскости.
- Все три вала должны быть расположены в одной плоскости.
Читайте также: Пробивка проемов в конструкциях бетонных с помощью компрессора
Внимание: Все три правила должны быть соблюдены единовременно!
По возможности следует избегать конфигурации шарниров, при которой комбинируется «Z-образное» соединение в одной плоскости проекции с «W-образным» соединением – в другой. Это возможно в случае, когда привод и выходной вал лежат не в одной плоскости. В случае, когда данная компоновка неизбежна и необходима при монтаже, то эта «ошибка» может быть компенсирована за счёт смещения шарнира (см. ниже)
Уравнения для результирующего угла между валами:
2. Передача с тремя шарнирами
Во всех случаях монтажа длинных передач карданный вал должен поддерживаться дополнительными опорами, в основном, с упругими подшипниками.
Для минимизации остаточной степени неравномерности вращения выходного вала (шарнир 3) сумма всех степеней неравномерностей шарниров должна быть равной или приблизительно равной нулю.
(См. «Кинематика карданного шарнира с крестовиной»)
Знаки должны быть расставлены в соответствии с положением шарнира согласно следующему правилу знаков:
» + » При положении шарнира
» — » При положении шарнира
Остаточная суммарная степень неравномерности не должна превышать значения:
Достичь минимизации остаточной неравномерности вращения можно также с помощью так называемого эквивалентного угла между валами βE:
При этом также действует правило знаков.
Эквивалентный угол между валами = 3° представляет собой угол между валами простого эквивалентного шарнира, и соответствует степени неравномерности частоты вращения U = 0,0027.
3. Вал с несколькими шарнирами
При конфигурации с более чем тремя шарнирами необходимо руководствоваться предыдущим описанием.
Общие рекомендации для привода грузового автомобиля
В высокоскоростных приводных валах следует обратить внимание на критическую частоту оборотов, связанную с длиной конструкции валов.
(См. «Влияние частоты оборотов и угла между валами»)
Необходимо выбирать минимальный эквивалентный угол между валами.
(См. параметр (n x ß)доп. «Влияние частоты оборотов и угла между валами»)
Минимизировать разность углов поворота или остаточную неравномерность вращения. (См. ниже)
При несоблюдении данных рекомендаций возможно появление вибраций и шумов или же снижение комфортности езды, а также сокращение срока эксплуатации устройства.
Если не удаётся воплотить «классическую конфигурацию» и расположение шарниров не может быть изменено, то устранения неравномерности вращения можно достичь путём перемещения валов. При такой конфигурации валов продолжает действовать правило монтажа, при котором результирующие углы между валами должны быть равны, т.е.
Плоскость, образованная приводным валом 1 и промежуточным валом 2 с одной стороны и плоскость, образованная промежуточным валом 2 и выходным валом 3 с другой стороны образуют угол , который компенсируется за счёт соответствующего пространственного смещения валов
Угол смещения определяется следующим образом:
Направление углового смещения в боковой проекции выглядит следующим образом: шарнир 1 должен быть повёрнут на угол смещения по отношению к плоскости 1.
Монтаж карданных валов согласно изложенным правилам должен производиться до балансировки. Положение шарниров должно быть обозначено стрелками.
- 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
Работа карданного вала. Work propeller shaft.Скачать
Почему рвёт крестовины и как с этим бороться? | Hook Joint | Дорабатываем карданный валСкачать
Устройство карданной передачи автомобиляСкачать
Работа карданного вала 00 20Скачать
Карданные валы, вилки в одной плоскости или нет? Раздатка ГАЗ 66 на Газель/Соболь, вибрации.Скачать
Принцип работы двойной шарнирной карданной передачиСкачать
КАК ИЗМЕНИТЬ УГОЛ ЗАДНЕГО КАРДАНА НА УАЗИКЕ?Скачать
Станок БВИ 03-88 для балансировки карданных валовСкачать
Карданный вал с двойной крестовиной Что он дает для УАЗСкачать
Подбор карданного вала к сельхоз техникеСкачать
Самодельный вездеход .. Угол кардана ..Скачать
Карданный вал - что это такое, проблемы, балансировкаСкачать
Как работает кардан?Скачать
Назначение, устройство и работа карданной передачиСкачать
Сделай это и ты забудешь про кардан! "Лайффаки" от IZHSWAP.Скачать
Работа карданного вала ГАЗельСкачать
КАРДАННЫЙ ВАЛ.ЧТОБ НЕ БЫЛО ВИБРАЦИИ!!!Скачать
Широкоугольные шарнирыСкачать
