КГТУ им. А.Н.Туполева каф. АиАХ АВТОМОБИЛИ (Конструкция)
лекции, тесты, практические занятия, экзаменационные вопросы, литература
Рис. 7.1. Расположение карданных передач на автомобилях: а - в двухосном с приводом на заднюю ось; б - в двухосном с приводом на обе оси - в трехосном с приводом на все оси. 1 - коробка передач; 2 - промежуточный карданный вал; 3, 11 - промежуточные опоры; 4 - основной карданный вал; 5, 7, 9 - ведущие мосты; 6 - карданный вал привода переднего моста; 10, 12 - дополнительные карданные валы
ТЕМА 7
7.1. Назначение и расположение
Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента от одного механизма к другому, если оси их валов изменяют взаимное положение или не лежат на одной прямой.
Карданная передача чаще всего соединяет ведомый (вторичный) вал коробки передач или раздаточной коробки с ведущим валом главной передачи моста.
Коробка передач крепится на раме (кузове), а ведущий мост присоединен к раме или кузову через подвеску и может перемещаться относительно рамы. Поэтому, при движении автомобиля взаимное положение этих механизмов изменяется.
Примеры расположения карданных передач показаны на рис 7.1.
Карданные шарниры это устройства, обеспечивающие передачу крутящего момента между валами, если оси их пересекаются под углом. Различают карданные шарниры равных и неравных угловых скоростей. Последние бывают жесткими и упругими рис 7.2.
Жесткий карданный шарнир неравных угловых скоростей передает момент через подвижные соединения жестких деталей. Он состоит из вилок 3 и 5 рис. 7.2б, в отверстия которых вставлены концы А, Б, В и Г соединительного элемента – крестовины 4. Вилки жестко закреплены на валах 1 и 2.
При повороте вала 1 вокруг своей оси на угол
α вал 2 поворачивается вокруг своей оси на угол β.Соотношение между углами определяется выражением tg
α = tg β·cos γ, где γ - угол наклона оси вала 2 относительно оси вала 1. Из выражения следует, что каждые 90º поворота вала 1 угол β становится то больше, то меньше угла α, то равен ему. Следовательно, при равномерном вращении вала 1 вал 2 вращается неравномерно, его частота меняется по синусоидальному закону. Неравномерность тем больше, чем больше угол γ.Чтобы избежать неравномерного вращения ведущих колес автомобиля в карданной передаче устанавливают два карданных шарнира, причем так, чтобы углы
γ1 и γ2 (рис 7.2а) были равны, а вилки карданных шарниров, закрепленные на неравномерно вращающемся валу 5, располагались в одной плоскости.Углы
γ для жестких карданных шарниров могут достигать 15…20°.Упругие карданные шарниры устанавливают при
γ = 2…3°. Их действие основано на упругой деформации специальных соединительных элементов 2.Одновременно эти элементы выполняют функции дополнительных гасителей крутильных колебаний.
Типовая конструкция карданного вала показана на рис. 7.4, а конструкция простейшей карданной передачи с промежуточной опорой в виде, так называемого подвесного подшипника показана на рис.7.3.
Карданные шарниры равных угловых скоростей исключают неравномерность вращения ведомого вала карданной передачи. Принцип действия карданного шарнира равных угловых скоростей показан на схеме рис 7.2в. Валы 1 и 2 соединены между собой рычагами 3 и 4. Рычаги контактируют между собой в точке Б. При вращении валов линейная скорость точки Б одинакова для обоих рычагов, т.е. V
= ω1·b = ω2·a. Равенство угловых скоростей ω1 = ω2 возможна, если b = a. Это условие выполнимо, если угол Θ равен углу Ψ, т.е., если точка Б контакта рычагов лежит на биссектрисе угла 180 - γ. При вращении точка Б должна перемещаться по биссекторной плоскости. Конструктивно это условие можно выполнить разными способами.На рис 7.5 изображен шариковый карданный шарнир равных угловых скоростей с делительными канавками. На рис.7.5а показан продольный разрез и детали шарикового карданного шарнира равных угловых скоростей с делительными канавками. Здесь вилки 1 и 5 имеют по четыре делительные канавки 2 и 4, средние линии которых представляют собой окружности с центрами О1 и О2, равноудаленные от центра шарнира О. При сборке шарнира в канавки вилок, расположенных под прямым углом, закладывают четыре рабочих шарнира 3. Предварительно между вилками устанавливают центрирующий шарик 6 на штифт 8, который входит в отверстие шарика 6 и одной из вилок. От осевых смещений штифт 8 удерживается штифтом 7. Так как рабочие шарики расположены симметрично относительно центра шарнира, то при передаче момента под углом центры шариков, 3 описывают окружности, которые находятся в биссекторной плоскости (рис 7.5б).
При этом, в передаче момента участвуют только два шарика. Такой шарнир работает до углов между валами до 40
º.На рис 7.6 показана другая конструкция шарикового карданного шарнира равных угловых скоростей. Он называется шарниром с делительным рычажком. Здесь в передаче крутящего момента участвуют все шарики (6 штук), что уменьшает контактное напряжение и увеличивает срок службы шарнира.
На рис 7.6а показаны детали шарнира, а на рис 7.6б его расположение в приводе ведущего управляемого колеса. Детали шарнира расположены в чашке 1, имеющей на внутренней поверхности шесть меридиональных сферических канавок. Такие же канавки сделаны в обойме 3, в шлицевое отверстие которой входит ведущий вал. Делительное устройство, устанавливающее шарики 4 в биссекторной плоскости, состоит из сепаратора 2, сферической чашки 5 и делительного рычажка 6. Делительный рычажок сферическими поверхностями входит в гнезда ведущего и ведомого вала и в отверстие сферической чашки 5. Пружиной 7 он прижимается к ведомому валу. Длины плеч рычажка 6 подобраны таким образом, что при передаче момента под углом рычажок 6 поворачивает сепаратор 2 с шариками 4 на угол, равный половине угла между осями ведущего и ведомого вала, т.е. он устанавливает шарики в биссекторной плоскости. Такой шарнир работает до углов 35
º.На рис 7.7 показан третий тип карданного шарнира равных угловых скоростей, так называемый кулачковый карданный шарнир.
Здесь изображен шарнир привода ведущего управляемого колеса автомобиля Урал 375. Шарнир состоит из вилок 2 и 6, связанных с наружной 1 и внутренней 7 полуосями. В вилки вставлены кулаки 3 и 5. В пазы кулаков входит диск 4, представляющий собой промежуточное звено шарнира.
Можно привести еще много конструктивных решений шарниров равных угловых скоростей, например, в приводе передних ведущих управляемых колес автомобиля «Нива», «ВАЗ»-2121 применен в качестве внутреннего шарнира карданной передачи шарнир, позволяющий совершать осевые перемещения при уменьшении расстояния между мостом и управляемыми колесами (рис 7.8).
Рис. 7.2. Схема карданной передачи: а – общая; б – жесткого карданного шарнира неравных угловых скоростей; в – карданного шарнира равных угловых скоростей.
Рис.7.3. Карданная передача автомобиля ВАЗ – 2101: 1,3 – вилки, 2 – резиновый соединитель, 4 – промежуточная опора.
Рис. 7.4. Карданный вал: 1,7 – скользящая и фланцевая вилки, 2 – крестовина, 3 – сальник, 4 – игольчатый подшипник, 5 – стопорное кольцо, 6 – труба вала.
Рис. 7.5. Шариковый карданный шарнир равных угловых скоростей с делительными канавками: а – продольный разрез и детали; б – принцип действия; 1, 5 - вилки; 2, 4 - криволинейные канавки; 3, 6 - шарики; 7, 8 - шпильки; 9 - установочное кольцо
Рис. 7.6. Карданная передача с шарнирным карданным шарниром равных угловых скоростей с делительным рычажком: а – детали шарнира; б - продольный разрез. 1 - чашка; 2 - сепаратор; 3 - обойма; 4 - шарики; 5 - сферическая чашка; 6 - делительный рычажок; 7 - пружина
Рис. 7.7. Сдвоенный кулачковый карданный шарнир равных угловых скоростей: 1 – карданная полуось, 2,6 – вилки, 3,5 – кулаки, 4 – диск.
Рис. 7.8. Привод переднего колеса автомобиля «ВАЗ»–2121, «Нива»: а – конструкция; б – схема наружного шарнира. 1,7 – внутренний и наружный шарнир, 2,5 – защитные чехлы, 3,6 – защитный кожух, 4 – вал.
