Обзор конструкций

Карданные передачи применяются в трансмиссиях автомобилей для силовой связи механизмов, валы которых не соосны или расположены под углом, причем взаимное положение их может меняться в процессе движения. Карданные передачи могут иметь один или несколько карданных шарниров, соединенных карданными валами, и промежуточной опоры. Карданные передачи применяются также для привода вспомогательных механизмов.

К карданным передачам предъявляют следующие требования:
. Передача крутящего момента без создания дополнительных нагрузок в трансмиссии (изгибающих, скручивающих, вибрационных, осевых);
. Возможность передачи крутящего момента с обеспечением равенства угловых скоростей ведущего и ведомого валов независимо от угла между соединяемыми валами;
. Высокий КПД;
. Бесшумность;
. Углы наклона карданных валов должны быть по возможности минимальными, так как при этом карданная передача будет работать с более высоким КПД

(однако слишком малые углы могут вызывать эффект бринелления);
. Жесткость карданной передачи надо выбирать с учетом динамических характеристик всех элементов трансмиссии;
. Критические числа оборотов карданной передачи должны быть выше чисел оборотов максимально возможных по условиям эксплуатации.
Элементами карданной передачи являются карданный вал (валы) карданный шарнир (Рис.3), промежуточная опора и упругие муфты. Из этих элементов карданные шарниры, отличаются большим разнообразием конструкций и в набольшей степени влияют на характеристику карданной передачи.

Тип карданной передачи определяется, как её расположением относительно автомобиля, так и типом карданов и наличием или отсутствием компенсирующего устройства.

Закрытая карданная передача (Рис.1) применяется для легковых и грузовых автомобилей, в которых реактивный момент в заднем мосту воспринимается трубой, карданная передача размещается внутри трубы. Иногда эта труба служит для передачи толкающих усилий. Поскольку длина карданного вала в такой конструкции не изменяется при относительных перемещениях кузова и заднего моста, компенсирующее соединение в карданной передаче такого типа отсутствует и используется только один карданный шарнир. При этом неравномерность вращения карданного вала в некоторой степени компенсируется его упругостью.

Открытые карданные передачи (Рис.2) применяются для автомобилей в которых реактивный момент воспринимается рессорами или реактивными тягами.
Карданная передача должна иметь не менее двух шарниров и компенсирующее соединение, так как расстояние между шарнирами в процессе движения изменяется.

На длиннобазных автомобилях часто карданная передача состоит из двух валов: промежуточного и главного. Это необходимо в тех случаях, когда применение длинного вала может привести к опасным поперечным колебаниям,

в результате совпадения его критической угловой скорости с эксплуатационной. Короткий вал обладает более высокой критической скоростью.

Карданные передачи равных угловых скоростей (синхронные), применяют в приводе ведущих и одновременно управляемых колес, угол наклона ведомого вала в зависимости от конструкции шарнира может достигать 450. Некоторые конструкции синхронных шарниров выполняются с компенсирующим устройством внутри механизма, т.е. универсальными. Простые шарниры отличаются от универсальных тем, что компенсация осевого перемещения осуществляется не в них, а в шлицевом соединении.

В основе всех конструкций карданных шарниров равных угловых скоростей
(далее ШРУС) лежит единый принцип: точки контакта, через которые передаются окружные силы, находятся в биссекторной плоскости валов.

Конструкции таких ШРУСов разнообразны. Рассмотрим наиболее применяемые.

Четырехшариковый карданный шарнир с делительными канавками (типа
«Вейс»)(Рис.4). Установлен на ряде отечественных автомобилей в приводе управления колес. При движении автомобиль вперед усилие передается одной парой шариков; придвижении задним ходом – другой парой. ШРУС этого типа обеспечивает угол между валами [pic].

[pic]
Достоинства:
. Малая трудоемкость изготовления (наименьшая по сравнению с ШРУСами других типов);
. Простота конструкции;
. Высокий КПД, т.к. в нем преобладает трение качения;
Недостатки:
. Передача усилия только двумя шариками при теоретически точечном контакте приводит к возникновению больших контактных напряжений (устанавливается на машины с нагрузкой на ось не выше 25 – 30 кН);
. При работе возникают распорные нагрузки, особенно если центр шарнира не лежит на оси шкворня;
. Долговечность в эксплуатации обычно не превышает 25 – 30 тыс. км.

Шестишариковый ШРУС с делительным рычажком (типа «Рцепп»)(Рис.5).
Основными элементами этого шарнира являются сферический кулак 4, закрепленный на шлицах вала 5 и сферическая чашка 3, связанная с другим валом 1. На кулаке и на внутренней стороне чашки выфрезерованно по шесть меридиональных канавок полукруглого сечения. В канавках размещено шесть шариков, которые связаны сепаратором 6. При наклоне валов шарики устанавливаются в биссекторной плоскости при помощи делительного рычажка 2, который поворачивает направляющую чашку 7, а вместе с ней и сепаратор.
Пружина 8 служит для поджатия делительного рычажка к
[pic]
Достоинства:
. Так как усилия в этом шарнире передаются шестью шариками, он обеспечивает передачу большого крут. момента при малых размерах;
. Распорные нагрузки отсутствуют в шарнире, если центр последнего совпадает с осью шкворня;
. Шарнир обладает большой надежностью;
. Высокий КПД;
Недостатки:
. Технологически сложен в изготовлении;
. Все детали его подвергаются токарной и фрезерной обработке с соблюдением строгих допусков, обеспечивающих передачу усилий всеми шариками;
. Высокая стоимость.

Шестишариковый карданный шарнир с делительным канавками (типа
«Бирфильд»)(Рис.6). На кулаке 4, поверхность которого выполнена по сфере радиуса R1 выфрезеровано шесть канавок. Канавки кулака имеют переменную глубину. Внутренняя поверхность корпуса 1 выполнена по сфере радиуса R2 и также имеет шесть канавок переменной глубины. Сепаратор 3, в котором размещены шарики 2, имеет наружные и внутренние поверхности, выполненные по сфере радиусов соответственно R1 и R2. В положении, когда валы соосны, шарики находятся в плоскости, перпендикулярной осям валов, проходящей через центр шариков.

При наклоне одного из валов 5 на угол ( верхний шарик выталкивается из сужающего пространства канавок вправо, а нижний шарик перемещается сепаратором влево. Центры шариков всегда находятся на пересечении осей канавок. Это обеспечивает их расположение в биссекторной плоскости, что является условием синхронного вращения валов.

[pic]

Достоинства:
. Отсутствие делительного рычажка позволяет этому шарниру работать при угле

( = 470;
. КПД при малых углах выше 0,99;
. Ресурс примерно 150 тыс. км. (при условии герметичности резинового защитного чехла);
Недостатки:
. КПД при ( = 300 – 0,97;
. Сравнительно большие потери объясняются тем, что наряду с трением качения для него характерно трение скольжения
. Шарнир простой, поэтому требуется компенсирующее устройство.

Универсальный шестишариковый карданный шарнир (типа ГНК)(Рис.7). На внутренней поверхности цилиндрического корпуса шарнира нарезаны шесть продольных канавок эллиптического сечения, такие же канавки имеются на сферической поверхности кулака параллельно продольной оси вала. В канавках размещаются шесть «шариков», установленных в сепараторе. Осевое перемещение происходит по продольным канавкам корпуса, причем перемещение карданного шарнира равно рабочей длине канавок корпуса, что влияет на размеры шарнира.

[pic]

Недостатки:
. При осевых перемещения шарики не перекрываются, а скользят, что снижает

КПД шарнира.
. Угол [pic] до [pic]

Универсальный шести шариковый карданный шарнир с делительными канавками
(типа «Лебро»)(Рис.8). Состоит из цилиндрического корпуса 1 на внутренней поверхности которого под углом (примерно15 - 160) к образующей цилиндра нарезаны шесть прямых канавок; сферического кулака 2 так же с нарезанными на его поверхности шестью канавками и сепаратора 3 с шариками 4, центрируемыми наружной сферической поверхностью по внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1. Шарики устанавливаются в пересечениях канавок, чем обеспечивается синхронность вращения валов, так как шарики, независимо от угла между валами, всегда находятся в биссекторной плоскости.