ЗІЛ-130

Огляд конструкций.

Карданні передачі застосовують у трансмиссиях автомобілів для силовий зв’язку механізмів, вали яких немає соосны чи розташовані з точки, причому взаємне становище їх не може змінюватися у процесі руху. Карданні передачі може мати чи кілька карданних шарнірів, з'єднаних карданными валами, і проміжної опори. Карданні передачі застосовуються також і приводу допоміжних механизмов.

До карданным передачам пред’являють такі вимоги:. Передача крутящего моменту без створення додаткових навантажень в трансмісії (изгибающих, скручивающих, вібраційних, осьових);. Можливість передачі крутящего моменту із забезпеченням рівності кутових швидкостей ведучого і відомого валів незалежно від кута між соединяемыми валами;. Високий ККД;. Безшумність;. Кути нахилу карданних валів би мало бути наскільки можна мінімальними, бо за цьому карданна передача працюватиме з вищим КПД.

(проте занадто малі кути можуть викликати ефект бринелления);. Жорсткість карданной передачі треба обирати з урахуванням динамічних характеристик всіх елементів трансмісії;. Критичні числа оборотів карданной передачі би мало бути вище чисел оборотів максимально можливих в умовах експлуатації. Елементами карданной передачі є карданний вал (вали) карданний шарнір (Рис.3), проміжна опора і пружні муфти. З положень цих елементів карданні шарніри, відрізняються більшою розмаїтістю конструкцій й у набольшей мірою впливають на характеристику карданной передачи.

Тип карданной передачі визначається, як її розташуванням щодо автомобіля, і типом карданів і наявністю чи відсутністю компенсуючого устройства.

Закрита карданна передача (Мал.1) застосовується для легкових і вантажних автомобілів, у яких реактивний той час у задньому мосту сприймається трубою, карданна передача розміщається всередині труби. Інколи це труба служить передачі що штовхають зусиль. Оскільки довжина карданного валу у такому конструкції не змінюється при відносних переміщеннях кузова і заднього мосту, яке компенсує з'єднання в карданной передачі подібного типу відсутня використовується лише одне карданний шарнір. У цьому нерівномірність обертання карданного валу певною мірою компенсується його упругостью.

Відкриті карданні передачі (Рис.2) застосовуються для автомобілів в яких реактивний момент сприймається ресорами чи реактивними тягами. Карданна передача повинен мати щонайменше двох шарнірів і яке компенсує з'єднання, оскільки відстань між шарнірами у процесі руху изменяется.

На длиннобазных автомобілях часто карданна передача і двох валів: проміжного і головного. Це необхідна за тому випадку, коли застосування довгого валу можуть призвести до небезпечних поперечним колебаниям, в результаті збіги його критичної кутовий швидкості з експлуатаційної. Короткий вал володіє більш як високої критичної скоростью.

Карданні передачі рівних кутових швидкостей (синхронні), застосовують у привід провідних підприємств і одночасно керованих коліс, кут нахилу відомого валу залежно від конструкції шарніра може становити 450. Деякі конструкції синхронних шарнірів виконуються з компенсуючим пристроєм всередині механізму, тобто. універсальними. Прості шарніри від універсальних тим, що компенсація осьового переміщення здійснюється над них, а шлицевом соединении.

У основі конструкцій карданних шарнірів рівних кутових швидкостей (далі ШРУС) лежить єдиний принцип: точки контакту, якими передаються окружні сили, перебувають у биссекторной площині валов.

Конструкції таких ШРУСов різноманітні. Розглянемо найбільш применяемые.

Четырехшариковый карданний шарнір з делительными канавками (типу «Вейс»)(Рис.4). Встановлено ряд вітчизняних автомобілів в привід управління коліс. При русі автомобіль вперед зусилля передається однієї парою кульок; придвижении заднім ходом — інший парою. ШРУС цього забезпечує кут між валами [pic].

[pic] Переваги:. Мала трудомісткість виготовлення (найменша проти ШРУСами інших типів);. Простота конструкції;. Високий ККД, т.к. у ньому переважає тертя качения; Недоліки:. Передача зусилля лише двома кульками при теоретично точковому контакті призводить до виникнення великих контактних напруг (встановлюється на машини з навантаженням на вісь не вище 25 — 30 кН);. Працюючи виникають розпірні навантаження, якщо центр шарніра не лежить осі шкворня;. Довговічність в експлуатації звичайно перевищує 25 — 30 тис. км.

Шестишариковый ШРУС з делительным важільцем (типу «Рцепп»)(Рис.5). Основними елементами цього шарніра є сферичний кулак 4, закріплений на шлицах валу 5 і сферична чашка 3, що з іншим валом 1. На кулаку і внутрішній стороні чашки выфрезерованно по шість меридіональних канавок півкруглого перерізу. У канавках розміщено шість кульок, пов’язані сепаратором 6. При нахилі валів кульки встановлюються в биссекторной площині з допомогою делительного важелів 2, який повертає котра спрямовує чашку 7, а із нею і сепаратор. Пружина 8 служить для поджатия делительного важелів до [pic] Переваги:. Оскільки зусилля у цьому шарнірі передаються шістьма кульками, він забезпечує передачу великого крутий. моменту при малих розмірах;. Розпірні навантаження відсутні в шарнірі, якщо центр останнього збігаються з віссю шкворня;. Шарнір має великий надійністю;. Високий ККД; Недоліки:. Технологічно складний у виготовленні;. Усі деталі його піддаються токарной і фрезерной обробці за дотриманням суворих допусків, які забезпечують передачу зусиль усіма кульками;. Висока стоимость.

Шестишариковый карданний шарнір з делительным канавками (типу «Бирфильд»)(Рис.6). На кулаку 4, поверхню якого виконано по сфері радіуса R1 выфрезеровано шість канавок. Канавки кулака мають зміну глибину. Внутрішня поверхню корпусу 1 виконано по сфері радіуса R2 і також має шість канавок перемінної глибини. Сепаратор 3, у якому розміщені кульки 2, має зовнішні та внутрішні поверхні, виконані по сфері радіусів відповідно R1 і R2. У положенні, коли вали соосны, кульки перебувають у площині, перпендикулярної осях валів, що проходить через центр шариков.

При нахилі однієї з валів 5 на кут (верхній кулька виштовхується з звужено простору канавок вправо, а нижній кулька переміщається сепаратором вліво. Центри кульок завжди перебувають у перетині осей канавок. Це забезпечує їхню прихильність в биссекторной площині, що є умовою синхронного обертання валов.

[pic].

Достоинства:. Відсутність делительного важелів дозволяє цьому шарниру працювати у угле.

(= 470;. ККД при малих кутках вище 0,99;. Ресурс приблизно 150 тис. км. (за умови герметичності гумового захисного чохла); Недоліки:. ККД при (= 300 — 0,97;. Порівняно великих втрат пояснюються тим, що з тертям качения йому характерно тертя ковзання. Шарнір простий, тому потрібно яке компенсує устройство.

Універсальний шестишариковый карданний шарнір (типу ГНК)(Рис.7). На поверхні циліндричного корпусу шарніра нарізані шість поздовжніх канавок еліптичного перерізу, таку ж канавки є на сферичної поверхні кулака паралельно подовжньої осі валу. У канавках розміщуються шість «кульок», встановлених в сепараторе. Осьове переміщення іде за рахунок подовжнім канавкам корпусу, причому переміщення карданного шарніра одно робочої довжині канавок корпусу, що впливає розміри шарнира.

[pic].

Недостатки:. При осьових переміщення кульки не перекриваються, а ковзають, що снижает.

ККД шарніра.. Кут [pic] до [pic].

Універсальний шести кульковий карданний шарнір з делительными канавками (типу «Лебро»)(Рис.8). Вона складається з циліндричного корпусу 1 внутрішній поверхні якого з точки (примерно15 — 160) до котра утворює циліндра нарізані шість прямих канавок; сферичного кулака 2 також із нарізаними з його поверхні шістьма канавками і сепаратора 3 з кульками 4, центрируемыми зовнішньої сферичної поверхнею по внутрішньої циліндричною поверхні корпусу 1. Кульки встановлюються в перетинах канавок, ніж забезпечується синхронність обертання валів, оскільки кульки, незалежно від кута між валами, завжди перебувають у биссекторной плоскости.

[pic].

Трехшиповой карданний шарнір (типу «Трипод»). Конструктивно ці шарніри мають два виконання: шарніри дозволяють передавати момент при кутках (до 430, але з допускають осьових переміщень (див. мал.9), і універсальні шарніри, але працюючі при порівняно невеликих кутках між валами (рис.10). У цьому вся шарнірі рівність кутових швидкостей валів досягається завдяки зміни становища центру кінця вала.

Здвоєний шарнір. Ці шарніри може мати різні конструкції. Один з вар’янтів: два шарніра нерівних кутових швидкостей об'єднуються загальної виделкою. Рівність кутових швидкостей має забезпечуватися делительным важільцем. Але такий рівність можливе лише за рівність кутів (1 = (2, що за даної конструкції порушується точно, т.к. при нахилі валу плече, що з лівим валом, постійний, а плече, що з іншим валом, збільшується. Тож у здвоєному шарнірі з делительным важільцем синхронне обертання соединяемых валів може бути забезпечене лише з певним наближенням. Коефіцієнт нерівномірності здвоєного шарніра залежить від кута між валами. Наприклад, при (= 300 коефіцієнт нерівномірності вбирається у 1%, що у 30 разів менша коефіцієнт нерівномірності шарніра нерівних кутових швидкостей у своїй ж [pic]. Недоліки:. Для подвійного шарніра на голчастих підшипниках характерний значну зношеність цих підшипників і шипів хрестовини. Це переважно прямолінійного руху автомобіль, де голки підшипників не перекочуються. Унаслідок чого поверхні деталей із якими торкаються одна одної піддаються бринеллированию.

Кулачковый карданний шарнир (Рис. 11 і рис.12). Кулачковые шарніри застосовуються автомобілями великої вантажопідйомності в привід до провідним керованим колесам. Якщо по осі симетрії кулачковый карданний шарнір нерівних кутових швидкостей з фіксованими осями качання (як і як в здвоєного карданного шарніра). Наявність розвинених поверхонь взаємодіючих деталей шарнір здатний передавати значний за величиною крутний момент забезпечивши кута між валами 45 — 500.

[pic].

[pic].

ККД кулачковых шарнірів нижче, ніж ККД інших шарнірів рівних кутових швидкостей, оскільки їхнього елементів характерно тертя ковзання. У експлуатації спостерігається значний нагрівання, котрий іноді задираки деталей шарніра внаслідок незадовільного підвода мастильного матеріалу до поверхні трения.

Пружні полукарданные шарніри (рис.14) встановлюються головним чином у карданних передачах легкових авто у, і залежно від конструкції кут нахилу валу то, можливо 8 (100.

Пружний полукарданный шарнір допускає передачу крутящего моменту від одного валу до іншого, що під деяким кутом, завдяки деформації пружного ланки, який зв’язує обидва валу. Пружне ланка то, можливо гумовим (рис.13), резинотканевым чи гумовим, посиленим сталевим тросом. У разі полукарданный шарнір може передавати значний крутний початок і під трохи більшим кутом, ніж у у перших двох случаях.

Достоинства:. Зниження динамічних навантажень при різких змінах частоти вращения.

(наприклад, при різкому включенні зчеплення);. Відсутність необхідності обслуговування у процесі експлуатації;. Завдяки еластичності такий шарнір допускає невеличке осьове переміщення карданного валу. Недоліки:. Пружний полукарданный шарнір повинен центрироваться, інакше порушитися балансування карданного вала.

Жорсткі полукарданные шарніри використовують із компенсації неточності монтажу соединяемых механізмів на недостатньо жорсткому підставі. Вони допускають кут нахилу валу трохи більше 20. Нині автомобілями застосовується дуже рідко. Причиною цього є недоліки, властиві такому шарниру: швидке зношування, трудомісткість виготовлення, шум при работе.

Карданні шарніри нерівних кутових швидкостей (асинхронні), мають дві фіксовані осі качання, використав карданной передачі при нахилі відомого валу зазвичай на кут трохи більше 200. Універсальні шарніри відрізняються від простих тим, що мені осьова компенсація ввозяться самому механізмі шарніра, а чи не в шлицевом соединении.

Типова конструкція карданного шарніра нерівних кутових швидкостей є хрестовина з голчастими підшипниками, розміщеними в колпачках.

Застосовувані у сприйнятті сучасних автомобілях карданні шарніри нерівних кутових швидкостей на голчастих підшипниках задовольняють поставленим вимогам за умови, якщо шарнір має раціональну конструкцію, технологія виробництва суворо дотримується, а голчасті підшипники надійно змазуються. Недоліки:. ККД карданного шарніра залежить від кута (між соединяемыми валами. Зі збільшенням (ККД різко знижується;. Надійність і довговічність сильно залежить від якості мастила голчастого підшипника;. Хрестовина карданного шарніра повинна суворо центрироваться.

Отже, проаналізувавши різні типи карданних передач і карданних шарнірів можна здійснити вибір прототипу карданной передачі, переймаючись такими требованиями:

1. Максимальний крутний момент дорівнює 610 кгс (м (I-ая передача).

2. Nmax = 3500 об/мин.;

3. (max = 180;

4. lк/п = 2,5 м.

З огляду на, довжину карданной передачі й обертів двигуна доцільно застосувати просту двухвальную карданную передачу з одного проміжної опорою й трьома шарнірами. Карданні шарніри нерівних кутових швидкостей в тому випадку будуть краще, у перших, кут (дозволяє застосування даних шарнірів, по-друге, застосування шарнірів рівних кутових швидкостей призведе до серйозного подорожчання конструкции.

На автомобілі ЗИЛ-130 застосовується саме така сама карданна передача, тому є у ролі прототипу взяти карданную передачу автомобіля ЗИЛ-130, без жодних змін і «зробити перевірочний розрахунок до можливості передачі зрослого крутящего момента.

———————————- жесткий упругий.

Неравных.

Угловых.

Скоростей.

(асинхронный).

Равных.

Угловых.

Скоростей.

(синхронный) простой универсальный шариковый шиповой сдвоенный кулачковый простой универсальный С делительными канавками С делительным рычажком четырехшариковый Шестиі вісімшариковый простой универсальный Карданный шарнир

[pic].

[pic].

Карданная передача закрытая открытая Рис. 8 Карданний шарнір типу «Лебро «.

Рис. 7 Карданний шарнір типу «ГНК «.

Рис. 6 Карданний шарнір типу «Бирфильд «.

Рис. 5 Карданний шарнір типу «Рцепп «.

Рис. 4 Карданний шарнір типу «Вейс «.

Рис. 3 Класифікація карданних шарниров Рис. 2 Відкрита карданна передача Рис. 1 Закрита карданна передача Рис. 14. Карданна передача з пружним полукарданным шарніром: 1и3 — фланці; 2 — втулка; 4 — карданний вал; 5 — центрирующее кольцо.

Рис. 13. Пружне звено Рис. 12 «Шарнір Тракта».

Состоит:

1 і 4 дві вилки.

2 і трьох два фасонных кулака.

Рис. 11 Дисковий кулачковый карданний шарнир.

Состоит:

1 і 4 дві вилки.

2 і трьох два кулака.

5 диск.

Преимущества:. Малі втрати при осьовому переміщенні, оскільки це забезпечується практично лише качением, який визначає високий КПД.

Рис. 10.

Рис. 9.

Достоинства:. Має найменші розміри, ніж шарнірів інших типів. Сепаратор не виконує функції розподілу кута між валами, менше навантажений, тому вимоги до точності виготовлення менше.. Шарнір має високий ККД (0,99 при.(= 100).

гнезду в торці валу 5 за зміни становища важелів внаслідок нахилу валів. Точність установки кульок в биссекторной площині залежить від добору плечей делительного важелів. (на схемою рис. в).

Карданний шарнір з делительным важільцем допускає максимальний кут (= 370.

Канавки в кулаках 2 і трьох нарізані по дузі окружності радіуса R'. Чотири кульки 6 распологаются на перетині симетрично розташованих канавок 5 в биссекторной площині, що забезпечує рівність кутових швидкостей валів 1 і 4. Кулька 7 центрирующий.

полный полукарданный.