Трехшиповые шарниры
В показанном на рисунке 1.10 трехшиповом шарнире (такие шарниры называют «трипод») крутящий момент от ведущего вала 5 передают три сферических ролика 5, которые установлены на радиальных шипах 2, жестко связанных с корпусом 1 ведомого вала. Шипы расположены под углом 120° один относительно другого. Ведущий вал имеет трехпальцевую вилку 4, в цилиндрические пазы которой входят ролики. При передаче момента между несоосными валами ролики перекатываются со скольжением вдоль пазов и одновременно скользят в радиальном направлении относительно шипов. Предельный угол между осями валов до 40°.
Рисунок 1.10 – Трехшиповой шарнир
Такой шарнир впервые был использован в конце 60-х годов на переднеприводном легковом автомобиле.
Наряду с описанной существуют конструкции, в которых шипы соединены не с корпусом шарнира, а с валом.
Особенностью кинематики шарнира «трипод» является то, что в отличие от шариковых шарниров передача момента от ведущих элементов на ведомые происходит не в биссекторной плоскости, а в плоскости, проходящей через оси шипов. Анализ достаточно сложной кинематики шарнира показывает, что равенство частот вращения ведущего и ведомого валов обеспечивается при любом взаиморасположении их осей.
Принципиальным недостатком трехшипового шарнира является прецессия (движение оси вращения твердого тела, при котором она описывает коническую поверхность) одного из валов относительно центра шарнира при угловом отклонении осей ведущего и ведомого валов. Особенностью прецессионного движения оси вала в данном случае является то, что, двигаясь по траектории, образующей в пространстве некоторую конусную поверхность, и являясь образующей этого конуса, она вращается вокруг его оси с частотой, втрое большей, чем частота вращения шарнира. Следовательно, применение такого шарнира ограничивается областью низких частот вращения. Кроме того, прецессия вала вынуждает устанавливать другой его конец в шарнире или в самоустанавливающемся подшипнике. Поскольку прецессия вызывает инерционный эффект, она весьма нежелательна при больших размерах и массе шарниров [1], [2], [4].
Варианты привода колес автомобиля и используемые типы шарниров равных угловых скоростей
Передний привод
Для передачи мощности с центрального дифференциала, трансмиссии или ведущего моста на передние колёса применяется пара коротких приводных валов. На большинстве современных переднеприводных автомобилей применяется поперечное расположение двигателя, что обеспечивает лучшую тягу и безопасность для обычного водителя, особенно в плохую погоду.
Однако, в условиях, когда на передние колёса и тормоза приходится около 75% тормозного усилия и 60-70% веса автомобиля, рекомендуются более частые осмотры тормозов и шин.
Рисунок 2.1 – Схема переднего привода колес автомобиля
В данной конструкции преймущественно используются шарниры Рцеппа [2], [3].
Задний привод
На большинстве заднеприводных автомобилей применяется продольное расположение двигателя в передней части автомобиля. Привод задних колёс осуществляется при помощи приводных валов, соединённых с дифференциалом, расположенным между валами. Такая компоновка широко применяется на пикапах, спортивных автомобилях и автомобилях представительского класса, но на обычных автомобилях применяется передний привод, что обусловлено более низкой стоимостью.
Рисунок 2.2 – Схема заднего привода колес автомобиля
На заднеприводных автомобилях имеет место более равномерное распределение веса между передней и задней осями, что позволяет задним тормозам и шинам работать более эффективно. Результатом часто является лучшая способность автомобиля к прохождению поворотов, лучшее торможение и более плавное движение. Инженеры применяют такие виды шарниров как: шариковые, кулачковые, редко трехшиповые [2], [3].