Трехшиповые шарниры

В показанном на рис. 5.17 трехшиповом шарнире (такие шар­ниры называют «трипод») крутящий момент от ведущего вала 5 передают три сферических ролика J, которые установлены на ра­диальных шипах 2, жестко связанных с корпусом / 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°. 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 относи-

Рис.5.17. Шарнир «трипод»

тельно 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.

Особенности работы карданной передачи в приводе ведущих колес

Привод ведущих колес, как правило, включает в себя элементы карданной передачи, если в конструкции автомобиля используется одно из следующих или оба конструктивных решения:

- ведущие колеса одновременно являются управляемыми (пе­реднеприводные и полноприводные автомобили);

- главная передача подрессорена (закреплена на несущей сис­теме).

Наличие подрессоренной главной передачи предполагает ис­пользование приводных валов колес, качающихся относительно ее картера. В этом случае возможны три разновидности конструкции: 1) без использования карданных шарниров; 2) с использованием шарниров неравных угловых скоростей; 3) с использованием шар­ниров равных угловых скоростей.

Первая конструктивная схема показана на рис. 9.6. Такая кон­струкция имеет ряд недостатков и применяется весьма редко. Гораздо чаще (в основном на неуправляемых мостах) используются при­водные валы с шарнирами неравных угловых скоростей. Один из вариантов такого конструктивного решения приведен на рис. 9.7. Третья разновидность конструкции привода ведущих колес показана на рис. 6.3.

Для согласования кинематики подвески и привода ведущих колес последний должен иметь механизм изменения длины вала. Ис­пользование в данном случае подвижных шлицевых муфт нераци­онально, поскольку передача больших крутящих моментов при малом диаметре шлицев приводит к появлению значительных осевых сил трения, что отрицательно сказывается на работе подвески и ухудшает комфортабельность автомобиля.

Рис. 5.18. Шарнир неравных угловых ско­ростей, допускающий осевое смещение валов

Рис. 5.19. Шарнир с шариковой муфтой

Стремление избавиться от подвижной шлицевой муфты привело к использованию кар­данных шарниров, допускающих относительное осевое перемеще­ние их элементов. Простейшие шарниры неравных угловых ско­ростей, устанавливаемые непо­средственно в картере главной передачи, позволяют компенси­ровать изменение расстояния между главной передачей и ве­дущими колесами. Такая конст­рукция показана на рис. 5.18. При работе подвески сухари 1, надетые на шипы 2, скользят в пазах, выполненных непосред­ственно в шестернях 3 диффе­ренциала.

Карданные шарниры, допус­кающие относительное осевое смещение ведущих и ведомых деталей, называют универсаль­ными или подвижными. Первые такие конструкции представляли собой традиционный шарнир, дополненный подвижной муф­той, например шариковой, как изображенный на рис. 5.19 (на рис. 6.3 такой шарнир показан установленным в приводе веду­щих колес). Развитие таких конструкций привело к их упрощению. Обычно если колеса автомобиля управляемые, то на каждом приводном вале используется по два шарнира равных угловых скоростей, один из которых обладает способностью обеспечи­вать осевое смещение его элементов. Такой способностью обла­дают некоторые типы шариковых и трехшиповых карданных шар­ниров.

Универсальный трехшиповой карданный шарнир показан на рис. 5.20. Контакт между ведущим 2 и ведомым 3 валами осуществ­ляется посредством трех сферических роликов 7, которые перека­тываются вдоль пазов вилок при осевом перемещении конца ве­дущего вала относительно корпуса шарнира.

Наиболее распространенной конструкцией универсальных ша­риковых шарниров является изображенный на рис. 5.21 шарнир с

Рис. 5.20. Универсальный шарнир «трипод»

косыми канавками. В канавках корпуса 7 и кулака 2 расположены шарики 4, связанные сепаратором J. Благодаря такой конструкции шарики устанавливаются на пересечении канавок. Канавки наре­заются под небольшим углом (13—19°), и именно благодаря их наклону, как показано на. рис. 5.22, шарики независимо от положения валов всегда находятся в биссекторной плоскости.

Существует и ряд других кон­струкций. На рис. 5.23 показан уни­версальный шарнир, в котором на внутренней поверхности корпуса / выполнены прямолинейные канав­ки. Постоянное нахождение шари­ков 3 в биссекторной плоскости оп­ределяется сепаратором 2 со сме­щенными в осевом направлении на­ружной и внутренней сферическими поверхностями. Определяющая дол­говечность шарнира герметичность его внутреннего пространства обес­печивается эластичным кожухом 5, закрепленным с помощью хомутов 4 и 6. Крепление внутренней втулки 8 на ведущем валу / осуществляется

Рис. 5.21. Универсальный шарико­вый шарнир с косыми канавками

стопорными кольцами 9.

Большинство универсальных шарниров допускают взаимное продольное перемещение ведущего и ведомого валов в пределах до 13-24 мм при углах между валами не более 15—18°. Поэтому универсальные шарниры устанавливаются на внутренней части при­водных валов у главной передачи, где, в отличие от наружных шарниров, передающих крутящий момент к управляемым колесам,

Рис. 5.23. Универсальный шариковый шарнир с прямыми ка­навками

большой угол не требуется. Если на обоих концах вала применены универсальные шарниры (что встречается крайне редко), то один из них необходимо снабдить специальным устройством, фикси­рующим вал в осевом направлении. В шарнире, изображенном на рис. 5.20, для этих целей используется пружина 4.

Рис. 5.22. Принцип обеспечения равенства угловых скоростей шарниром с косыми канавками