3. Расчёт карданной передачи

Карданная передача служит для передачи крутящего момента между валами оси, которые лежат не на одной прямой, а пересекаются.

Требования, предъявляемые к карданным передачам:

1. Обеспечение синхронной связи угловых скоростей вращения ведущего и ведомого звеньев;

2. Критическая частота вращения должна превышать максимально возможные в процессе эксплуатации;

3. Надежная передача крутящего момента, во всем диапазоне режимов работы;

4. Работа карданной передачи не должна сопровождаться шумом, вибрацией, резонансными явлениями;

5. На всех режимах работы карданная передача должна иметь высокий КПД.

ПРИМЕР РасчётА карданной передачи

Исходные данные:

Тип автомобиля – грузовой автомобиль;

Максимальный крутящий момент – = 402 Нм;

Максимальная частота вращения коленчатого вала, = 3500 мин^-1;

Передаточные числа коробки передач: U₁ = 7,44; U₄ = 1.

Коэффициент запаса сцепления, β_С = 1,8.

Длина карданного вала (расстояние между центрами шарниров) = 1200 мм.

Порядок расчета карданной передачи

1. Вычерчиваем кинематическую схему карданной передачи, которая показана на рисунке 3.1.

При разработке карданной передачи с асинхронными шарнирами необходимо предусмотреть выполнение условий, обеспечивающих синхронное вращение валов.

2. Определяем максимальный крутящий момент, Нм

, (3.1)

где - коэффициент запаса сцепления;

- максимальное значение крутящего момента двигателя, Нм;

- передаточное число первой передачи;

- передаточное число дополнительной коробки;

= 1,84027,441 = 5383,58 Нм.

Рис. 3.1. Схемы карданных передач автомобилей:

а) без промежуточного вала; б) с промежуточным валом.

3. Определяем максимально возможную частоту вращения карданного вала

, (3.2)

где - максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя;

- передаточное число последней (высшей) передачи коробки передач.

= 4025 мин^-1.

4. Определяем критическую частоту вращения карданного вала по выражению:

, (3.3)

где - коэффициент запаса по критической частоте вращения, принимая его в пределах .

= 1,7 · 4025 = 6842,5 мин^-1.

5. Предварительно определяем внутренний диаметр трубы карданного вала (рис.3.2):

, (3.4)

где - коэффициент, принимаем его в пределах = 0,94  0,96.

- касательные напряжения, возникающие в поперечном сечении при кручении, оно должно быть = 100  300 МПа.

= 0,0854 м  85 мм.

Полученный результат округляем до ближайшего внутреннего диаметра из ГОСТ 5005-82. Трубы стальные электросварные холоднодеформированные для карданных валов.

Рис.3.2. Внешний и внутренний диаметр трубы карданного вала

6. Определяем наружный диаметр трубы карданного вала

, (3.5)

= 89,47 мм  90 мм  0,09 м.

Полученный результат округляем до ближайшего наружного диаметра из ГОСТ 5005-32.

7. Допустимую критическую частоту вращения карданного вала определяем по формуле

, (3.6)

где - длина карданного вала (расстояние между центрами шарниров), определим по компоновочной схеме автомобиля длину вала (при двух вальной карданной передаче - длину большего вала).

= 10316 мин^-1.

.

8. Прочность вала при кручении проверяем согласно выражению:

, (3.7)

где - касательные напряжения, возникающие в сечении вала при кручении, должно быть не более = 100  300 МПа.

= 184132037 Па  184 МПа.

.

9. Рассчитаем для полого вала полярный момент инерции

. (3.8)

= 0,0000013 м⁴.