Оцінка асинхронних карданних шарнірів

Розвиток конструкції жорстких карданних шарнірів нерівної кутової швидкості зв’язано з безперервним покращенням їх експлуатаційних властивостей: зносостійкості, надійності, підвищеного ККД.

На початку використовували закриті нерозбірні шарніри, а потім закриті розбірні карданні шарніри (ГАЗ-АА). Карданна передача розташовувалася в кожусі, який служив резервуаром для консистентного мастила.

З-за тертя ковзання між елементами шарніру і незадовільного змащення, яка викидалася відцентровою силою до периферії, ККД шарніру було низьким, надійність мала, знос великий.

В даний час застосовують карданні шарніри відцентрового типу, в яких рідинне мастило поміщається в хрестовині, а зв’язок хрестовини з виделками здійснюється при допомозі голчастих підшипників. При даній конструкції ККД підвищується, збільшується надійність.

Вимоги високого ККД зв’язано, не лише з необхідністю здійснення зносостійкості і надійності шарнірів, але із збільшенням загального ККД трансмісії.

ККД карданного шарніру залежить від кута між валами. В деяких автомобілях для зменшення цього кута двигун встановлюють з нахилом 2-3⁰.

В заключенні даного питання розглянемо до чого приводять осьові навантаження в карданній передачі і засоби їх зменшення.

На автомобілі ГАЗ-53 осьові навантаження в карданній передачі викликає зміщення двигуна до 10 мм.

На тому самому автомобілі при наявності мастила в шліцьовому з’єднані карданного валу осей навантаження складає 18026 Н при сухому – 20384 Н.

Способи зменшення осьових навантажень.

1. замість шліцьового з’єднання за вулканізувати гумові кільця.

2. узгодження кінематики підвіски і карданної передачі так, що переміщення в шліцьовому з’єднанні були мінімальними.

В цьому випадку величина осьової сили обмежується пружними деформаціями ресор в повздовжньому напрямку:

Р_хmax = Δ C_п

Де: Р_хmax – осьова сила;

Δ – деформація ресор в повздовжньому напрямку;

C_п – коефіцієнт жорсткості ресор в повздовжньому напрямку.

3. зменшення питомого тиску в шліцах за рахунок збільшення діаметру шліцьової частини валу, довжини шліців та їх якості.

L / d ≥ 2

Де: L – довжина шліців;

d – діаметр шліцьової частини валу.

4. покриття шліців поліуретановою плівкою, осьові сили при цьому знижуються приблизно в три рази.

5. застосуванням спеціальних шліцьових з’єднань, в яких тертя кочення замість тертя ковзання (шпонка з роликовим підшипником). Осьова сила при цьому зменшується приблизно в 20 разів.

Твердий карданний шарнір нерівних кутових швидкостей (мал.16,а) складається із ведучої 2 і веденої 4 вилок, шарнірно з'єднаних між собою хрестовиною 3. Ведуча вилка жорстко з'єднано із ведучим валом 1, а ведена - з веденим 6 (жорстко або за допомогою рухливого шліцевого з'єднання 5 для зміни довжини карданної передачі). Крутний момент від вала 1 до вала 6, осі яких розташовані під кутом γ, шарнір передає в результаті повороту ведучої вилки щодо осі А-А и хрестовини - щодо осі Б-Б одночасно або відносно тільки однієї з осей. Однак навіть при рівномірному обертанні вала 1 вал 6 обертається нерівномірно, причому тим більше, чим більше кут γ. В результаті в трансмісії можуть виникнути додаткові динамічні навантаження, що набагато перевершують переданий момент. Тому граничний кут γ звичайно обмежують величиною 15...20⁰.

Карданна передача приводу ведучого мосту (мал.78,б) передає крутний момент від коробки передач 7 до ведучого вала 15 головної передачі, розташованої в картері 14 ведучого мосту. Передача складається з основного 12 і проміжного 9 карданних валів, проміжної опори 10 і трьох карданних шарнірів 8, 11 і 13, один із яких (наприклад, 11 або 13) пов'язаний з валом 12 за допомогою шлицевого з'єднання.

Із-за нерівномірного розподілу маси по поперечному перерізу карданного вала і його невеликого поперечного вигину при обертанні вала з'являється відцентрова сила, що додатково згинає нього в поперечній площині. Тому що вал обертається нерівномірно, то відцентрова сила, змінюючись по величині, збуджує його поперечні коливання, особливо небезпечні при резонансі, який виникає при деякій критичній швидкості ω_кр. Щоб підвищити значення ω_кр до величини, що перевищує максимальну робочу кутову швидкість вала, і тим самим запобігти поперечним резонансним коливанням, карданні вали виготовляють із тонкостінної труби як можна більшого діаметра і меншої довжини. У сучасних карданних передач значення ω_кр в 1,2...2 рази більше їхньої максимальної кутової швидкості, а дисбаланс перебуває в межах 0,15...0 ,20 Н см.

У результаті кінематичної неузгодженості задньої підвіски й карданної передачі остання через зміну довжини сприймає значні осьові сили, які навантажують карданні шарніри, а також підшипники головної передачі і коробки передач, зменшує довговічність шарнірів і підшипників. На мал. 78 в, крім вилок 2 і 4 і хрестовини 3 шарніра, показані також і інші його деталі (голчастий підшипник 19, його склянка 18, сальник 20, кришка 16, стопорна пластина 17, маслюка 21 і зворотний клапан 22).

Мал..16.Карданна передача з карданними шарнірами нерівних кутових швидкостей:

а— схема шарніра; б — схема карданної передачі; в — деталі шарніра