§19. Конструкції і робота карданних передач з шарнірами рівної кутової швидкості.

Карданні шарніри рівних кутових швидкостей застосовують на автомобілях з переднім ведучим мостом для передачі крутного моменту до ведучих керованих коліс.

По конструкції карданні шарніри рівних кутових швидкостей поділяють:

1. кулькові з ділильними канавками;

2. кулькові з ділильним важелем;

3. кулачкові;

4. подвійні.

1) Кульковий кардан з ділильними канавками встановлюють на автомобілях ГАЗ-66, ЗІЛ-131, УАЗ-469.

Він складається з двох кулаків з вифрезерованими канавками, чотирьох кульок, розміщених в канавках, і однієї центральної кульки. Чотири кульки завжди розміщенні на перетині канавок, тобто в бісекторній площині.

Розглянемо кінематику даного шарніру.

К олову швидкість точки – 0 – можна виразити:

;

Кутові швидкості – ω₁ – і – ω₂ – будуть рівними, якщо АО = ВО і α = β.

З цього слідує, що для забезпечення синхронності обертання ведучого і веденого валів, точка – О – повинна знаходитися в бісекторній площин, яка поділяє кут між валами на дві рівні частини.

Раніше ми відмічали, що чотири кульки розміщуються в бісекторній площині, тоді ω₁ = ω₂ .

Особливості шарніру:

• допускається максимальний кут між валами 30-32⁰.

• найбільш проста і дешевша;

• передача зусилля від одного кулачка до другого здійснюється двома кулачками при русі вперед і двома іншими при русі заднім ходом, звідці високий питомий тиск;

• при роботі шарніру виникають великі розпорні навантаження;

• доцільно використовувати при навантаженні на вісь не більше ніж 2,5 – 3,0 т;

• високий ККД;

• довговічність не перевищує 25-30 тис.км.

2) Кульковий шарнір з ділильним важелів складається з сферичного кулачка, який зв’язаний з одним валом і сферичними чашками, яка зв’язана з іншим валом, на кулаку і на внутрішній стороні чашки вифрезерувано по шість канавок, зв’язаних загальною обоймою. При допомозі детального важеля, який керує обоймою, кулачок встановлюють в бісекторній площині.

Особливості шарніру:

• допускається максимальний кут між валами 35-38⁰;

• зусилля передається шістьма кульками;

• забезпечує передачу великого крутного моменту при малих габаритах шарніру;

• відсутні розпорні навантаження;

• володіють великою надійністю і довговічністю;

• високий ККД;

• технологічно складний, найбільш дорогий зі всіх синхронних карданних шарнірів.

Кулькові шарніри. Вони можуть бути з ділильними канавками (мал.17а) і ділильним важелем (мал.18б). Принцип дії їх полягає в тому, що при передачі крутного моменту під кутом робочі кульки шарнірів розташовуються в бісекторній площини, що ділить кут між ведучим і веденим валами навпіл, що забезпечує синхронність їхнього обертання.

У кульковому шарнірі з ділильними канавками вилки 1 і 5 мають по чотири ділильні канавки 2 і 4, середні лінії яких являють собою окружності з однаковими радіусами і рівновіддаленими від центру шарніра О центрами О₁ і О₂. При складанні шарніра спочатку між качанами встановлюють центруючу кульку 8 на штифті 6, який входить в отвори кульки 8 і однієї з вилок. Від осьових переміщень штифт 6 утримується штифтом 7. Потім у канавки вилок, розташованих під прямим кутом, закладають чотири робочі кульки 3. Так як кульки 3 розташовані симетрично щодо центру О, то при передачі моменту під кутом центри кульок 3 описують окружності, які перебувають у біссекторній площини, причому в передачі моменту беруть участь тільки дві кульки. Шарнір може передавати момент під кутом, що досягають 30...32⁰.

Переваги шарніра цього типу - простота виготовлення і порівняно невелика вартість, недоліки - прискорене зношування шарніра через наявність ковзання кульок щодо канавок і високого тиску, викликаний, зокрема, тим що крутний момент у ньому передають тільки дві кульки.

У кульковому шарнірі з ділильним важілем у передачі моменту беруть участь усі кульки, що зменшує питомий тиск і збільшує термін служби шарніра. Його окремі елементи показані на мал. 79б, а розташування шарніра в приводі ведучого керованого колеса - на мал. 79в. Деталі шарніра розташовано в чашці 9, що має на внутрішній поверхні шість меридіональних сферичних канавок для установки шести кульок 3. Такі ж канавки має і сферичний кулак 11, у шліцьовий отвір якого входить ведений вал. Ділильний пристрій, що встановлює кульки 3 у біссекторній площини, складається із сепаратора 10, у якому вони розташовані, сферичної чашки 12 і ділильного важільця 13. Ділильний важілець своїми сферичними поверхнями входить у гнізда ведучого і веденого валів, а також в отвір чашки 12 і пружиною 14 притиснутий до веденого вала. Довжини плечей важільця 13 підібрані так, що при передачі моменту під кутом він повертає сепаратор 10 на кут, що дорівнює половині кута між осями ведучого і веденого вала, тобто встановлює кульки в бісекторній площині. Шарнір може передавати момент під кутом, що досягає 32...38⁰.

Переваги шарніра цього типу - передача моменту всіма кульками, що підвищує довговічність шарніра і дозволяє зменшити його габаритні розміри. Однак він складніше і має більше високу вартість, чим шарнір з ділильними канавками.

Мал.17.Шарнірні карданні шарніри рівних кутових швидкостей

3) Кулачковий карданний шарнір з’явився внаслідок удосконалення подвійного карданного шарніру.

Складається з двох вилок, які зв’язані з зовнішніми і внутрішніми вилками, і встановлених в вилку двох кулачків, в пази яких входить диск, який являє собою проміжну ланку шарніра.

Особливості шарніру:

• допускається максимальний кут між валами 45⁰;

• при малих габаритних забезпечує передачу великого крутного моменту, застосовується на автомобілі великої вантажопідйомності;

• ККД нижче, ніж в інших синхронних карданних шарнірів, із-за тертя ковзання, між елементами шарніру;

• під час роботи спостерігається великий нагрів шарнірів.

Кулачковий шарнір.

Здвоєний кулачковий карданний шарнір рівних кутових швидкостей приводу провідного керованого колеса автомобіля "Урал-375" (мал.80) складається із ведучої 6 і веденої 2 вилок, пов'язаних із ведучим 7 і веденим 1 валами, і вставлених у вилку кулаків 3 і 5, в пази яких входить диск 4, що представляє собою проміжну ланку шарнірів. Кулачковий карданний шарнір може передавати момент під кутом, що досягають 45...50°. Він простіше і має меншу вартість, чим кулькові карданні шарніри, але ККД його нижче.

Мал. 18. Подвійний кулачковий карданний шарнір рівних кутових швидкостей