книги из ГПНТБ / Теория и конструкция боевых колесных машин

и ведомого валов.

Пусть от ведущего вала 1 крутящий момент передается через не­ синхронный шарнир 2, ведомая вилка которого коротким валом о (рис. 97, а) или непосредственно (рис. 97, б) связана с ведущей вилкой такого же шарнира 4, передающего момент на ведомый вал 5. Ведущая вилка шарнира 4 повернута относительно ведущей вилки шарнира 2 на угол ®.

Рис. 97. Схемы сдвоенных карданов:

а — с двумя центрами качания; б — с одним центром качания

Если 9 — 90°, то ведущая и ведомая вилки шарнира 4 уже предварительно повернуты на 90° но отношению к начальному положению. Поэтому поворот ведущей вилки шарнира 4 на дополнительный угол 3 вызовет поворот вала 5 на угол оп­ ределяемый из уравнения

190

домого и ведущего валов в каждый данный момент равны. Следо­ вательно, и угловые скорости этих валов также равны.

ствующей конструкцией карданной передачи, либо введением спе­ циального центрирующего устройства в карданный шарнир. Пер­ вый способ применяется, например, в приводе к переднему ведуще­ му колесу при зависимой подвеске (рис. 98). Ведущий вал кардан­ ной передачи установлен в картере колесной передачи, а ведомый- в поворотной цапфе. Равенство углов и f 2 обеспечивается пу­ тем установки шарнира так, что его центр совпадает с осью шквор­ ня поворотной цапфы.

В тех случаях, когда нужное соотношение углов Yi и y2 не может быть обеспечено конструкцией карданной передачи, приме­ няются шарниры с центрирующим устройством (рис. 99). Это уст­ ройство, состоящее из сферического сухаря 2, надетого на конец вала 4, и сферической обоймы 3, установленной в выточке вала 1, выполняет ту же функцию, что и ось шкворня в конструкции, пока­ занной па рис. 98, т. е. обеспечивает поворот обоих валов 1 я 4 отсительно одного центра, расположенного на равном расстоянии от осей крестовин.

Двойные карданы допускают передачу крутящего момента под углом до 45—50°.

Из карданов, основанных на принципе передачи усилий в биссекторной плоскости, наиболее часто применяется конструкция, пока­ занная на рис. 1 00.

Валы / и 4 закапчиваются вилками, в каждой из которых выпол­ нено по четыре канавки 5.

Осевые линии канавок являются дугами окружностей 6 и 8 с центрами на оси соответствующих валов, смещенными на вели­ чину а от центра кардана (точки Oi п 0 2). Профиль каждой канав­ ки также выполнен по дуге окружности.

На внутренних торцах каждой вилки выполнено сферическое углубление для центрирующего шарика 7. В канавки 5 заложены шарики 3. Радиус шарика 3 немного меньше радиуса профиля ка­ навки, что обеспечивает перекатывание шариков без скольжения.

Центры всех шариков (включая центрирующий) и точки кон­ тактов шариков с канавками всегда располагаются в одной плос­ кости, перпендикулярной плоскости, проходящей через оси ва­ лов.

1S1

(О

to

Рис. 98. Передний ведущий мост со сдвоенным карданом

Покажем, что в случае, когда плоскость Q является биссекторной, т. е. делит угол <р между валами I и II пополам (рис. 101), уг-

Рис. 99. Сдвоенный кардан с центри­ рующим устройством

ловые скорости обоих валов будут одинаковыми при повороте валов на любой угол.

2 5

Рис. 100. Шариковый кардан с делительными канавками

На рис. 101, а: I и II — оси валов 1 и 4 (см. рис. 100), О — центр шарнира, QQ — след плоскости Q на плоскости чертежа.

Пусть при повороте на произвольный угол а (рис. 1 0 1 , а и б) центр одного из шариков переместится из точки Р плоскости Q в точку Р' этой же плоскости. Соединим точку Рг с центром шарни­ ра О. Поскольку точка Р' лежит в биссекторной плоскости, то угол 1 между прямой ОР' и осью I равен углу 2 между этой же прямой и осью II (на рис. 101, а показаны проекции углов 1 и 2 на плоскость чертежа). Опустим из точки Р' перпендикуляры P'D на ось / и Р'С на ось II. Прямоугольные треугольники ОР'С и OP'D равны (на рис. 1 0 1 , а видны проекции этих треугольников на плоскость черте­ жа, а на рис. 1 0 1 , 6 — их действительная величина), по-

Поскольку было взято произвольное положение центра шарика

Рис. 101. Схема шарикового кардана с делительными канавками

Покажем теперь, что конструкция шарнира, изображенного на рис. 1 0 0 , обеспечивает расположение центров шариков в биссекторной плоскости при повороте вала 1 по отношению к валу 4 на любой угода'. Центр Р " (см. рис. 101) шарика при повороте шарнира на любой угол совпадает с точкой перекрещивания осевых линий ка­ навок. Радиусы осевых линий одинаковы, поэтому прямые Р"А и

В связи с тем, что расположение центров шариков в биссекторной плоскости обеспечивается формой канавок, в отечественной ли­ тературе подобные шарниры называют шарнирами с делительными канавками. В зарубежной литературе такие шарниры называют карданами Вейса.

Даже небольшое осевое смещение одной вилки относительно другой вызывает значительное изменение кинематики шарнира и появление дополнительных нагрузок. Поэтому ведущий и ведомый

194

валы должны быть строго зафиксированы в осевых направлениях. С этой целью подшипники валов 1 и 4 (см. рис. 100) должны иметь конструкцию, обеспечивающую восприятие осевых усилий, направ­ ленных от центра шарнира. Осевые усилия, направленные к центру шарнира, воспринимаются центрирующим шариком.

Для устранения осевых деформаций под нагрузкой шарниры собираются с преднатягом. Преднатяг контролируется по моменту Му необходимому для наклона вала на угол 7 = 10— 15° без пе­

редачи крутящего момента.

Величина момента М^ зависит от типоразмера шарнира. Для шарниров БТР-152, ЗИЛ-157 М^ = 350 — 850 кгсм; для шарни­ ров БТР-40, БРДМ, ГАЗ-63 М1 = 350—650 кгсм.

Оптимальный преднатяг обеспечивается соответствующим под­ бором размеров шариков, которые разбиваются на несколько групп.

Шариковые карданы с делительными канавками могут работать при углах 7 до 35°.

Укарданов рассматриваемого типа крутящий момент передает­ ся только через два шарика (два шарика служат для передачи кру­ тящего момента при движении вперед и два на заднем ходу). По­ этому удельные давления между шариками и канавками получают­ ся относительно большими, что затрудняет применение таких шар­ ниров для тяжелых машин. Пределом их применения является на­ грузка 2,5—3,0 т на ось машины.

На более тяжелых машинах может быть применен шариковый кардан с делительным рычажком (рис. 1 0 2 ), называемый в зару­ бежной практике карданом Рзеппа (Rzepp).

Уэтих карданов шарики 2 (рис. 102, а и в) размещаются в ме­ ридиональных канавках, выполненных на наружной поверхности сферического кулака 7, насаженного на шлицы вала 8 и на внут­ ренней поверхности сферической обоймы 1, связанной с валом 6. Число шариков обычно равно шести. При повороте вала 8 относи­

тельно вала 6 шарики устанавливаются приблизительно в биссекторной плоскости, чем и обеспечивается практическое равенство угловых скоростей. Установка шариков в биссекторной плоскости может производиться различными способами.

У шарнира, показанного на рис. 102, а, шарики заключены в се­ паратор 3, который поворачивается делительным рычажком 4.

рычажка 4 переместится в точку А. Рычажок 4 поджимается пру­ жиной 5, а его средняя головка может свободно перемещаться в ци­

Рис. 102. Шариковый кардан с делительными канавками

Определив из первого равенства sin а и подставив во второе, после преобразований получим

196

“ Приближенное выражение получается, если пренебречь ве­ личиной m2 sin2y по сравнению с (1-{-га)2. При этом неточность определения о в наиболее неблагоприятных условиях состав­

обеспечивалось для какого-то среднего угла и мало нарушалось для остальных углов в пределах их эксплуатационного диапазона. Например, при п = 0,35 и т = 0,7 равенство (143) практически со­ блюдается для 7 = 0—20°, а при у = 40° а = 0,52у.

У шариковых карданов с делительным рычажком крутящий мо­ мент передается через все шарики как при движении вперед, так и на заднем ходу. Поэтому нагрузка на шарик у этого кардана мень­ ше, чем у карданов Вейса.

При одинаковых габаритных размерах шариковые карданы с делительным рычажком (Рзепп) могут передавать в 1,3— 1,5 раза больший момент,-чем карданы Вейса. Предельный угол 7 карданов Рзеппа составляет 35—40°.

Основным недостатком таких карданов является их высокая стоимость. Изготовление меридиональных канавок с высокой точ­ ностью и чистотой рабочей поверхности требует дорогостоящего оборудования, которое обладает сравнительно низкой производи­ тельностью. Кроме того, у шарниров такого типа при повороте од­ ного вала по отношению к другому на угол у имеет место значи­ тельное скольжение шариков как в канавках, так и в сепараторе.

На колесных машинах большого веса иногда применяются ку­ лачковые синхронные карданы.

На рис. 103 приведен кулачковый кардан автомобиля «Урал-375». В вилках 2 и 6, связанных с полуосями, могут повора­ чиваться кулаки 3 и 5. Кулаки шарнирно соединяются между собой диском 4, входящим в их вырезы. При передаче вращения, если валы 1 и 7 расположены под углом у, каждый из кулаков 3 и 5 по­ ворачивается одновременно относительно вилки и оси диска 4. Оси отверстий вилок лежат в одной плоскости (средняя плоскость ди­ ска 4). Поскольку указанные оси расположены на равных расстоя­ ниях от точки пересечения осей валов и всегда перпендикулярны к этим осям, то точка их пересечения при любом положении вилок шарнира располагается в биссекторной плоскости. Следовательно, кардан является синхронным.

197

Рис. 103. Кулачковый кардан переднего ведущего моста «Урал-375Д»:

1 — наружная полуось; 2, 6 — вилки; 3, 5 — кулаки; 7 — внутренняя полуось

198

Кулачковые карданы могут работать при углах ? до 50°. Основ­ ное достоинство этих карданов — возможность передавать большие моменты, поскольку удельные давления у них значительно меньше, чем у шариковых. Основной недостаток — более низкий, чем у ша­ риковых шарниров, к. п. д. и в результате нагрев при передаче боль­ ших мощностей. Кулачковые карданы не имеют поверхностей со сложной конфигурацией. Однако во избежание шума при работе и износе рабочих поверхностей точность их изготовления и чистота обработки должны быть высокими.

5. КАРДАННЫЕ ВАЛЫ

Карданный вал, помимо крутящего момента, может быть нагру­ жен:

а) изгибными и крутильными колебаниями; б) осевыми нагрузками.

Изгибные колебания карданного вала вызываются его дина­ мической неуравновешенностью.

Полная динамическая уравновешенность вала невозможна. Из-за неточности цилиндрической формы вала, неточности изготов­ ления опор и прогиба вала центр его тяжести всегда расположен на некотором расстоянии е от оси вращения. При вращении вала воз­ никает центробежная сила Р а, вызывающая дополнительный про­ гиб /.

с — ти>г

Таким образом, величина центробежной силы, вызывающей по­ перечные нагрузки на карданный вал, карданы и подшипники меха­ низмов, соединяемых карданной передачей, быстро возрастает е увеличением угловой скорости вала.

Если с = /яи>8, то Рц = оо и у == ос.

1Э9