5.2. Рабочий процесс карданных шарниров

Основным элементом карданной передачи является карданный шарнир. Тип шарнира определяет кинематическую схему карданной передачи и максимально допустимые углы наклона валов.

5.2.1. Кинематика карданных шарниров

Рабочий процесс карданных передач в основном определяется особенностями схемы сил на карданных шарнирах, а также усло­виями возникновения вибраций и мероприятиями по их умень­шению.

При передаче крутящего момента под углом с помощью шарниров возникают трудности в обеспечении равномерного вра­щения вала, расположенного позади шарнира.

На рисунке при­ведена схема, поясняющая условие, при котором обеспечивается создание шарнира равных угловых скоростей.

ВточкеА концы ва­лов не соединены, они лишь соприкасаются, но , значит, условие = выполнимо, если =.При повороте вала 1, например на 180°, иуменьшаются, но их равенство должно сохраниться.

Следовательно, точка контакта валов 1 и 2 должна перемещаться по биссекторной плоскости O-O ( = ) при вращении валов.

В жестком шарнире неравных угловых скоростей это условие не выполняется, так как шипы и крестовины пере­мещаются в плоскости -, перпендикулярной оси вала 1, а шипы и – в плоскости -, перпендикулярной оси вала 2.

Если вал 1 повернется на угол , вал2 повернется на угол , при этом, из теории машин и механизмов:

. (5.1)

Продифференцировав зависимость (5.1), получим и, после преобразований,

. (5.2)

Из соотношения (5.2) следует, что , причем коэффициент неравномерности при углах < 10° невелик:

. (5.3)

При двух шарнирах с валами, лежащими в одной плоскости, неравномерное вращение карданного вала можно преобразовать в равномерное вращение ведомого вала, если поставить второй шарнир с углом наклона =, причем вилки шарниров неравномерно вращающегося вала должны лежать в одной плоскости.

Это правило справедливо для любого четного числа шарниров. Ведомым валом будем считать вал, расположенный после последнего шарнира.

При трех шарнирах с валами, лежащими в одной плоскости, равномерное вращение ведомого вала обеспечивается при выпол­нении уравнения, в котором перемножаются косинусы углов тех шарниров, вилки которых расположены одинаково.

Например, для показанной схемы:

. (5.4)

Если развернуть на 90° вилки шарнира 2, условие (5.4) примет вид . Если, кроме того, развернуть на 90° вилки шарнира 3, условие (5.4) примет вид .

Взаимное расположение вилок на концах валов		Условие синхронного вращения
2	3
под углом 90° в одной плоскости в одной плоскости	в одной плоскости под углом 90° в одной плоскости

Во время движения автомобиля углы и могут изменяться; в то же время остается постоянным, поэтому полной синхронизации угловых скоростей достичь нельзя (синхронизация тем ближе к полной, чем меньше ).