0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Карданная передача равных угловых скоростей

Устройство автомобилей

Карданные передачи с шарнирами
равных угловых скоростей

Передние ведущие колеса полноприводных и переднеприводных автомобилей являются одновременно и управляемыми, т. е. должны поворачиваться, что требует применения между колесом и полуосью шарнирного соединения.
Карданные шарниры неравных угловых скоростей передают вращение циклически и приемлемо работают лишь при небольших значениях углов между валами, поэтому не могут удовлетворять требованиям равномерности передаваемого вращательного движения. В приводе ведущих управляемых колес крутящий момент должен передаваться с равномерной скоростью к колесам, поворачивающимся относительно продольной оси автомобиля на угол 40…45˚.
Выполнение таких условий могут обеспечить карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС). Иногда их называют синхронными карданными передачами.

В переднеприводном автомобиле обычно используются два внутренних шарнира равных угловых скоростей, кинематически связанные с коробкой передач, и два внешних шарнира, которые крепятся к колесам. В обиходе такие шарниры обычно называют «гранатами».

До середины прошлого века в конструкциях автомобилей часто встречались спаренные карданные шарниры неравных угловых скоростей. Такая конструкция получила название сдвоенного карданного шарнира. Сдвоенный шарнир отличался громозкостью и усиленным износом игольчатых подшипников, поскольку при прямолинейном движении автомобиля иглы подшипников не проворачивались и линии их контакта с обоймой и крестовиной подвергались воздействию значительных контактных напряжений, что приводило к износу и даже сплющиванию игл.
В настоящее время такие подшипники в конструкциях автомобилей встречаются редко.

Равенство угловых скоростей ведущего и ведомого валов будет соблюдено только в том случае, если точки контакта в шарнире, через которые пересекаются окружные силы, будут находиться в биссекторной плоскости, делящей угол между валами пополам. Конструкции всех карданных шарниров равных угловых скоростей основаны на этом принципе.

Шариковые шарниры равных угловых скоростей

Наибольшее применение получили шариковые карданные шарниры равных угловых скоростей. Среди них наиболее часто в конструкциях отечественных автомобилей можно встретить шарниры с делительными канавками типа «Вейс» .
Эту конструкцию в 1923 году запатентовал немецкий изобретатель Карл Вейс. Шарниры Вейса широко применяются в разборном и неразборном вариантах на отечественных автомобилях марок «УАЗ», «ГАЗ», «ЗиЛ», «МАЗ» и некоторых других. Шарнирные сочленения типа «Вейс» технологичны и дешевы в производстве, позволяют получать угол между валами до 32°, однако срок их службы ограничен 30…40 тыс. км пробега из-за высоких контактных напряжений, возникающих при работе.

Разборный шарнир (рис. 1) устроен следующим образом. Валы 1 выполнены заодно с кулаками 2 и 5, в которых вырезаны четыре канавки 3. В собранном виде кулаки располагаются в перпендикулярных плоскостях, а между ними в канавки 3 устанавливаются четыре шарика 7.
Для центрирования кулаков в отверстие, выполненное в одном из них, устанавливается штифт 6 с центрирующим шариком 4. От осевого перемещения штифт фиксируется другим штифтом 6, расположенным радиально.
Средние линии канавок 3 нарезаны так, что шарики 7, передающие усилия, располагаются в биссекторной (биссекториальной) плоскости между валами. В передаче усилия участвуют только два шарика, что создает высокие контактные напряжения и сокращает срок службы шарнира. Два других шарика передают крутящий момент при движении автомобиля задним ходом.

В других конструкциях контактные напряжения уменьшаются путем увеличения числа шариков, одновременно участвующих в работе, что неизбежно приводит к усложнению шарниров.

Детали шарикового шарнира «Рцеппа» (рис. 1, б) располагаются в чашке 8, которая во внутренней части имеет шесть сферических канавок для установки шести шариков 7. Такие же канавки имеет и сферический кулак 10, в шлицевое отверстие которого входит ведущий вал карданной передачи. Шарики в одной биссекторной плоскости устанавливаются делительным устройством, состоящим из сепаратора 9, направляющей чашки 11 и делительного рычажка 12.
Рычажок имеет три сферические поверхности: концевые входят в гнезда ведущего и ведомого валов, а средняя – в отверстие направляющей чашки 11. Рычажок к ведущему валу прижимается пружиной 13. Длины плеч рычажка таковы, что при передаче момента под углом он поворачивает направляющую чашку 11 и сепаратор 9 так, что все шесть шариков 7 устанавливаются в биссекторной плоскости и все они воспринимают и передают усилия. Это позволяет уменьшить габаритные размеры шарнира и увеличить срок его службы.

Шарнир типа «Рцеппа» технологически сложен, однако он компактнее шарнира с делительными канавками, и может работать при углах между валами до 40°. Поскольку усилие в этом шарнире передается всеми шестью шариками, он обеспечивает передачу большого крутящего момента при малых размерах. Долговечность шарнира «Рцеппа» достигает 100–200 тыс. км.

Еще один шариковый карданный шарнир типа «Бирфильд» представлен на рисунке 1, в. Он состоит из чашки 8, сферического кулака 10 и шести шариков 7, размещенных в сепараторе 9. Сферический кулак 10 надевается на шлицованную часть ведущего вала 16 и стопорится кольцом 14. От попадания грязи во внутреннюю полость шарнир защищен защитным резиновым чехлом 15.
Все сферические поверхности деталей шарнира выполнены по разным радиусам, а канавки имеют переменную глубину. Благодаря этому при наклоне одного из валов шарики выталкиваются из среднего положения и устанавливаются в биссекторной плоскости, что обеспечивает синхронное вращение валов.

Шарниры типа «Бирфильд» имеют высокий КПД, долговечны, и могут работать при углах до 45˚. Поэтому они широко применяются в приводе управляемых колес многих переднеприводных легковых автомобилей в качестве наружного шарнира, или, как его еще называют — наружной «гранаты».
Основной причиной преждевременного разрушения шарнира является повреждение эластичного защитного чехла. По этой причине автомобили высокой проходимости часто имеют уплотнение в виде стального колпака. Однако это приводит к увеличению габаритов шарнира и ограничивает угол между валами до 40°.

При использовании шарнира типа «Бирфильд» на внутреннем конце карданной передачи необходимо устанавливать шарнир равных угловых скоростей, способный компенсировать изменение длины карданного вала при деформации упругого элемента подвески.

Такие функции совмещает в себе универсальный шестишариковый карданный шарнир типа «ГКН» (GKN).
Осевое перемещение в шарнирах типа GKN обеспечивается перемещением шариков по продольным канавкам корпуса, при этом, требуемая величина перемещения определяет длину рабочей поверхности, что влияет на размеры шарнира. Максимальный допустимый угол наклона вала в данной конструкции ограничивается 20°.
При осевых перемещениях шарики не перекатываются, а скользят в канавках, что снижает КПД шарнира.

В конструкциях современных легковых автомобилей иногда встречаются карданные шарниры типа «Лебро» (Loebro), которые, как и шарниры GKN обычно устанавливаются на внутреннем конце карданной передачи, поскольку способны компенсировать изменение длины карданного вала.

Шарниры «Лебро» отличаются от шарниров GKN тем, что канавки в чашке и кулаке нарезаны под углом 15-16° к образующей цилиндра, а геометрия сепаратора правильная — без конусов и с параллельными наружной и внутренней сторонами.
Такой шарнир имеет меньшие габариты, чем другие шестишариковые шарниры, кроме того, сепаратор его менее нагружен, поскольку не выполняет функции перемещения шариков в кулаках.

Принципиальное устройство этих шариковых шарниров представлено на рисунке 2.

Привод передних колес автомобиля ВАЗ-2110

Привод передних колес автомобиля ВАЗ-2110 (рис. 3) состоит из вала 3 и двух карданных шарниров 1 и 4 равных угловых скоростей. Вал 3 привода правого колеса выполнен из трубы, а левого колеса – из прутка. Кроме того, валы имеют разную длину. На вал надевается защитный чехол 6, а затем шарнир в собранном виде со смазочным материалом фиксируется от осевого перемещения стопорным кольцом 5. Защитные чехлы крепятся хомутами 2.

Внутренний шарнир (внутренняя «граната) 1, который вязан с дифференциалом, является универсальным, т. е. кроме обеспечения равномерного вращения валов под изменяющимся углом он позволяет увеличивать общую длину привода, что необходимо для перемещения передней подвески и силового агрегата. Происходит это потому, что внутренняя поверхность корпуса шарнира 1 имеет цилиндрическую форму, и канавки в ней нарезаны продольно, это позволяет внутренним деталям шарнира перемещаться по продольным канавкам в осевом направлении.

Кулачковые шарниры равных угловых скоростей

На автомобилях средней и большой грузоподъемности марок «КамАЗ», «Урал», «КрАЗ» карданные передачи в приводе передних колес работают под большим крутящим моментом. Шариковые шарниры не могут передавать больших крутящих моментов из-за возникновения значительных контактных напряжений и ограничения по удельному давлению шариков на канавки. Поэтому в них применяют кулачковые карданные шарниры (рис. 1, г). Аналогичные шарниры иногда устанавливают на переднеприводные автомобили марки «УАЗ».

Кулачковый карданный шарнир равных угловых скоростей (рис. 1, г) состоит из двух вилок 18 и 20, которые вставлены в кулаки 2 и 5 с пазами; в эти пазы входит диск 19. При передаче крутящего момента и вращения от ведущего вала 17 на ведомый вал при повернутом колесе каждый из кулаков 2 и 5 поворачивается одновременно относительно оси паза вилки в горизонтальной плоскости и относительно диска 19 в вертикальной плоскости.
Оси пазов вилок лежат в одной плоскости, которая проходит через среднюю плоскость диска. Эти оси расположены на равных расстояниях от точки пересечения осей валов и всегда перпендикулярны осям валов, поэтому точка их пересечения всегда располагается в биссекторной плоскости.

Такой карданный шарнир требует повышенного внимания к смазыванию, так как для его деталей характерно трение скольжения, вызывающее значительный нагрев и изнашивание трущихся поверхностей. Трение скольжения между контактирующими поверхностями приводит к тому, что кулачковый шарнир имеет самый низкий КПД из всех шарниров равных угловых скоростей. Однако он способен передавать значительный крутящий момент.

Еще один тип кулачкового шарнира равных угловых скоростей — шарнир «Тракта» (на рисунке), состоящий из четырех штампованных деталей: двух втулок и двух фасонных кулаков, трущиеся поверхности которых подвергаются шлифованию.
Если разделить по оси симметрии кулачковый карданный шарнир, то каждая часть будет представлять собой карданный шарнир неравных угловых скоростей с фиксированными осями качания. В такой конструкции тоже возникают значительные силы трения скольжения, снижающие КПД шарнира.

Трехшиповые шарниры равных угловых скоростей

В трехшиповом шарнире (на рисунке) крутящий момент от ведущего вала передают три сферических ролика, которые установлены на радиальных шипах, жестко связанных с корпусом шарнира ведомого вала. Шипы относительно друг друга располагаются под углом 120˚. Сферические ролики чаще всего устанавливаются на шипы посредством игольчатых подшипников.

Ведущий вал имеет трехвальцевую вилку, в цилиндрические пазы которой входят ролики. При передаче крутящего момента между несоосными валами ролики перекатываются со скольжением вдоль пазов и одновременно скользят в радиальном направлении относительно шипов. Предельный угол между осями валов до 40˚.

Особенностью трехшипового шарнира является то, что в отличие от шариковых шарниров передача момента от ведущих элементов на ведомые происходит не в биссекторной плоскости, а в плоскости, проходящей через оси шипов. Равенство частот вращения ведущего и ведомого валов обеспечивается при любом взаиморасположении их осей.

Карданная передача – назначение, типы передач, устройство и работа

Предназначение карданной передачи

С началом своего движения автомобиль заставляет двигаться все свои узлы и агрегаты, в том числе и свою трансмиссию. Так как она находится в постоянном движении, соответственно взаимное месторасположение отдельных ее деталей может изменяться.

Неровное дорожное покрытие провоцирует колебание ведущих мостов, связанных подвеской. Рама и кузов автомобиля также совершают некоторые движения, как результат воздействия внешних факторов. Соответственно, могут смещаться относительно друг друга и оси валов агрегатов, которые передают крутящий момент от двигателя автомобиля к ведущим колесам.

Эта система агрегатов называется карданной передачей и предназначена она для того, чтобы уравновесить колебательные движения механизмов автомобиля для спокойной передачи крутящего момента.

В зависимости от автомобиля карданная передача может соединять такие механизмы:

  • коробку передач и раздаточную коробку;
  • коробку передач и главную передачу ведущего моста;
  • главные передачи заднего и среднего ведущих мостов;
  • полуоси и передние ведущие колеса;
  • главную передачу и ведущие колеса.

Строение карданных передач в разных автомобилях одинаково, отличия лишь в размерах агрегатов или в форме отдельных элементов.

Конструкция карданной передачи

Карданную передачу составляют такие элементы:

  • шарниры карданные;
  • основной и промежуточный валы;
  • промежуточная опора с подшипником;
  • эластичная муфта;
  • соединительные механизмы.

Схема карданной передачи, автомобиль ГАЗ-3302 Газель:
1 — хвостовик скользящей вилки; 2 — грязеотражатель скользящей вилки; 3 — скользящая вилка; 4 — вилка промежуточного карданного вала; 5 — промежуточный карданный вал; 6 — грязеотражатель; 7 — промежуточная опора; 8 — защитное кольцо; 9 — подшипник промежуточной опоры; 10 — защитное кольцо; 11 — шлицевая вилка; 12 — П-образная пластина; 13 — стопорная шайба; 14 — крестовина; 15 — вилка заднего карданного вала; 16 — задний карданный вал; 17 — фланец ведущей шестерни главной передачи; 18 — задний карданный шарнир; 19 — игольчатый подшипник; 20 — стопорное кольцо; 21 — болт; 22 — уплотнительное кольцо.

Итак, разберем устройство карданной передачи

Эластичная муфта в этой конструкции поглощает резкие рывки и вибрационные движения.

Схема эластичной муфты:
1 — муфта эластичная; 2 — фланец промежуточного вала коробки передач; 3 — грязевой отражатель; 4 — промежуточный вал коробки передач; 5 — гайка; 6 — уплотнитель центрирующего кольца; 7 — кольцо центрирующее; 8 — вкладыши муфты эластичной; 9 — болт; 10 — пробка; 11 — фланец переднего карданного вала; 12 — манжета; 13 — шлицевой конец переднего карданного вала.

С помощью двух фланцев муфта соединяет коробку переключения передач и передний карданный вал. Эти два механизма совмещаются с помощью центрирующего кольца на валу коробки передач и центрирующей втулки, которая находится во фланце карданного вала.

Карданные валы созданы из стальной трубы. Передний вал оборудован шлицевыми наконечниками, а задний — вилками карданных шарниров.

Промежуточная опора представляет собой шариковый подшипник, который установлен в кронштейне внутри резиновой изоляционной подушки.

Карданный шарнир состоит из двух вилок, соединенных между собой крестовиной. Сами вилки закреплены на карданных валах. На полых шипах крестовины находятся игольчатые подшипники с уплотнительными кольцами.

Типы карданных передач

Главную роль в карданной передаче выполняет карданный шарнир, в зависимости от конструкции которого выделяют такие типы карданных передач:

  • передача с шарниром равных угловых скоростей;
  • передача с шарниром неравных угловых скоростей;
  • передача с полу карданным упругим шарниром;
  • передача с полу карданным жестким шарниром.

По количеству валов карданные передачи могут быть: одновальные, двухвальные и многовальные, а по количеству шарниров — одношарнирные, двухшарнирные и многошарнирные.

Работа карданных передач

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей, как правило, используется в автомобилях с передним приводом для соединения коробки передач с ведущими колесами. Этот механизм состоит из двух шарниров (внешнего и внутреннего), которые соединяются приводным валом.

Схема шарнира равных угловых скоростей (ШРУС):
1 — хомут;2 — полуось; 3 — грязезащитный чехол («пыльник»); 4 — хомут; 5 — сепаратор; 6 — обойма; 7 — малая полуось; 8 — корпус шарнира; 9 — стопорное кольцо; 10 — шарик; 11 — конусное кольцо; 12 — пружинная шайба.

Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) имеет сферический корпус, внутри которого находится обойма. В обойме и корпусе расположены канавки, по которым передвигаются металлические шарики. Представленная конструкция позволяет равномерно передавать крутящий момент, даже несмотря на изменяющийся угол наклона механизмов.

Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей в зависимости от расстояния, на которое надо передать крутящий момент имеет один или два карданных вала. Если используется два вала, то первый вал называется промежуточным, а второй — задним карданным валом. Валы соединяются с помощью промежуточной опоры, которая прикреплена к кузову автомобиля.

Шарнир неравных угловых скоростей представляет собой две вилки, расположенные друг к другу под углом 90 градусов, крестовину и соединительные элементы (болты, муфты, фланцы). Подшипники, в которых вращается крестовина, вставлены в специальные отверстия вилок.

Представленная карданная передача отличается тем, что в процессе работы крутящий момент движется неравномерно, то есть за один цикл ведомый вал два раза отстает и два раза опережает ведущий вал, поэтому здесь применяется как минимум два шарнира — по одному на каждом конце вала.

Карданная передача с полу карданным упругим шарниром обеспечивает перемещение крутящего момента между двумя валами, находящимися под небольшим углом относительно друг друга.

Видео: карданная и главная передачи

Эксплуатация и возможные неисправности карданной передачи

Бережная эксплуатация автомобиля позволяет шарнирам карданного вала и шаровым шарнирам передних валов сохранить свою работоспособность надолго, как минимум до 100 тысяч побега. Что касается труб, то при отсутствии механических повреждений их можно использовать долгие годы без замены, в противном же случае изогнутый механизм стоит просто заменить новым. Следует уделять внимание состоянию чехлов шарниров и заменять их при любом повреждении, уберегая тем самым шарниры.

Сокращение работоспособности шарниров могут спровоцировать резкие разгоны, пробуксовка в грязи, неправильный выбор скоростей, долгие поездки по снежным и грунтовым дорогам с глубокими колеями.

О неисправности карданной передачи можно узнать по появившимся посторонним звукам или рывкам автомобиля при движении. Существует несколько причин потери работоспособности карданной передачей, и среди них такие:

  • износ карданных шарниров;
  • деформация карданных валов;
  • повреждение или износ сальников;
  • повреждение защитного чехла шарнира;
  • износ подшипников;
  • ослабление соединительных механизмов.

Данные неисправности очень легко устранить, заменив поврежденные детали или подтянув крепежные детали.

Конструкция

Карданный шарнир является самой важной частью вала. В целом, устройство карданной передачи включает в себя:

  • вал и ось узла;
  • две вилки, размещенные на концах вала и оси;
  • крестовина;
  • подшипники (игольчатые);
  • сальники;
  • фиксирующие элементы.

Устройство карданного вала

Вилки располагаются под углом 90 град между собой. Одна из них располагается на валу, а вторая – на оси, которая передает или принимает крутящий момент. С этими осями вилки соединяются при помощи фланцев.

В вилках проделаны проушины, в которые устанавливается крестовина с подшипниками. Фиксирующие элементы предотвращают самовольное разъединение составных частей. В общем, конструкция достаточно проста, что обеспечивает надежность шарнира.

Приводные валы обеспечивают передачу при несоосном положении узлов, но при этом во время движения расстояние между составными элементами, соединенными приводом, может меняться. И этот фактор также предусматривается конструкцией привода. Для этого сам карданный вал изготовлен в виде пустотелой трубы, соединенной с валом вилки при помощи шлицевого соединения.

Устройство игольчатого подшипника крестовины

Обычно карданная передача является необслуживаемой. Для снижения трения в подшипники на стадии изготовления закладывается смазка, вытеканию которой препятствуют имеющиеся сальники. Но также есть и обслуживаемые шарниры. Их особенность заключается в том, что в крестовине проделаны специальные каналы и установлена пресс-масленка. При обслуживании привода смазка пополняется при помощи технического шприца.

Карданная передача с полукарданным упругим шарниром

Упругий полукарданный шарнир способствует передаче крутящего момента между валами, расположенными под небольшим углом. Происходит это, благодаря деформации упругого звена.

1 — гайка; 2 — ведомый вал коробки передач; 3 — шайба стопорная; 4 — болт (3 шт.); 5, 6 — фланцы муфты; 7 — обойма; 8 — карданный вал; 9 — сальник; 10 — стопорное кольцо; 11 — центрирующее кольцо; 12 — уплотнитель

В качестве примера можно привести упругую муфту Гуибо. Это шестигранный сжатый упругий элемент. К нему крепятся фланцы ведущего и ведомого валов и передается крутящий момент.

Общее устройство трансмиссии

• возможность передачи крутящего момента под большим углом (до 45°);

• передача крутящего момента не должна сопровождаться большими дополнительными динамическими нагрузками в трансмиссии;

• при любых условиях эксплуатации должен обеспечиваться высокий КПД передачи.

Карданные шарниры можно разделить:

по кинематике на синхронные (равные угловые скорости) и асинхронные (неравные угловые скорости);
по конструкции на полные, полу карданные — жесткие (угол до 2°) и упругие (угол до 12°).

Конструкция карданной передачи ЗИЛ включает в себя:

• промежуточный полый карданный вал, на одном конце которого приварена вилка, на другом — шлицевая втулка;

• скользящую шлицевую вилку;

• карданный вал, на концах которого приварены вилки карданных шарниров;

• три карданных шарнира неравных угловых скоростей, состоящих из двух вилок и крестовины с четырьмя шипами под игольчатые подшипники крепления с вилками;

• промежуточную опору, состоящую из кронштейна опоры, полушки опоры, скобы крепления подушки, шарикоподшипника с гайкой крепления.

Расположение карданных передач на автомобилях:

а — легковом; б — грузовом; — фуэовых повышенной проходимости;1 — коробка передач; 2, 4 и 9 и 11— карданные 3 и 10 — задние ведущие мосты; 5 — промежуточная опора; 6 — раздаточная коробка; 8 — передний ведущий мост.

Трансмиссия автомобиля с полным приводом состоит их нескольких карданных передач с карданными шарнирами неравных угловых скоростей, также существуют карданные передачи с карданными шарнирами равных угловых скоростей, которые установлены в приводе управляемых ведущих колес.

Общее устройство карданной передачи:

Давайте с вами рассмотрим устройство основных частей карданной передачи.

Карданный шарнир неравных угловых скоростей состоит из двух вилок 1, соединенных крестовиной 3. Одна вилка имеет фланец, а другая приварена к трубе карданного вала или выполнена с шлицевым наконечником 6 для соединения с карданным валом. Шипы крестовины устанавливаются в проушины обеих вилок на игольчатых подшипниках 7. Подшипники размещаются в корпусе 2 и удерживаются в проушине вилки с помощью крышки, которая крепится к вилке двумя болтами, со стопорами. В отдельных случаях подшипники закрепляются в вилках. Чтобы в подшипник не попадала грязь и пыль, в нем имеется сальник. С помощью масленки полость крестовины наполняется смазкой, которая в итоге смазывает подшипники. Шлицевое соединение 6 смазывается с помощью масленки 5.

Максимальный угол между осями валов не должен превышать 20°. Это связано с тем, что работа при больших углах значительно снижает КПД использования карданных передач.

Карданные валы выполняются трубчатыми, из стальных цельнотянутых или сварных труб. К трубам привариваются вилки карданных шарниров, шлицевые втулки или наконечники. После сборки карданного вала с карданными шарнирами проводят динамическую балансировку для уменьшения поперечных нагрузок, которые действую на карданный вал. Чтобы устранить дисбаланс к карданному валу приваривают балансировочные пластины.

Карданный шарнир равных угловых скоростей состоит из двух вилок, пяти шариков, штифта, стопорной шпильки. Ведущая вилка изготавливается цельно с полуосью 6, а ведомая вилка цельно с приводным валом 23 колеса. В каждой вилке 3 и 4 имеются четыре канавки, в которых устанавливаются четыре ведущих шарика 7, через которые передается вращение от одной вилки к другой. При любом угле между валами боковые шарики в канавках вилок находятся в плоскости, делящей этот угол пополам, благодаря чему вращение от ведущего вала к ведомому передается равномерно. Центральный (пятый) шарик 2 помещается между торцами вилок и обеспечивает их центрирование. Для возможности установки ведущих шариков в канавки вилок центральный шарик имеет лыску с отверстием, которым он при сборке карданного шарнира устанавливается против вставляемого бокового шарика. После сборки карданного шарнира центральный шарик фиксируется в определенном положении штифтом 6, закрепляемым стопорной шпилькой 5 в отверстии ведомой вилки.

Устройство карданных шарниров равных угловых скоростей:
а — шариковый; б — кулачковый; 1 — ведущие (боковые) шарики; 2 — центральный шарик; 3, 4, 7, 11 — вилки; 5 — шпилька; 6 — штифт; 8, 10 — кулачки; 9 — диск.

Карданные валы и вилки изготавливаются из углеродистой, а крестовины — из хромистой и хромоникелевой сталей. Для смазывания карданных передач применяется трансмиссионное масло — нигрол.

Эксплуатация и возможные неисправности карданной передачи

Бережная эксплуатация автомобиля позволяет шарнирам карданного вала и шаровым шарнирам передних валов сохранить свою работоспособность надолго, как минимум до 100 тысяч побега. Что касается труб, то при отсутствии механических повреждений их можно использовать долгие годы без замены, в противном же случае изогнутый механизм стоит просто заменить новым. Следует уделять внимание состоянию чехлов шарниров и заменять их при любом повреждении, уберегая тем самым шарниры.

Сокращение работоспособности шарниров могут спровоцировать резкие разгоны, пробуксовка в грязи, неправильный выбор скоростей, долгие поездки по снежным и грунтовым дорогам с глубокими колеями.

О неисправности карданной передачи можно узнать по появившимся посторонним звукам или рывкам автомобиля при движении. Существует несколько причин потери работоспособности карданной передачей, и среди них такие:

  • износ карданных шарниров;
  • деформация карданных валов;
  • повреждение или износ сальников;
  • повреждение защитного чехла шарнира;
  • износ подшипников;
  • ослабление соединительных механизмов.

Данные неисправности очень легко устранить, заменив поврежденные детали или подтянув крепежные детали.

Где еще применяются валы карданного типа

Для чего нужен карданный вал, кроме соединения КПП с мостом и колесами? В реальности сфера применения шарниров НУС достаточно велика. Их применяют для создания регулируемых рулевых колонок, где необходимо передать крутящий момент от руля к колесам. Также крестовидные соединения используют в наборах инструментов. Они позволяют работать с болтами, не находящимися на прямой линии с удлинителем ключа.

Сегодня карданные шарниры, несмотря на широкое применение во многих областях промышленности, считаются устаревшими. Все большее развитие получают ШРУСЫ, а крестовины и вилки медленно уходят в прошлое.

Что такое ШРУС и зачем он нужен в автомобиле

Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) – это механизм, обеспечивающий равномерную передачу крутящего момента к ведущим колесам при их повороте на угол до 70° относительно оси. Используются такие шарниры на автомобилях с независимой подвеской в конструкции привода управляемых колёс.

Задача передачи крутящего момента от двигателя к колёсам оказалась в техническом плане не такой уж простой и потребовала от автоконструкторов создания трансмиссии. При этом колеса «живут» в машине своей жизнью и крепятся к кузову независимо по отношению к коробке передач.

Для заднеприводных автомобилей вопрос решился использованием в конструкции кардана. А вот для переднеприводных автомобилей потребовались иные устройства, обеспечивающие передачу вращательного движения к «подпрыгивающим» относительно кузова колесам.

Дело в том, что обычный кардан с крестовиной, при вращении с постоянной угловой скоростью ведущего вала, не в состоянии обеспечить постоянную угловую скорость расположенного под углом вала ведомого. А дополнительные рывки и торможения при передаче крутящего момента от двигателя к колёсам автомобиля абсолютно неуместны.

Технические приёмы, обеспечивающие компенсацию такой неравномерности угловых скоростей, оказались эффективными до углов между осями ведущего и ведомого колес не более 20⁰.

В то же время для переднеприводных автомобилей требовалось обеспечить передачу крутящего момента без «искажений» при углах поворота колёс до 70⁰, причём такая передача должна была быть ещё и очень надежной, ведь узел подвергается высоким нагрузкам.

Теоретическое решение – ШРУС, было найдено давно: устройство запатентовано еще в 20-х годах прошлого века инженером А.Рцеппой (шарнир Рцеппа), а для его практической реализации потребовалось почти 40 лет (Япония, 1963 г.).

Конструктивно один из распространённых вариантов ШРУС выглядит следующим образом.

Ведущий вал посредством шлицевого соединения приводит в движение внутреннюю обойму, на рабочей стороне которой выполнены шесть канавок. На внешней обойме шарнира (соединённой с ведомым валом) также выполнено шесть канавок. А обоймы связаны между собой через шарики, расположенные в вырезах сепаратора.

Подобная конструкция обеспечивает (в отличие от простой карданной передачи) равенство мгновенных угловых скоростей ведущего и ведомого валов.

Карданная и главная передачи, дифференциал, полуоси

Карданная передача.

Карданы (карданные сочленения) подразделяются на жесткие и мягкие (упругие), жёсткие в свою очередь на вильчатые и карданы равных угловых скоростей.

Вильчатый кардан (рис. 78, а) имеет крестовину 3, которая соединяет две вилки 4 и 7.

При соединении валов 8 и 9 (рис. 78, б) вильчатым карданом 10 вал 9 будет вращаться неравномерно. Эта неравномерность вызывает значительную инерционную нагрузку на детали трансмиссии. Для достижения равномерного вращения вала 11 ведущей шестерни главной передачи карданы 10 и 12 устанавливают на обоих концах карданного вала 9, а в приводе к передним ведущим колесам применяют карданы равных угловых скоростей.

Рис. 78. Карданы: а — вильчатый кардан; б — двойная карданная передача; в и г — карданы равных угловых скоростей;

1 — игольчатый подшипник; 2 — сальник; 3 — крестовина; 4 и 7 — вилки кардана; 5 — предохранительный клапан; 6 — масленка; 8 — ведущий вал; 9 — карданный вал; 10 и 12 — вильчатые карданы; 11 — вал ведущей шестерни главной передачи; 13 — наружная полуось; 14 — внутренняя полуось; 15 и 17 — шпильки; 16 — желоба вилок; 18 — центральный шарик; 19 — ведущие шарики; 20 — кулаки дискового кардана; 21 — диск кардана

Шариковый кардан равных угловых скоростей (ГАЗ-66, ЗИЛ-131) состоит из двух вилок 4 и 7 (рис. 78, в), четырех ведущих шариков 19 и центрального шарика 18. Вилка 7 является ведущей и составляет одно целое с внутренней полуосью 14. Ведомая вилка 4 откована вместе с наружной полуосью 13, на конце которой крепится ступица колеса. Крутящий момент от ведущей вилки к ведомой передается через шарики, которые катятся по круговым желобам 16 вилок. Центральный шарик 18 служит для центрирования вилок и удерживается в определенном положении шпильками 15 и 17. Угловые скорости ведущей и ведомой вилок одинаковые вследствие симметричности механизма относительно вилок.

Вилки 4 и 7 (рис. 78, г) дискового кардана равных угловых скоростей (КрАЗ-214Б, Урал-375) охватывают два цилиндрических кулака 20. Во внутренние пазы кулаков вставлен диск 21 кардана, который, соединяя оба кулака, позволяет передавать вращение от внутренней полуоси 14 к наружной 13. Внутренняя и наружная полуоси могут качаться каждая на своем кулаке в вертикальной плоскости и вместе с кулаком вокруг диска в горизонтальной плоскости.

Дисковый кардан работает подобно двум сочлененным вильчатым карданам, из которых первый создает неравномерность вращении, а второй устраняет эту неравномерность. В результате вращение от внутренней полуоси к наружной передается равномерно.

Главная передача.

Крутящий момент, подведенный к главной передаче от карданного вала, увеличивается в соответствии с ее передаточным числом и передается через дифференциал и полуоси на ведущие колеса автомобиля.

Рис. 79. Главная передача автомобиля ГАЗ-66:

1 — упор ведомой шестерни; 2 и 8 — регулировочные прокладки; 3 — муфта подшипников; 4 — фланец; 5 — гайка; 6 — вал ведущей шестерни; 7 — крышка сальника; 9 — гайка подшипника дифференциала; 10 — полуось; 11 и 17 — чашки коробки дифференциала; 12 — стопорная пластина; 13 — крышка подшипника; 14 — внешняя обойма дифференциала; 15 — сухарь; 16 — ведомая шестерня; 18 — внутренняя обойма дифференциала; 19 — маслосъемная трубка; 20 — верхний масляный канал

Главные передачи подразделяются на одинарные (легковые автомобили, автомобили ГАЗ-66) — с одной парой конических или гипоидных шестерен — и двойные (ЗИЛ-131, МАЗ-500, КрАЗ-257),— с одной парой конических и одной парой цилиндрических шестерен.

У гипоидной главной передачи (ГАЗ-53А, ГАЗ-66) ось вала ведущей конической шестерни не пересекается с осью ведомой шестерни, а расположена ниже ее (рис. 79). Гипоидная передача позволяет расположить ниже карданный вал, опустить пол кузова легкового автомобиля и сам кузов, что снижает высоту центра тяжести и повышает устойчивость автомобиля. Такая передача бесшумна в работе и более долговечна, так как имеет большую длину и толщину зубьев ведущей шестерни при прочих равных размерах передачи.

С другой стороны, гипоидная передача весьма чувствительна к нарушению правильности зацепления, в ней большее, чем у передачи с коническими шестернями, взаимное скольжение зубьев, более высокий нагрев деталей и выдавливание смазки. Поэтому поверхности зубьев гипоидной главной передачи должны обладать высокой твердостью, необходимы тщательная обработка и сборка шестерен, а в процессе эксплуатации — применение масел, обладающих высокой прочностью пленки, и особо тщательное обслуживание.

Рис. 80. Главная передача среднего и заднего мостов автомобиля ЗИЛ-131:

1 — ведущая шестерня; 2 — ведомая шестерня; 3 — ведущая цилиндрическая шестерня; 4 и 18 — регулировочные прокладки; 5 — крышка; 6 — подшипник; 7 — распорное кольцо; 8 — ведомая цилиндрическая шестерня; 9 — сателлит; 10 — крестовина: 11 — шестерня полуоси; 12 — чашка; 13 — стопор; 14 — регулировочная гайка; 15 — картер; 16, 19 и 21 — фланцы; 17 — проходной вал; 20 — регулировочные шайбы

Двойная главная передача автомобиля ЗИЛ-131 (рис. 80) состоит из двух конических шестерен 1 и 2 и двух цилиндрических шестерен 3 и 8. Вал 17 ведущей шестерни среднего моста является одновременно проходным валом, передающим крутящий момент к главной передаче заднего моста. Поэтому на заднем конце вала среднего моста имеется фланец 19, а задний конец вала заднего моста закрыт крышкой.

На автомобилях МАЗ-503 применена двойная главная передача, состоящая из центрального одноступенчатого редуктора, имеющего одну пару конических шестерен (рис. 81), и планетарной колесной передачи.

Применение колесных передач позволяет разгрузить дифференциал и полуоси, уменьшить габаритные размеры моста и увеличить дорожный просвет.

Колесная передача (рис. 81, б) состоит из цилиндрических шестерен: солнечной шестерни 18, насаженной на полуоси 14; трех сателлитов 20, свободно вращающихся на осях 21; коронной шестерни 8 с внутренними зубьями, соединенной со ступицей 16 колеса. Сателлиты свободно вращаются на цилиндрических роликовых подшипниках 22. Три оси 21 сателлитов закреплены в неподвижном водиле.

Рис. 81. Главная передача автомобиля МАЗ-500: а — центральный редуктор; б — планетарная колесная передача;

1 — полуосевая шестерня; 2 — сателлит; 3 — распорное кольцо; 4 — регулировочная шайба; 5 — ведущая коническая шестерня; 6 — ведомая коническая шестерня; 7 — упор; 8 — коронная (ведомая) шестерня; 9 — контргайка; 10 — стопорная шайба; 11 — гайка подшипников ступицы; 12 — кожух полуоси; 13 — упор солнечной шестерня; 14 — полуось; 15 — внутренняя чашка водила; 16 — ступица колеса; 17 — наружная чашка водила; 18 — солнечная (ведущая) шестерня; 19 — стопорное кольцо; 20 — сателлит; 21 — ось сателлита; 22 — подшипник сателлита; 23 — стопорный болт

Водило колесной передачи состоит из двух чашек: внутренней 15 со шлицевой ступицей и наружной 17, соединенных между собой болтами. Водило крепится на кожухе полуоси гайкой 11 и контргайкой 9 подшипников ступицы. Между гайкой и контргайкой имеется стопорная шайба 10.

Солнечная шестерня 18 фиксируется на полуоси 14 стопорным кольцом 19. Смещение шестерни 18 внутрь ограничивается упором 13.

От осевого смещения оси сателлитов удерживаются стопорными болтами 23.

Задние мосты автомобилей ЗИЛ и МАЗ могут выполняться двухступенчатыми. При этом достигаются высокие динамические свойства автомобиля в различных условиях движения и увеличивается количество передач между двигателем и ведущими колесами. Так, при пятиступенчатой коробке передач и двухступенчатом заднем мосте возможны десять передач.

Рис. 82. Схема двухступенчатой главной передачи: 1 — ведущий вал; 2 — ведомая шестерня; 3 — коронная шестерня; 4 — сателлит; 5 — водило; 6 — шестерня, связанная с коробкой дифференциала; 7 — солнечная шестерня; 8 — шестерня картера моста; 9 — муфта; 10 — коробка дифференциала

Двухступенчатая (с понижающей передачей) главная передача (рис. 82) имеет коронную шестерню 3, сателлиты 4 и солнечную шестерню 7, жестко связанную с подвижной зубчатой муфтой 9. Когда муфта 9 входит в зацепление с шестерней 8, шестерня 7 неподвижна. Шестерня 3, вращаясь от вала 1 главной передачи, обкатывает сателлиты 4 по неподвижной шестерне 7. Сателлиты при этом вращают с пониженной скоростью водило 5 и коробку дифференциала 10.

Если муфту 9 вывести из зацепления с шестерней 8, а солнечную шестерню 7 ввести в зацепление с шестерней 6, связанной с коробкой дифференциала 10, то планетарная передача блокируется. В этом случае механизм вращается со скоростью коронной шестерни 3, равной скорости вращения ведомой шестерни 2 главной передачи.

Перемещение муфты 9 в осевом направлении осуществляется пневматическим цилиндром управляемым из кабины водителя.

Межколесный дифференциал.

Наибольшее распространение получили межколесные дифференциалы с коническими сателлитами. Межколесные дифференциалы легковых автомобилей имеют два сателлита, грузовых — четыре.

В коническом дифференциале (см. рис. 81, а) усилие от ведомой шестерни 6 главной передачи и скрепленной с ней коробки дифференциала передается на крестовину сателлитов. Так как это усилие равномерно распределяется между полуосевыми шестернями 1, то полуоси всегда нагружаются одинаковыми крутящими моментами.

Рис. 83. Кулачковый дифференциал:

1 — левая чашка; 2 — сухари; 3 — внутренняя обойма; 4 — внешняя обойма; 5 — правая чашка дифференциала

У автомобилей с дифференциальным приводом к колесам при недостаточном сцеплении одного из ведущих колес с дорогой крутящий момент передается через буксующее колесо, вращающееся с большой скоростью, а другое колесо остается неподвижным. Для устранения этого недостатка дифференциала и повышения проходимости автомобиля по плохим дорогам иногда применяют механизмы для выключения дифференциала (блокировки) или дифференциалы с повышенным внутренним трением.

На рис. 83 показаны детали кулачкового дифференциала повышенного трения, устанавливаемого на автомобилях ГАЗ-66.

В радиальные прорези левой чашки 1 дифференциала, соединенной с ведомой шестерней главной передачи, свободно вставлены сухари 2. Обоймы 3 и 4 имеют кулачки (выступы) и соединяются с полуосями. Вращение от ведомой шестерни передается через сухари 2 и кулачки обойм 3 и 4 на полуоси. Полуоси могут вращаться с разными скоростями за счет радиального перемещения сухарей 2 по кулачкам обойм 3 и 4. Однако вследствие повышенного трения между сухарями и обоймами для проворачивания полуосей требуется значительная разница в величине сопротивлений на колесах. В результате на обе полуоси передается крутящий момент, достаточный для движения автомобиля, и при буксовании одного из колес полная остановка другого колеса, испытывающего большее сопротивление дороги, происходит реже.

Полуоси.

Крутящий момент Мк (рис. 84), подведенный к ведущему колесу от коленчатого вала двигателя, вызывает со стороны дороги толкающую силу Хк. Вертикальная нагрузка Gк на колесо вызывает вертикальную реакцию от дороги Zк. При движении на повороте, по дороге, имеющей поперечный уклон, и при воздействии на автомобиль бокового ветра колесо воспринимает боковую силу Y и соответствующую ей боковую реакцию Yк.

Рис. 84. Схема сил, действующих на ведущее колесо автомобиля: vа — направление скорости движения; rк — радиус качения колеса

В зависимости от расположения подшипников полуоси воспринимают различные нагрузки и по условиям работы подразделяются на два основных типа: полностью разгруженные (грузовые автомобили) и полу разгруженные (легковые автомобили).

Полностью разгруженная полуось передает только крутящий момент Мк. Одним концом полуось лежит в коробке дифференциала, а другим при помощи фланца соединена со ступицей колеса. Ступица колеса вращается на двух подшипниках качения, установленных на кожухе полуоси.

Полуразгруженная полуось передает крутящий момент и воспринимает изгибающие моменты от всех трех реакций, действующих на ведущее колесо; подшипник колеса установлен на полуоси.

Привод к передним ведущим колесам.

Так как передние колеса являются управляемыми, то между наружной 2 и внутренней 14 полуосями (рис. 85) ставится кардан равных угловых скоростей 15. Внутренняя полуось 14 шлицами соединена с полуосевой шестерней дифференциала, а наружная 2 — фланцем 4 со ступицей 5 колеса. В картер переднего моста запрессованы кожухи 12 полуосей, на которые посажены шаровые опоры 11; фланцы шаровых опор крепятся к фланцам 13 картера переднего моста. В шаровые опоры запрессованы и приварены шкворни 8 и 17.

Рис 85. Привод к переднему ведущему колесу автомобиля КрАЗ-214Б:

1 — поворотная цапфа; 2 — наружная полуось; 3 — регулировочная гайка подшипников ступицы; 4 — фланец; 5 — ступица колеса; 6 — опорный тормозной диск; 7 — верхняя крышка шкворня; 8 и 17 — шкворни; 9 и 16 — поворотные рычаги; 10 — корпус поворотной цапфы; 11 — шаровая опора; 12 — кожух полуоси; 13 — фланец картера переднего моста; 14 — внутренняя полуось; 15 — кардан равных угловых скоростей; 18 — опора корпуса поворотной цапфы

К литому корпусу 10 прикреплены поворотная цапфа 1, опорный тормозной диск 6 и маслоуловитель. На шейках поворотной цапфы установлены роликовые конические подшипники ступицы колеса; на резьбовом конце цапфы имеется гайка 3 для крепления и регулировки подшипников. Корпус поворотной цапфы установлен на шкворнях на двух цилиндрических роликовых подшипниках. Упорный шариковый подшипник нижнего шкворня 17 расположен в опоре 18, которая ввертывается в корпус и закрепляется контргайкой и замочной шайбой. Эта опора позволяет регулировать зазор между верхним шкворнем 8 и крышкой 7 (должен быть не более 0,5 мм). Крышка 7 изготовлена за одно целое с рычагом 9. К нижней части корпуса 10 прикреплен поворотный рычаг 16.

Статья из книги «Устройство грузового автомобиля». Читайте также другие статьи из

0 0 голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector