Моделирование рабочих процессов карданных передач

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Ростовский  Государственный Строительный Университет

Дорожно-Транспортный Институт

Каф. Технической  Эксплуатации и Сервиса Автомобилей  и оборудования 
 
 
 
 
 

Реферат

на тему: «Моделирование рабочих процессов карданных передач».

по дисциплине: «Моделирование рабочих процессов  в автосервисе». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил  студент гр. АС-507:

Землянский  С.Д.

Проверил  к. т. н. доцент :

Бобыльченко В.Ю. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Ростов-на-Дону

2011

Назначение  и типы карданных  передач и карданных шарниров

Карданной называется передача, осуществляющая силовую связь механизмов автомобиля, валы которых несоосны или расположены под углом.

Карданная передача служит для передачи крутящего момента  между валами механизмов.

В зависимости  от типа, компоновки и конструкции автомобиля карданная передача может передавать крутящий момент от коробки передач к раздаточной коробке или к главной передаче ведущего моста, от раздаточной коробки к главным передачам ведущих мостов, между главными передачами среднего и заднего ведущих мостов, от полуосей к передним ведущим и управляемым колесам, от главной передачи к ведущим колесам с независимой подвеской. Карданная передача может также применяться в приводе от коробки отбора мощности к вспомогательным механизмам (лебедка и др.) и для связи рулевого колеса с рулевым механизмом.

Для соединения механизмов автомобиля применяются  карданные передачи различного типа (рис. 1).

Одновальные карданные передачи применяются  на легковых автомобилях с короткой базой (база — расстояние между передними и задними колесами) и колесной формулой 4x2 для соединения коробки передач с задним ведущим мостом. Такая карданная передача состоит из карданного вала и двух карданных шарниров.

Двухвальная карданная передача применяется на автомобилях с длинной базой и колесной формулой 4x2 для связи коробки передач с задним ведущим мостом. Передача включает в себя два карданных вала, три карданных шарнира и промежуточную опору. Эта карданная передача получила наибольшее распространение

Рис. .1. Типы карданных передач, классифицированных по различным признакам

на легковых, грузовых автомобилях и автобусах  ограниченной проходимости.

На автомобилях  повышенной проходимости с колесной формулой 4x4 используются три одиовальные карданные передачи для соединения соответственно коробки передач с раздаточной коробкой, а также раздаточной коробки с задним и передним ведущими мостами.

На автомобилях  высокой проходимости с колесной формулой 6x6 и индивидуальным приводом ведущих мостов раздаточная коробка соединяется с задним ведущим мостом двухвальной карданной передачей с промежуточной опорой. Связь коробки передач с раздаточной коробкой с передним и средним ведущими мостами этих автомобилей осуществляется одновальными карданными передачами.

В автомобилях  высокой проходимости с колесной формулой 6x6 и со средним проходным ведущим мостом для связи коробки передач с раздаточной коробкой и раздаточной коробки с ведущими мостами используются одновальные карданные передачи. При этом обеспечивается привод дополнительного редуктора среднего моста.

Одновальные и двухвальные карданные передачи, используемые для соединения коробки передач, раздаточной коробки и ведущих мостов автомобилей, имеют карданные шарниры неравных угловых скоростей. Карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей на автомобилях применяются для привода передних управляемых и одновременно ведущих колес.

Карданные шарниры. Карданным шарниром или карданом называется подвижное соединение, обеспечивающее передачу вращения между валами, оси которых пересекаются под углом.

В автомобилях  применяются карданные шарниры  неравных и равных угловых скоростей. Первые называются асинхронными шарнирами, а вторые — синхронными.

Карданный шарнир неравных угловых скоростей (рис. .2 а) состоит из вилки 1 ведущего вала, вилки 3 ведомого вала и крестовины 2, соединяющей вилки с помощью игольчатых подшипников. Вилка 3 может поворачиваться относительно оси 00 крестовины и одновременно с крестовиной поворачиваться относительно оси 01О1 при передаче вращения с ведущего вала на ведомый при изменяющемся угле у между валами.

Если ведущий  вал повернется на некоторый угол а, то ведомый вал за это время повернется на угол В, и соотношение между углами поворота запишется в виде

Следовательно, валы вращаются с разными скоростями , а ведомый вал — еще и неравномерно. Неравномерность вращения валов зависит от угла у между ними.

Рис. 2. Карданные  шарниры:

 а — неравных угловых скоростей; б, в — равных угловых скоростей; 1,3,8.11 — вилки; 2 — крестовина; 4, 5 — _в

валы; 6, 7 — шарики; 9. 10 — кулачки; 12 — паз; 13 — шип

Степень неравномерности  вращения ведомого вала оценивается коэффициентом неравномерности 

При увеличении угла у между валами неравномерность  вращения ведомого вала значительно возрастает (рис. .3). Для устранения неравномерного вращения используют два карданных шарнира неравных угловых скоростей, которые устанавливают на концах карданного вала. Тогда неравномерность вращения, создаваемая первым карданным шарниром, выравнивается вторым карданным шарниром, и ведомый вал вращается равномерно со скоростью ведущего вала.

Карданные шарниры  неравных угловых скоростей допускают  передачу вращения при углах у  между валами до 15... 20° Наиболее распространенными  карданными шарнирами равных угловых скоростей являются шариковые и кулачковые шарниры.

Шариковый карданный  шарнир равных угловых скоростей  состоит из фасонных вилок, изготовленных  как единое целое с ведущим 4 и ведомым 5 валами. Вилки имеют овальные делительные канавки, в которых находятся рабочие шарики 6. Центрирование вилок осуществляется шариком 7, размещающимся в сферических углублениях внутренних концов вилок. Вращение с вала 4 на вал 5 передается через рабочие шарики 6.

Рис. 17.3. График зависимости коэффициента неравномерности вращения карданного вала от угла у межд у

Канавки вилок  имеют специальную форму, которая  независим мо от изменения угла у  между валами обеспечивает расположение рабочих шариков в плоскости  АА, делящей угол 0 пополам. В результате этого оба вала вращаются с равными скоростями .

Шариковый карданный  шарнир такого типа может передавать вращение при углах у между  валами, достигающими 30... 32° Шарнир прост по конструкции и сравнительно недорог при изготовлении. Однако он имеет ускоренный износ из-за наличия скольжения рабочих шариков относительно канавок и высокого давления между шариками и канавками.

Кулачковый  карданный шарнир равных угловых  скоростей (см. рис. 2, в) состоит из двух вилок —8 и 11, изготовленных совместно с валами, и двух кулачков — 9 и 10 — специальной формы. Кулачки установлены в вилках и соединены между собой с помощью шипа 13 и паза 12. При такой конструкции вилки 8 и 11 могут качаться в своих кулачках в одной плоскости и вместе с кулачками в другой плоскости.

Кулачковый карданный шарнир равных угловых скоростей по своему действию аналогичен действию двух сочлененных карданных шарниров неравных угловых скоростей (сдвоенному карданному шарниру), из которых первый шарнир создает неравномерность вращения, а второй — устраняет эту неравномерность. В результате обеспечивается равномерное вращение валов соединяемых кулачковым шарниром.

Кулачковые  карданные шарниры имеют простую  конструкцию, большую опорную поверхность  и небольшие напряжения смятия. Эти  шарниры в зависимости от своих размеров способны передавать большой крутящий момент (8...30 кН м). При этом передача крутящего момента возможна при углах между валами у = 45...50° Однако КПД кулачковых карданных шарниров меньше, чем у шариковых шарниров.

Кулачковые  карданные шарниры равных угловых скоростей применяются на автомобилях большой грузоподъемности в приводе к передним ведущим управляемым колесам.

      

Требования  к карданной передаче

Дополнительно к общим требованиям к системам, агрегатам и механизмам автомобиля  к карданной передаче предъявляются специальные требования, в соответствии с которыми она должна обеспечивать:

• передачу крутящего момента и равномерное вращение валов соединяемых механизмов независимо от угла между валами;
• передачу крутящего момента без создания в трансмиссии автомобиля дополнительных нагрузок;
• высокий КПД;
• бесшумность при работе.

Рассмотрим  требования к карданной передаче.

Равномерность вращения валов. Взаимное расположение валов механизмов, соединяемых карданной  передачей, и угол между валами существенно влияют на конструкцию и работу карданной передачи.

Угол между  валами зависит главным образом  от механизмов, которые соединяет  карданная передача. Когда карданная  передача соединяет коробку передач  и раздаточную коробку, которые  установлены на раме или кузове, угол наклона соединяющего карданного вала составляет 3... 5° Если карданная передача связывает коробку передач или раздаточную коробку с главной передачей, или главную передачу ведущего моста с ведущими колесами (при независимой подвеске), то наклон карданного вала может быть 12... 15° Наибольший угол между соединяемыми валами может достигать 30...32° в том случае, когда карданная передача применяется для передачи крутящего момента ведущему управляемому колесу. Независимо от угла между соединяемыми валами карданная передача должна обеспечивать передачу крутящего момента и равномерное вращение валов. Это достигается выбором типа и кинематики карданной передачи и ее карданных шарниров.

При одновальной  карданной передаче, двух карданных шарнирах неравных угловых скоростей и валах, расположенных в одной плоскости (рис. 4, а), ведущие вилки шарниров устанавливают под углом 90° одна относительно другой. В этом случае равномерное вращение валов соединяемых механизмов может быть достигнуто при условии расположения вилок карданного вала в одной плоскости и при равенстве углов между карданным валом и соединяемыми валами (yi = у₂).

При двухвальной  карданной передаче, трех карданных  шарнирах неравных угловых скоростей и валах, расположенных в одной

Рис. 4. Схемы  одновальной двухшарнирной карданной  передачи: а — плоской; б — пространственной; /. 3 — валы механизмов; 2 — карданным вал; /. // — плоскости расположения вилок карданных валов

Рис. 5. Схема  двухвальиой трехшарнирной карданной передачи 

плоскости (рис. 5), равномерность вращения соединяемых валов возможна при условии cosy,cosy₂ = cosy₃. При этом вилки первого карданного вала должны располагаться под углом 90° одна относительно другой, а вилки второго карданного вала — устанавливаться в одной ПЛОСКОСТИ.

При движении автомобиля углы у₂ и двухвальиой карданной передачи могут изменяться, а угол у, остается постоянным. Следовательно, полное устранение неравномерности вращения валов в этом случае невозможно. В связи с этим первый карданный вал следует устанавливать с некоторым наклоном, чтобы уменьшить разрушения в игольчатых подшипниках карданных шарниров.