Моделирование рабочих процессов карданных передач

При расчете  карданного вала на кручение определяют напряжения кручения.

Для трубчатого вала

Допустимые  напряжения кручения |т_кр| = 100... 120 МПа.

На некоторых  автомобилях используют трубчатые  карданные валы, изготовленные из композиционных материалов — стеклопластиков, углепластиков и боропластиков. Плотность этих материалов меньше плотности стали почти в 4 раза при одинаковой прочности. Однако карданные валы из композиционных материалов имеют высокую стоимость, что препятствует широкому применению их в автомобилях.

Сплошные карданные  валы, применяемые главным образом в приводе ведущих управляемых колес, изготавливают из легированной стали 40Х.

Для сплошного  вала

Допустимые  напряжения кручения |т_кр] = 300...400 МПа.

При передаче крутящего момента карданный  вал закручивается на некоторый угол, характеризующий жесткость вала. Поэтому расчет карданного вала на жесткость производят по углу закручивания

де G = 850 ГПа — модуль упругости при кручении; J — момент инерции сечения вала:

Допустимый  угол закручивания должен составлять 1... 8° на I м длины вала.

При передаче крутящего момента шлицы карданного вала работают на смятие и срез. Напряжения смятия определяют от сил, действующих по среднему диаметру шлицов:

где /„, — наружный и внутренний диаметры шлицов; /,„ — длина шлицов; / — число шлицов.

Допустимые  напряжения смятия шлицов [ст_см| = 15...20 МПа.

Напряжения  среза шлицов определяют в сечении  у их основания:

де /; — ширина шлицов.

Допустимые  напряжения среза шлицов [х_ср| = 25...30 МПа.

Осевые силы, возникающие в подвижном шлицевом соединении карданной передачи, которое компенсирует изменение длины передачи при движении автомобиля, могут достигнуть больших значений (например, в грузовых автомобилях 20... 30 кН) даже при хорошем смазывании шлицов.

При передаче большого крутящего момента в шлицевом соединении происходит заклинивание. При этом двигатель, установленный на упругих резиновых опорах, смещается в продольном направлении. В результате карданный вал работает на сжатие и растяжение.

Осевая сила, вызывающая сжатие и растяжение карданного вала:

Напряжения  сжатия карданного вала

где F — площадь сечения вала.

Рис. 11. Схемы  для расчета деталей карданного шарнира неравных угловых скоростей: а — крестовина: 6 — вилка

Карданные шарниры. В карданном шарнире неравных угловых скоростей рассчитывают крестовину и вилку. Крестовина (рис. 11, а) работает на разрыв, а ее шипы — на изгиб и срез.

Напряжения  изгиба и среза шипа определяют в  его основании. Напряжения изгиба шипа

где а — плечо изгиба шипа; г — плечо приложения окружной силы к шипу; d — диаметр шипа.

Крестовины  изготавливают из сталей 18ХГТ и 20Х. Допустимые напряжения изгиба шипов крестовины |о_|И|| = 300 МПа.

 Напряжения  среза шипа крестовины

Допустимые  напряжения среза шипов крестовины |т_ср| = 60... 80 МПа.

Напряжения  крестовины на разрыв определяют в сечении АА, находящемся посередине между шипами:

где F — площадь сечения АА.

Допустимые  напряжения разрыва крестовины [о„| = 100... 150 МПа.

Вилку карданного шарнира (рис. 11, 6) рассчитывают на изгиб и скручивание. Напряжения изгиба вилки шарнира

где с — плечо изгиба в опасном сечении ББ; W_mv — момент сопротивления изгибу ( И/,,. = b/r/Ь — для прямоугольного сечения, К* = М-710 — для эллиптического сечения).

Вилки шарнира  изготавливают из сталей 35, 40 и 45. Допустимые напряжения изгиба вилки карданного шарнира |o_IIlr| = 60 80 МПа.

Напряжения  кручения вилки шарнира

где /— плечо  кручения в сечении ББ\ W_KV — момент сопротивления кручению  W — для эллиптического сечения, W_vn для прямоугольного сечения, а = 0,2...0.25 — коэффициент, зависящий от соотношения сторон сечения).

Допустимые  напряжения кручения вилки шарнира |т_кр] = 100... 150 МПа.

Для игольчатых подшипников карданного шарнира  рассчитывают напряжения смятия. Эти напряжения определяют по допустимой нагрузке на игольчатый подшипник:

где с! — диаметр иголки; / — длина иголки; z — число иголок в подшипнике; п_с — частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальном крутящем моменте; у — угол между валами.

Допустимые  напряжения смятия |с_СЧ||для игольчатых подшипников не должны превышать 30 МПа.

В шариковых  карданных шарнирах равных угловых  скоростей определяется допустимая окружная сила в контакте шариков  с поверхностью канавок. В четырехшариковом шарнире, где нагрузку передают два шарика при движении вперед и два шарика при движении назад, окружная сила, действующая на шарик:

где r — плечо приложения окружной силы. Напряжения смятия

где d_ш — диаметр шарика.

Материал шариков  — сталь ШХ15.