Карданные шарниры неравных угловых скоростей

Шарниры неравных угловых скоростей (а именно самый яркий представитель - шарнир Гука) представляет из себя две вилки, повернутые относительно друг друга на 90 градусов, соединенные крестовиной, которая “садится” на игольчатые подшипники и фиксируется стопорными кольцами. Отличительной особенностью таких шарниров является неравномерность.

То есть ведомая вилка дважды обгоняет и дважды отстает от ведущей, что, несомненно вызывает дополнительные нагрузки на компоненты карданной передачи. Нивелировать эти недостатки помогает установка дополнительных карданных шарниров, промежуточные опоры способствуют разгрузке вала от центробежных сил, а наличие шлицевого соединения у одной из вилок, компенсирую осевое удлинение.

На рисунке 3.5 представлен простейший пример такого шарнира

Рисунок 3.5.1 - Карданный шарнир неравных угловых скоростей

При повороте ведущего вала еще на 90° мгновенная угловая скорость ведомого вала опять станет равной. Таким образом, при ω₁ = CONST дважды за один оборот угловая скорость ведомого вала изменяется в пределах:

,                                (3.5)

Потери мощности, передаваемые через шарнир Гука не зависят от угла поворота валов, следовательно: при постоянной угловой скорости и моменте ведущего вала, мощность на ведомом валу тоже постоянна – это приведет к увеличению динамических нагрузок на детали трансмиссии

   При компоновки трансмиссии автомобиля шарниром неравных угловых скоростей необходимо минимизировать его недостатки. А именно снизить неравномерность его вращения за счет установки 2-х шарниров. В этом случае неравномерность вращения первого будет компенсироваться вторым, при некотором условии:

1. Второй шарнир должен быть повернут на 90 градусов, относительного первого

2. Все валы лежат в одной плоскости.

Уменьшение углов между осями карданных валов и снижение динамических нагрузок положительно влияет на комфортабельность автомобиля, а также снижение вибраций. Однако, не стоит уменьшать угол меньше 2 градусов, чтобы избежать повышенного износа игольчатых подшипников.

Подшипники шарниров неравных угловых скоростей. В сочленении вилок и крестовин карданных шарниров обычно игольчатые подшипники (рисунок 3.5.2).

Рисунок 3.5.2 – Крестовина с игольчатыми подшипниками, где

1-крестовина,2-пыльник,3-посадочная манжета,4-игольчатый подшипник,5-упорная шайба,6- корпус игольчатого подшипника (стакан), 7 – стопорное кольцо.

Особенностью конструкции такого подшипника является отсутствие как таковой внутренней обоймы, функции которой выполняет непосредственно шип крестовины. Применение таких подшипников, обуславливается стремлением к увеличению числа тел качения с тем, чтобы в процессе передачи момента обеспечивалось бы перекрытие зон контакта соседних роликов с шипами крестовины. Для обеспечения оптимальных условий эксплуатации подшипников, угол шарнира не должен быть равен нулю, в противном случае, шипы крестовины деформируются иглами подшипника. Стоит акцентировать внимание на том, что шарниры должны обеспечить точное центрирование валов, что можно достичь, благодаря точной установке “стаканов” подшипников

Карданные вал ы

  Особенностью быстровращающихся валов являются дополнительные нагрузки, вызванные центробежной силой. Действие этих сил приводит к изгибу самого вала. В определенном диапазоне частоты вращение, центробежные силы компенсируются упругость вала, однако, на критических оборотах, сил упругости не хватает для баланса, это приводит к изгибу карданного вала. Стоит отметить, что карданная передача состоит из нескольких деталей, которые также воспринимают воздействие центробежных сил.

Критическая частота вращения зависит от

· Крутящего момента

· Материала карданного вала

· Передаточного числа высшей передачи

Рабочая частота вращения кардана может принять значения в диапазоне от 0 до максимально частоты вращения коленчатого вала.

Рисунок 3.6 - Конструктивные варианты повышения изгибной жесткости карданной.