Устройство карданной передачи автомобиля
Карданная передача — механизм, состоящий из одного или нескольких карданных валов и карданных шарниров и предназначенный для передачи крутящего момента между агрегатами, оси которых не совпадают и могут изменять свое положение, называется карданной передачей. Для компенсации изменения расстояния между агрегатами трансмиссии в карданной передаче используют подвижные в осевом направлении шлицевые муфты.
Требования, предъявляемые к устройству карданных передач:
• 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.
Устройство автомобилей
Карданная передача предназначена для передачи крутящего момента от одного агрегата к другому в случае, когда оси их валов не совпадают и могут менять свое расположение, а также при значительном удалении одного агрегата от другого. В некоторых технических источниках информации вместо термина «карданная передача» употребляется термин «промежуточная передача».
Свое название карданная передача получила от имени итальянского математика, инженера, философа, медика и астролога Джероламо Кардано (1501-1576). В отдельных источниках Кардано считается изобретателем карданного вала, по крайней мере, он первым подробно описал конструкцию и работу этого механизма.
Тем не менее, по утверждению других источников, механизм аналогичный карданному валу был известен задолго до Д. Кардано, и упоминался ещё великим Леонардо да Винчи. Сейчас сложно спорить об авторстве изобретения, однако одно бесспорно — Д. Кардано был первым, кто подробно описал устройство карданного вала в технической литературе.
В среде технических специалистов, механиков и водителей карданную передачу обычно называют карданный вал или просто — кардан. Карданные валы с шарнирами равных угловых скоростей чаще называют ШРУСами, а их шарниры — «гранатами».
Характерным примером применения карданной передачи является силовое соединение коробки передач с ведущим мостом автомобиля (рис. 2). Так как мост связан с несущей системой (рамой) через упругие элементы подвески, при движении автомобиля он может перемещаться относительно рамы в вертикальном направлении, тогда как коробка передач закреплена на раме неподвижно.
Кроме того, при вертикальном перемещении моста относительно рамы (и, соответственно, коробки передач), расстояние между соединяемыми агрегатами постоянно изменяется. В таких условиях жесткое соединение агрегатов невозможно.
С помощью карданной передачи осуществляется подвод крутящего момента от коробки перемены передач (КПП) или раздаточной коробки к ведущим мостам, к ведущим управляемым колесам, а также к механизмам дополнительного оборудования автомобиля.
На некоторых автомобилях с помощью карданной передачи осуществляется связь рулевого колеса с рулевым механизмом. Особенно удобна такая конструкция рулевого привода для автомобилей с откидной кабиной, позволяющая без каких-либо манипуляций с рулевой колонкой поднимать кабину для доступа к двигателю и его системам.
Классификация карданных передач
Карданные передачи, устанавливаемые между элементами (агрегатами) трансмиссии, называются основными, а карданные передачи, передающие крутящий момент каким-либо другим агрегатам или дополнительному оборудованию, называются вспомогательными.
В зависимости от числа валов привода ведущих колес различают одноприводную карданную передачу и многоприводную (рис. 1 ).
Если карданная передача располагается внутри какого-либо защитного элемента, например кожуха или балки моста, то она называется закрытой. Большинство карданных передач привода ведущих мостов не имеет специальной защиты и являются открытыми.
Карданная передача (рис. 2) состоит из карданных валов 2, карданных шарниров 1 и шлицевого компенсирующего соединения 4, которое обеспечивает изменение длины карданного вала при изменении расстояния между соединяемыми агрегатами.
С целью уменьшения длины валов на некоторых автомобилях применяется составная карданная передача, состоящая из двух валов. В этом случае один из валов передачи устанавливается на поддерживающей промежуточной опоре (опора кардана — рис. 2,б поз. 3).
Наиболее ответственными элементами карданных передач являются карданные шарниры. Они обеспечивают передачу крутящего момента между валами, оси которых пересекаются под углом. Относительный угол наклона валов карданной передачи, в зависимости от конструкции шарниров, может достигать 45˚.
По кинематике карданные шарниры делятся на две группы – шарниры неравных угловых скоростей и шарниры равных угловых скоростей (рис. 3).
На некоторых автомобилях применяются упругие полукарданные шарниры для передачи крутящего момента между валами, расположенными под небольшим углом, например, упругая муфта Гуибо (Guibo).
Муфта Гуибо представляет собой предварительно сжатый шестигранный упругий элемент, к которому вулканизацией прикреплены металлические вкладыши. С двух сторон к муфте посредством вкладышей крепятся фланцы ведущего и ведомого валов. На иллюстрации в верхней части страницы муфта Гуибо изображена между карданными валами.
Муфта Гуибо применяется чаще всего в дополнение к шарнирной карданной передаче. Иногда такой тип промежуточных передач относят к эластичным соединениям, представляющим отдельную классификационную группу.
Дальнейшая классификация карданных передач связана с конструкцией шарниров равных угловых скоростей, которые в настоящее время очень разнообразны по устройству и инженерным решениям, и продолжают совершенствоваться.
Карданная передача
Карданная передача:
1 — эластичная муфта;
2 — болт крепления эластичной муфты к фланцу;
3 — крестовина;
4 — сальник;
5 — стопорное кольцо;
6 — подшипник крестовины;
7 — гайка;
8 — фланец эластичной муфты;
9 — сальник;
10 — обойма сальника;
11 — кронштейн безопасности;
12 — болт крепления кронштейна к промежуточной опоре;
13 — передний карданный вал;
14 — кронштейн промежуточной опоры;
15 — промежуточная опора;
16 — вилка переднего карданного вала;
17 — задний карданный вал;
18 — вилка заднего карданного вала;
19 — фланец ведущей шестерни главной передачи;
20 — гайка;
21 — болт крепления вилки
В трансмиссиях автомобилей карданные передачи применяются для передачи моментов между валами, оси которых не лежат на одной прямой и изменяют свое положение в пространстве. В общем случае, карданная передача состоит из карданных валов, карданных шарни ров, промежуточных опор и соединительных устройств.
По компоновке карданные передачи классифицируются на закрытые и открытые.
Закрытая карданная передача размещается внутри трубы. Труба может воспринимать силы и реакции, возникающие на ведущем мосту, и служить направляющим элементом подвески. В такой карданной передаче применяется только один шарнир, а неравномерность вращения карданного вала компенсируется его упругостью. Известны конструкции, в которых роль карданного вала выполняет торсион (упругий вал небольшого диаметра), при этом карданные шарниры отсутствуют.
Конструкция промежуточной опоры:
1 — вилка;
2 — упругая подушка;
3 — подшипник промежуточной опоры
Открытая передача не имеет трубы, и реактивный момент воспринимается рессорами или реактивными тягами. Карданная передача должна иметь не менее двух шарниров и компенсирующее звено, так как расстояние между соединенными агрегатами в процессе движения изменяется. На длиннобазных автомобилях применяют карданную передачу, состоящую из двух валов. Этим исключается возможность совпадения критической угловой скорости вала с эксплуатационной. Уменьшение длины вала повышает его критическую частоту вращения, которая должна как минимум в 1,5 раза превышать максимально возможную при эксплуатации. Конструкция карданной передачи с двумя валами требует применения промежуточной опоры одного из валов, подшипник которой для компенсации возможного осевого перемещения силового агрегата на раме или кузове установлен в эластичном кольце.
Карданные шарниры при всем многообразии конструкций и по кинематическим характеристикам и допустимым углам между валами могут быть классифицированы так, как это показано в таблице.
Карданный шарнир неравных угловых скоростей был изобретен в XVI в. итальянским математиком Джироламо Кардано и первоначально нашел применение для подвешивания фонарей в экипажах. Позже английский ученый Роберт Гук дал математическое описание кинематики данного механизма.
Детали карданной передачи (а) и график зависимости угловых скоростей (б):
1 — шлицевая вилка;
2 — П-образная пластина;
3 — стопорная шайба;
4 — крестовина;
5 — вилка заднего карданного вала;
6 — задний карданный вал;
7 — фланец ведущей шестерни главной передачи;
8 — задний карданный шарнир;
9 — игольчатый подшипник;
10 — стопорное кольцо;
11 — болт; 12 — уплотнительное кольцо;
α — угол поворота ведущего вала;
β — угол поворота ведомого вала;
γ — угол между валами
Анализ схемы карданного шарнира показывает, что при постоянной угловой скорости ведущего вала ведомый вращается циклически: за один оборот дважды отстает и дважды обгоняет ведущий вал. При этом с увеличением угла γ между валами неравномерность вращения интенсивно возрастает. Для того чтобы карданная передача с шарнирами неравных угловых скоростей передавала синхронное вращение между валами соединенных агрегатов, она должна состоять из нескольких шарниров, взаимное расположение которых будет компенсировать неравномерную передачу вращения каждого шарнира. По этой причине минимальное количество шарниров должно быть равно 2. При этом в карданной передаче с двумя шарнирами необходимо соблюдение следующих компоновочных требований:
— ведущие вилки расположены под углом 90 ° одна относительно другой;
— углы между валами в обоих шарнирах γ1 и γ2 равны между собой;
— все валы лежат в одной плоскости.
Карданный шарнир неравных угловых скоростей
Для карданных передач, имеющих число шарниров неравных угловых скоростей более трех, синхронность вращения валов соединенных агрегатов достигается определенным соотношением углов между валами всех шарниров, при этом соотношение зависит от числа шарниров. Карданный шарнир неравных угловых скоростей состоит из двух вилок, в цилиндрические отверстия которых вставлены концы крестовины. Вилки жестко закреплены на валах. При вращении валов концы крестовины перемещаются относительно плоскости, перпендикулярной к оси вала.
Крестовина карданного шарнира должна строго центрироваться для исключения переменного дисбаланса карданного вала при его вращении. Центрирование достигается точной фиксацией обойм подшипников при помощи стопорных колец или крышек, которые прикрепляются к вилкам шарнира. Минимальный угол между валами должен быть не менее 2°, иначе цапфы крестовин деформируются иглами и шарнир быстро разрушается (явление бринеллирования).
Развитие конструкций карданных шарниров неравных угловых скоростей шло по пути снижения потерь, связанных с вращениями концов крестовины в отверстиях вилок. В конструкциях первых шарниров концы крестовины устанавливались на подшипниках скольжения. С учетом того что в трансмиссии многоосных автомобилей число шарниров может превышать два десятка, применение в них подшипников скольжения может существенно снижать общий КПД трансмиссии. В карданных шарнирах современных автомобилей применяются только игольчатые подшипники качения.
В прежних конструкциях применялась смазка, которую было необходимо периодически обновлять через специальную масленку. Карданные шарниры современных автомобилей обычно заправляются высококачественной пластичной смазкой, при сборке и в эксплуатации ее не заменяют.
Карданная передача автомобиля – назначение, виды и схемы
Автомобильная карданная передача нужна для передачи специального крутящего момента между автовалами, которые расположены под определенным углом. В машине карданная передача является элементом автомобильной трансмиссии и самого рулевого управления.
Карданная передача объединяет определенные элементы трансмиссионной системы:
— автодвигатель и КПП;
— КПП и раздаточная коробка;
— КПП и главная передача;
— автомобильная раздаточная коробка и главная передача;
— сам дифференциал и ведущие колеса автомобиля.
Самым главным элементом карданной передачи будет карданный шарнир. Типы карданных передач бывают разные:
карданная передача (КП) с шарниром неравных угловых скоростей;
КП с шарниром равных угловых скоростей;
КП с полукарданным упругим шарниром;
КП с полукарданным жестким шарниром.
Стоит заметить, что автомобильная карданная передача с полукарданным шарниром на машинах не применяется, по причине того, что ненадежна и не соответствует технологии.
Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей
Данная передача имеет определенное название – карданная передача. Водители называют ее еще кардан. Данный тип передачи используется часто на авто с задним приводом и машинах с полным приводом.
Сама схема карданной передачи
Шарнир неравных угловых скоростей соединяет две вилки, установленных под углом 80-90° друг к другу, крестовину и специальные элементы. Крестовина оборачивается в игольчатых подшипниках, установленных в вилках. Подшипники не обслуживаются, пластичная смазка изначально используется при сборке и в момент использования не переменчива.
Оличительностью шарнира неравных угловых скоростей есть непростая (циклическая) передача самого крутящего момента, т.е. за 1 оборот ведомый вал 2 раза отстает и 2 раза перегоняет ведущий вал. Для компенсирования неровности переворачивания в карданной передаче используется не менее 2х шарниров, по 1 с каждой стороны карданного вала. Причем сами вилки разных шарниров расположены в единой плоскости.
В автомобильной карданной передаче от того расстояния, на которое дается сам крутящий момент, используется 1 или 2 карданных вала. При двухвальной схеме первый вал называется промежуточный, второй – заднего карданного вала. Само место объединения валов фиксируется через промежуточную опору. Опора устанавливается к самому кузову автомобиля.
Соединяется карданная передача с многими элементами автотрансмиссии через фланцы, муфты и другие крепежные изделия.
Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей
Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей используют в авто с приводом передним для объединения дифференциала и самой ступицы ведущего колеса.
Карданная передача данного типа включает 2 шарнира равных угловых скоростей, объединенных приводным валом. Близкий к КПП (дифференциалу) шарнир называется внутренний, другой – внешний.
Карданный шарнир равных угловых скоростей передает передачу крутящего момента от ведущего к ведомому валу с одинаковой угловой скоростью, вне зависимости от угла наклона валов. Самым используемым в автотрансмиссии машины с передним приводом — это шариковый шарнир равных угловых скоростей.
Схема шарнира равных угловых скоростей
Сам корпус по сути сферический. Внутри корпуса располагается специальная обойма. В корпусе и обойме выполнены канавки, по которым движутся спецшарики. Такая конструкция передает равную передачу крутящего момента от ведомого вала к ведущему под изменяющимся углом. Сепаратор держит шарики в специальном положении. Для защиты шарнира от плохих факторов внешней среды (кислорода, самой воды, пыли и грязи) на ШРУС используют специальный чехол от грязи – «пыльник».
При производстве в шарнир равных угловых скоростей используется спецсмазка, изготовленная на основе дисульфида молибдена.
Карданная передача с полукарданным упругим шарниром
Полукарданный упругий шарнир делает передачу крутящего момента между 2мя валами, расположенными под маленьким углом, за счет деформации упругого звена.
Схема полукарданного упругого шарнира
Если у вас возникли вопросы — обратитесь к специалистам «АВТОмаркет Интерком».
