Карданные валы

Особенность работы быстровращающихся валов, каковыми яв­ляются карданные валы автомобилей, - наличие дополнительных нагрузок, обусловленных центробежными силами. Эти силы по­рождаются несбалансированностью (дисбалансом) вала и, как из­вестно, пропорциональны квадрату частоты его вращения. Действие центробежных сил приводит к изгибу вала и увеличению его не­сбалансированности. До определенной частоты вращения центро­бежная сила уравновешивается силой упругости, обусловленной из-гибной жесткостью вала и не зависящей от скорости его вращения. При некоторой частоте, называемой критической, центробежная сила превышает силу упругости, и теоретически прогиб вала должен неограниченно возрастать. Однако кроме упругих в материале вала имеются и неупругие сопротивления, присутствуют силы трения в опорах вала, а если вал состоит из нескольких деталей, то и в местах их соединения. Поэтому бесконечного возрастания прогиба (поломки) вала может и не произойти, однако при вращении вала с критической скоростью в очень большой степени возрастает уро­вень динамических нагрузок в трансмиссии и уровень вибрации, передаваемой через опоры карданного вала на несущую систему автомобиля.

Рабочая частота вращения карданной передачи может принимать любые значения в диапазоне от нуля до частоты, соответствующей максимальной частоте вращения коленчатого вала и высшей пе­редаче в коробке передач. Поскольку работа карданной передачи на критической частоте недопустима, конструктивными мероприя­тиями она должна быть выведена за пределы диапазона изменения рабочей частоты. Это означает, что необходимо обеспечить высокую изгибную жесткость вала.

Рис. 5.8. Конструктивные вариан­ты повышения изгибной жесткос­ти карданной передачи а — с удлинителем картера короб­ки передач; б — с удлинителем картера главной передачи; в — с промежуточной опорой карданной передачи

Изгибная жесткость прямо пропорциональна моменту инерции сечения вала и обратно пропорциональна третьей степени его длины. Стремление к повышению изгибной жесткости заставляет делать карданные валы из тонкостенных труб большого диаметра и до­статочно короткими.

Укорочение вала может быть до­стигнуто двумя способами. Первый способ предусматривает укорочение карданной трубы за счет соответст­вующего удлинения картера коробки передач или картера главной пере­дачи (рис. 5.8 а — 5.86). Если удли­няется картер коробки передач, то недостаток этого способа может про­явиться в уменьшении изгибной жесткости силового агрегата, опре­деляемой жесткостью блока после­довательно соединенных картеров двигателя, сцепления, коробки пе­редач и ее удлинителя (чем меньше моменты инерции сечений и больше число стыков последовательно со­единенных деталей, тем меньше сум­марная жесткость). Если такой метод использовать на автомобиле, имею­щем двигатель с искровым зажига­нием, для которого характерна высокая частота вращения вала, то это может привести к возникновению на высоких скоростях дви­жения резонансных изгибных колебаний самого силового агрегата. Источником таких колебаний будет переменная реакция в опоре карданного вала, которой является конец удлинителя картера ко­робки передач.

Удлинение картера главной передачи обычно не приводит к подобным неприятностям, однако должно быть согласовано с кон­струкцией самой главной передачи и подвески колес, к которым передается крутящий момент.

Другой способ повышения изгибной жесткости (рис. 5.8 в) ос­нован на использовании не одного, а двух или даже трех (соот­ветственно более коротких) последовательно расположенных кар­данных валов, соединенных с рамой или кузовом посредством про­межуточных опор. Промежуточная опора карданных валов включает в себя шариковый подшипник и упругодемпфирующий (резиновый) элемент. Чем меньше радиальная жесткость резинового элемента промежуточной опоры, тем меньшие силы передаются через нее на кузов автомобиля. Однако в упругой системе, образованной карданными валами, подвешенными на промежуточной опоре, не-

минуемо будут возникать колебания, порождаемые дисбалансом ва­лов и реакциями в карданных шарнирах. При совпадении частоты действующих на промежуточную опору карданной передачи воз­мущающих сил с частотой собственных колебаний массы карданных валов, закрепленных упруго на промежуточной опоре, возможно возникновение резонансных колебаний, развитию которых препят­ствует правильно выбранное демпфирование в материале резинового элемента.

Использование конструкционных материалов меньшей плот­ности существенно упрощает проблему повышения критической частоты вращения карданной передачи, поэтому применение кар­данных валов, использующих неметаллические (композиционные) материалы, следует считать перспективным.

Для снижения вибраций, порождаемых карданной передачей, валы в процессе изготовления балансируют. Эта операция проводится в автоматическом режиме на специальных балансировочных станках, где на концах трубы карданного вала (по возможности ближе к опоре карданного вала) в необходимых местах точечной сваркой привариваются пластины определенной массы.

Поскольку, несмотря на наличие гасителя крутильных колебаний, полностью устранить пульсацию крутящего момента в трансмиссии не удается, иногда с целью снижения крутильных колебаний кар­данный вал делают составным из двух концентричных труб, со­единяющихся с помощью резиновых элементов, которые передают крутящий момент и одновременно служат демпфером колебаний. В валах круглого сечения между двух концентрических труб за­прессовываются несколько упругих колец, которые могут приклеи­ваться или удерживаться за счет натяга, создаваемого при посадке. Наиболее распространенным способом связи карданного вала с другими узлами трансмиссии является использование фланцевого болтового соединения. При этом каждый из фланцев карданного вала изготавливается заодно с ближайшей вилкой карданного шар­нира и с помощью центрирующего пояска соединяется с другим соответствующим фланцем, например закрепленным на вторичном вале коробки передач или на вале ведущей шестерни главной пе­редачи.

Поиск по сайту: