Карданная передача

Карданная передача служит для передачи крутящего момента от ведомого вала коробки передач или раздаточной коробки к ведущему валу главной передачи. Ее применение связано с тем, что изменяется взаимное положение осей валов трансмиссии, и они не лежат на одной прямой.

Коробка передач 1 (рисунок 1, а), или раздаточная коробка на автомобиле установлена выше ведущего моста 7, в результате чего ось карданного вала 5, передающего крутящий момент, рас­положена под некоторым углом α к горизонтали. Коробка передач соединена с рамой неподвижно, а ведущий мост подвешен к ней при помощи рессор. Когда при прогибе рессор изменяется поло­жение моста относительно рамы, изменяется и угол α наклона карданного вала 5. Карданная передача состоит из трех основных элементов: карданных шарниров 2, карданных валов 3 и 5 и промежуточной опоры 4. Одним из условий равномерного вращения вала 6 главной передачи ведущего моста 7 является равенство углов α и α₂ между осью вала 5 и осями валов З и 6, что должно обеспечивать­ся конструкцией карданной передачи.

Рисунок 1. Схема карданной передачи (а) с шарнирами (б) неравных угловых скоростей: 1— коробка передач; 2 — карданные шарниры; 3, 5 — карданные валы; 4 промежуточная опора; 6 — вал главной передачи; 7 — ведущий мост; 8, 10 ведущая и ведомая пилки шарнира; 9— крестовина с шипами; А— А, Б—Б оси поворота ведомой вилки; α — угол наклона осей валов

Карданные шарниры неравных угловых скоростей. Простейший карданный шарнир состоит из двух вилок 5 и 10 (рисунок 1, б) укрепленных на валах 3 и 5, и крестовины 9 с шипами, входящи­ми в отверстия вилок и соединяющими шарнирно валы. Вилка 10, поворачиваясь относительно оси А-А, может одновременно с крестовиной поворачиваться относительно оси Б—Б, обеспечивая передачу вращения от одного вала к другому при изменении угла между осями валов. Такой карданный шарнир называется жестким шарниром неравных угловых скоростей. В нем при равномерном вращении ведущей вилки 8 ведомая вилка 10 вращается неравномерно в течение одного оборота она дважды обгоняет ведущую вилку и дважды отстает от нее. В результате этого возникают дополнительные нагрузки, вызывающие изнашивание дета­лей шарнирного соединения и узлов трансмиссии.

Для устранения неравномерного вращения применяют два одинаковых карданных шарнира, причем их вилки, расположенным на противоположных концах карданного вала, должны лежать в одной плоскости. Тогда неравномерность, вызываемая одним карданным шарниром, компенсируется неравномерностью другого. Однако и при двух карданных шарнирах угол между осями валов не должен превышать 23°.

При движении автомобиля в результате прогиба рессор расстояние между коробкой передач и задним мостом изменяется, поэтому на валу одну из вилок карданного шарнира устанавливают на шлицах, чтобы длина карданного вала также могла изменяться.

В карданных передачах легковых автомобилей наряду с жесткими шарнирами неравных угловых скоростей применяют и мягкие карданные шарниры, имеющие упругий элемент в виде муфты из эластичного материала, упругая деформация которого позволяет не только передавать крутящий момент между валами, пересека­ющимися под углом 2...5°, но и защищает трансмиссию от жест­ких ударов. Примером такой передачи может служить карданная передача автомобилей ВАЗ-2105, -2107 и др. Она состоит из перед­него и заднего карданных валов, промежуточной опоры и трех шарниров, из которых передний представляет собой упругий эле­мент, соединяющий ведомый вал коробки передач с передним налом карданной передачи.

Карданные шарниры равных угловых скоростей. Условия работы карданных передач определяются в первую очередь углами а на­клона осей их валов (см. рисунок 1, а) чем больше эти углы, тем в более тяжелых условиях работает передача. В особо тяжелых усло­виях работает карданная передача ведущих управляемых колес переднеприводных автомобилей, у которых угол наклона осей валов, изменяясь по величине и направлению (при повороте ав­томобиля), может достигать 35...40°. В таких передачах применяют шарниры равных угловых скоростей (шариковые или кулачковые), обеспечивающие передачу крутящего момента, равномерное вра­щение ведомого вала и поворот управляемых колес.

Широкое распространение получили карданные шариковые шарниры (рисунок 2, а) с делительными канавками. Они состоят из двух вилок 1 и 4, пяти шариков 9 и штифта 7. Вилки 1 и 4 изготовлены как единое целое со шлицевыми валами 5. При по­мощи торцовых сферических углублений и центрального шарика 8 удерживаемым от осевых смещений шпиль­кой 6

В делительные канавки 2 и 3 вилок закладываются четыре рабочих шарика 9, которые удерживаются от выкатывания из делительных канавок центральным шариком 8.

При вращении ведущего вала крутящий момент от одной вилки к другой передается через рабочие шарики. Делительные канавки имеют такую форму, которая независимо от угловых перемеще­ний вилок обеспечивает расположение шариков в плоскости, де­лящей пополам угол между осями вилок, в результате чего оба кала вращаются с равными угловыми скоростями.

Наряду с шариковыми шарнирами часто применяют и кулач­ковые шарниры (рисунок 2, б) равных угловых скоростей. Они со­стоят из двух вилок 10 и 14, двух кулаков 11 и 13 и диска 12. Диск заходит в пазы кулаков и передает вращение от ведущей вилки к ведомой. 13 вертикальной плоскости вилки поворачиваются вокруг кулаков, а в горизонтальной — вместе с кулаками вокруг диска. Кулачковый карданный шарнир работает подобно двум сочленен­ным жестким карданным шарнирам, из которых первый создает неравномерность вращения, а второй устраняет эту неравномер­ность. Этим и достигается вращение ведущего и ведомого валов с равными угловыми скоростями.

Рисунок 2. Карданные шарниры равных угловых скоростей:

а — шариковый; б — кулачковый; 1,4— вилки шарикового шарнира; 2, 3

делительные канавки; 5 — шлицевые палы вилок; 6 — шпилька; 7— штифт; 8 —

центральный шарик; 9 — рабочие шарики; 10, 14 — вилки кулачкового шарнира;

11, 13 — кулачки; 12 — диск шарнира

Из-за простоты конструкции и сравнительно высокой рабо­тоспособности шариковые и кулачковые карданные шарниры на­шли широкое применение в приводах к ведущим управляемым колесам многих автомобилей (ЗИЛ-131Н, -433420, ГАЗ-3308,-33097 «Садко», КамАЗ-4310, ВАЗ-2108 «Спутник» и др.).

Устройство карданных передач. На современных автомобилях привод к ведущим мостам осуществляется карданными передачами с шарнирами неравных угловых скоростей. Устройство карданных передач автомобилей различных марок практически одинаково, отличие заключается главным образом в размерах и форме от­дельных деталей.

Типичным примером конструкции карданной передачи явля­ется карданная передача автомобиля ЗИЛ-431410 (рисунок 3, а). Она состоит из промежуточного 12 и основного 21 валов, соеди­ненных с помощью шлицов 13, промежуточной опоры 18 и трех жестких карданных шарниров I-III неравных угловых скоростей. Все три карданных шарнира имеют одинаковую конструкцию, которая позволяет им работать с максимальным рабочим углом между осями валов, равным 19°. Карданный шарнир состоит из двух вилок 22 и 23, крестовины 26, четырех стаканов 34 с уста­новленными в них подшипниками, деталей крепления и уплот­нений подшипников.

Крестовина имеет четыре шипа, в центре которых просверле­ны несквозные смазочные каналы. На каждый шип надет игольчатый подшипник. Иглы 25 подшипника расположены в стакане 34 и внутренней обоймы не имеют. Стакан устанавливается в вилке шарнира и удерживается крышкой 27, которая крепится болта­ми, стопорящимися усиками пластины 24.

При сборке карданных шарниров в каждое глухое отверстие шипа закладывается консистентный смазочный материал, который в процессе эксплуатации не добавляется. Для удержания смазочно­го материала подшипники снабжены сальниками 35: один из них (радиальный) установлен в стакане подшипника, а другой (тор­цовый) на шипе крестовины. В крестовинах, выпускавшихся ра­нее, имелись масленки для смазывания подшипников крестовин.

Промежуточный 12 и основной 21 карданные валы представ­ляют собой тонкостенные трубы, на концах которых установлены вилки 11 карданных шарниров. Передняя вилка 11 связана кресто­виной с фланцем-вилкой 10, при помощи которой карданный вал крепится к ведомому валу коробки передач.

Задний конец промежуточного вала соединен со скользящей вилкой 28, шлицевой наконечник которой вместе со шлицевой втулкой 32 образует подвижное шлицевое соединение, компен­сирующее изменение длины карданного вала в результате пере­мещения заднего моста. Шлицевое соединение имеет полость для смазочного материала, уплотненную сальником 19 и защищен­ную от попадания грязи прорезиненным кожухом 20. К основно­му карданному валу 21 с обеих сторон приварены вилки, связан­ные через крестовины и игольчатые подшипники с промежуточ­ным карданным валом и ведущим валом заднего моста. При помо­щи скользящей вилки 28 основной вал соединен с промежуточ­ным карданным валом 12, а при помощи фланца вилки 23 — с фланцем вала ведущей шестерни главной передачи заднего моста.

Карданные валы динамически сбалансированы, что попытает равномерность вращения (без биения) и снижает вибрацию валов. Дисбаланс промежуточного вала устраняют приваркой к его тру­бе пластин 33, а основного вала — привертыванием балансиро­вочных пластин под крышки подшипников карданных шарниров.

Промежуточная опора 18 при помощи кронштейна 17 крепится болтами к поперечине рамы автомобиля. Она расположена на заднем конце промежуточного карданно­го вала и является неразборной конструкцией, обеспечивающей поглощение вибрации, возникающей при работе карданной пе­редачи. Шарикоподшипник 16 промежуточной опоры расположен в резиновой подушке 31, закрепленной стопорными скобами и имеющей специальные прорези, повышающие ее эластичность. В крышке 15 шарикоподшипника установлены войлочные сальни­ки 14 с отражателями 29, предохраняющими их от загрязнения, а также пресс-масленка 30 для смазывания подшипника. Кардан­ные передачи полноприводных трехосных автомобилей (ЗИЛ-131Н-433420, «Урал-4320» и др.) состоят из четырех карданных валов (рисунок 3, б) основного 4, расположенного между коробкой пе­редач 2 и раздаточной коробкой 5, карданного вала 6 привода среднего моста 7, карданного вала 8 привода заднего моста 9 и карданного вала 3 привода переднего моста 1. Устройство всех карданных валов и шарниров этих автомобилей одинаково и аналогично описанным ранее, за исключением того, что конст­руктивно карданный вал 6 среднего моста имеет несколько боль­шие размеры.

Рисунок 3. Карданные передачи автомобилей:

а — устройство карданной передачи автомобиля ЗИЛ-431410; б— схема распо­ложения валов карданной передачи полноприводного автомобиля; I, II, III -жесткие шарниры неравных угловых скоростей; 1 — передний мост; 2— коробка передач; 3— карданный вал привода переднего моста; 4 — основной карданный вал; 5 — раздаточная коробка; 6 — карданный вал привода среднего моста; 7 — средний мост; 8— карданный вал привода заднего моста; 9 — задний мост; 10 — фланец-вилка крепления к ведомому палу коробки передач; 11 — передняя вил­ка I карданного шарнира; 12 — промежуточный пал; 13 — шлицы; 14 — сальники опоры; 15— крышка подшипника опоры; 16— шарикоподшипник опоры; 17 — кронштейн крепления промежуточной опоры; 18 — промежуточная опора; 19 — сальник; 20 — защитный кожух; 21 — основной вал; 22, 23 — вилки III кардан­ного шарнира; 24— стопорная пластина; 25— иглы подшипников; 26— крес­товина; 27 — крышка стакана; 28 — скользящая вилка II карданного шарнира; 29 — защитные отражатели; 30 — пресс-масленка; 31 — резиновая подушка опо­ры; 32 — шлицевая втулка; 33 — балансировочная пластина; 34 — стаканы иголь­чатых подтипников; 35 — сальники подшипников

Поиск по сайту: