Главная Учебники - Транспорт Карданная передача. Методические указания к лабораторным работам - 2002 год
|
|
|
25
Следует
отметить
некоторые
особенности
этого
шарнира
,
ограничивающие
возможность
его
применения
.
Передача
усилия
только
двумя
шариками
при
теоретически
точечном
кон
-
такте
приводит
к
возникновению
больших
контактных
напряжений
.
Поэтому
четырехшариковый
карданный
шарнир
обы
-
чно
устанавливают
на
автомобилях
с
нагрузкой
на
ось
не
свы
-
ше
25...30
кН
.
При
работе
шарнира
возникают
распорные
наг
-
рузки
,
особенно
если
центр
шарнира
не
лежит
на
оси
шквор
-
ня
.
Для
точной
установки
шарнира
необходимы
специальные
упорные
шайбы
или
подшип
-
ники
.
Долговечность
в
эксплуатации
обычно
не
превышает
25...30
тыс
.
км
.
В
изношенном
шарнире
шарики
при
передаче
повышенного
крутящего
момента
,
когда
кулаки
несколько
дефор
-
мируются
,
могут
выпасть
,
что
приводит
к
заклиниванию
шар
-
нира
и
потере
управляемости
.
Износу
наиболее
подвержены
средние
части
канавок
,
что
соответствует
прямолинейному
движению
,
причем
ненагруженные
канавки
изнашиваются
больше
,
чем
нагруженные
.
Объясняется
это
тем
,
что
нагружа
-
ется
шарнир
при
сравнительно
редком
включении
переднего
ведущего
управляемого
моста
для
движения
в
тяжелых
до
-
рожных
условиях
,
а
большая
часть
пробега
автомобиля
со
-
вершается
с
выключенным
передним
мостом
,
когда
шарнир
нагружается
в
обратном
направлении
небольшим
,
но
длительно
действующим
моментом
сопротивления
вращению
части
трансмиссии
.
3.2.
Шестишариковый
карданный
шарнир
а
—
установка
шарнира
в
приводе
переднего
колеса
;
б
—
схема
шарнира
;
в
—
схема
для
определения
плеч
делительного
ры
-
чажка
шарнира
являются
сферический
кулак
4,
закрепленный
на
шлицах
вала
5,
и
сферическая
26
чашка
3,
связанная
с
другим
валом
/.
На
кулаке
и
на
внутренней
стороне
чашки
выфрезеровано
по
шесть
меридиональных
канавок
полукруглого
сечения
.
Канавки
выполнены
из
одного
центра
.
В
канавках
размещено
шесть
шариков
,
которые
связаны
сепаратором
6.
Рис
. 11.
Шариковый
карданный
шарнир
с
делительным
рычажком
(
типа
«
Рцепп
»):
а
—
установка
шарнира
в
приводе
переднего
колеса
;
б
—
схема
шарнира
;
в
—
схема
для
определения
плеч
делительного
рычажка
27
При
наклоне
валов
шарики
устанавливаются
в
биссекторной
плоскости
при
помощи
делительного
рычажка
2,
который
по
-
ворачивает
направляющую
чашку
7,
а
вместе
с
ней
и
сепа
-
ратор
.
Пружина
8
служит
для
поджатия
делительного
ры
-
чажка
к
гнезду
в
торце
вала
5
при
изменении
положения
ры
-
чажка
в
результате
наклона
валов
.
Точность
установки
шариков
в
биссекторной
плоскости
за
-
висит
от
подбора
плеч
делительного
рычажка
.
На
схеме
рис
. 11,
б
показано
положение
деталей
шарнира
при
наклоне
одного
из
валов
на
угол
γ
.
Соответственно
сепаратор
при
этом
должен
повернуться
на
угол
О
=0,5
γ
.
Найдем
угол
О
поворота
сепаратора
при
заданных
размерах
плеч
рычагов
.
Из
треугольников
ВАО
и
D
АО
(
рис
. 11,
в
)
имеем
соответственно
)
sin(
)
sin(
;
sin
sin
σ
γ
σ
α
α
γ
−
=
+
=
+
a
c
c
b
a
После
преобразования
получим
γ
γ
γ
β
2
2
2
sin
)
1
(
)
1
(
sin
m
n
n
Cos
n
m
m
tg
−
+
+
+
⋅
=
где
m=c/b, n=a/b
Пренебрегая
величиной
γ
2
2
sin
m
ввиду
её
малости
,
получим
приближенное
значение
)
cos
)(
1
(
sin
γ
γ
σ
⋅
+
+
⋅
=
m
n
n
m
tg
которое
отличается
от
точного
не
более
чем
на
1 %.
28
Из
приведенного
уравнения
можно
найти
искомое
соотно
-
шение
т
и
п
,
определяющее
параметры
делительного
ры
-
чажка
,
приняв
γ
cos
1
)
1
(
⋅
−
+
=
n
n
n
m
Найденное
соотношение
т
и
п
обеспечивает
равенство
γ
σ
5
,
0
=
только
в
узких
пределах
значений
γ
.
Другому
значе
-
нию
γ
должно
соответствовать
другое
соотношение
т
к
п
.
Однако
можно
подобрать
такое
соотношение
т
и
п
,
при
кото
-
ром
равенство
γ
σ
5
,
0
=
будет
сохраняться
в
до
-
статочном
диа
-
пазоне
.
Например
,
при
п
=
0,35
и
m=0,7
указанное
равенство
сохраняется
с
достаточным
приближением
в
диапазоне
О
...20°,
а
при
γ
=40°
γ
σ
52
,
0
=
.
Карданный
шарнир
с
делительным
рычажком
допускает
максимальный
угол
γ
=37°.
Так
как
усилие
в
этом
шарнире
передается
шестью
шариками
,
он
обеспечивает
передачу
большого
крутящего
момента
при
малых
размерах
.
Распорные
нагрузки
отсутствуют
в
шарнире
,
если
центр
последнего
совпадает
с
осью
шкворня
.
Шарнир
обладает
большой
надежностью
,
высоким
КПД
,
однако
технологи
-
чески
сложен
:
все
детали
его
подвергаются
токарной
и
фре
-
зерной
обработке
с
соблюдением
строгих
допусков
,
обеспечи
-
вающих
передачу
усилий
всеми
шариками
.
По
этой
причине
стоимости
шарнира
высокая
.
3.3.
Шестишариковый
карданным
шарнир
с
делительными
канавками
типа
«
Бир
-
фильд
»,
(
рис
. 12).
На
кулаке
4,
поверхность
которого
выполнена
по
сфере
ра
-
29
диуса
R
1
(
центр
О
),
выфрезеровано
шесть
канавок
.
Канавки
кулака
имеют
переменную
глубину
,
так
как
они
нарезаны
по
радиусу
R
з
(
центр
O
1
смещен
относительно
центра
шарнира
О
на
расстояние
а
).
Внутренняя
поверхность
корпуса
1
выполнена
по
сфере
радиуса
R
2
(
центр
О
),
также
имеет
шесть
канавок
переменной
глубины
,
нарезанных
по
радиусу
R
4
(
центр
O
2
смещен
относительно
центра
шарнира
О
также
на
расстояние
а
).
Сепаратор
3,
в
котором
размещены
шарики
2,
имеет
наружную
и
внутреннюю
поверхности
,
выполненные
по
сфере
радиусов
соответственно
R
2
и
R
1
.
В
положении
.
когда
валы
шарнира
соосны
,
шарики
находятся
в
плоскости
,
перпендикулярной
осям
валов
,
проходящей
через
центр
шарнира
.
При
наклоне
одного
из
валов
5
на
yro
л
γ
верхний
шарик
вы
-
талкивается
из
сужающего
пространства
канавок
вправо
,
а
нижний
шарик
перемещается
сепаратором
в
расширяющееся
пространство
канавок
влево
.
Центры
шариков
всегда
находят
-
ся
на
пересечении
осей
канавок
.
Рис
12.
Шестишариковый
карданным
шарнир
с
делительными
канавками
типа
«
Бир
-
фильд
»
30
Это
обеспечивает
их
расположение
в
биссекторной
плос
-
кости
,
что
является
условием
синхронного
вращения
валов
.
Во
избежание
заклинивания
шариков
угол
,
под
которым
пересекаются
оси
канавок
,
не
должен
быть
менее
11°20'.
В
отличие
от
карданного
шарнира
с
делительным
рычажком
в
данном
шарнире
профиль
сечения
канавок
выполнен
не
по
дуге
окружности
,
а
по
эллипсу
(
рис
. 12,6).
Благодаря
этому
силы
взаимодействия
стенки
канавки
и
шарика
составляют
с
вертикалью
угол
45°,
что
предохраняет
кромки
канавок
от
смятия
и
скалывания
.
Отсутствие
делительного
рычажка
поз
-
воляет
этому
шарниру
работать
при
угле
между
валами
γ
=45°.
КПД
шарнира
при
малых
углах
выше
0,99,
а
при
γ
=30° — 0,97.
Сравнительно
большие
потери
в
шарнире
объясня
-
ются
тем
,
что
наряду
с
трением
качения
для
него
характерно
трение
скольжения
.
Ресурс
современных
шарниров
этого
типа
составляет
примерно
150
тыс
.
км
.
Основной
причиной
преждевремен
-
ного
выхода
из
строя
шарнира
является
повреждение
защит
-
ного
резинового
чехла
.
Шарнир
устанавливается
в
карданной
передаче
передних
управляемых
и
ведущих
колес
некоторых
отечественных
автомобилей
(
ВАЗ
-2108)
на
наружном
конце
карданного
вала
.
При
этом
на
внутреннем
конце
карданного
вала
должен
устанавливаться
карданный
шарнир
,
позволяющий
31
компенсиро
-
вать
изменение
длины
карданного
вала
при
деформации
рес
-
сор
внутренней
поверхности
цилиндрического
корпуса
шарнира
нарезаны
шесть
продольных
канавок
эллиптического
сечения
такие
же
канавки
имеются
на
c
ферической
поверхности
кула
-
ка
параллельно
продольной
оси
вала
.
В
канавках
размещаю
-
тся
шесть
шариков
,
установленных
в
сепараторе
.
Взаимодей
-
ствующие
поверхности
кулака
и
сепаратора
сферические
,
ра
-
диус
сферы
R
1
(
центр
O
1
на
расстоянии
я
от
центра
О
,
лежа
-
щего
в
плоскости
центров
шариков
).
Сферическая
наружная
часть
сепаратора
(
радиус
R
2
)
переходит
в
коническую
(
угол
конуса
около
10°),
что
ограничивает
максимальный
угол
нак
-
лона
вала
примерно
до
20°
В
результате
смещения
центров
сфер
сепаратора
шарики
при
наклоне
вала
устанавливаются
и
фиксируются
в
биссек
-
торной
плоскости
.
Объясняется
это
тем
,
что
при
наклоне
вала
шарик
должен
перемешаться
относительно
двух
центров
О
1
и
О
2
,
что
заставляет
шарик
устанавливаться
на
пересечении
в
вертикальной
плоскости
,
проходящей
через
центр
шарика
,
наружной
и
внутренней
сфер
сепаратора
.
Если
,
как
показано
на
схеме
провести
оси
,
проходящие
че
-
рез
центры
шариков
,
параллельно
осям
канавок
корпуса
и
ку
-
лака
,
то
при
наклоне
вала
шарик
установится
на
пересечении
этих
осей
.
При
отклонении
вала
на
угол
γ
плоскость
,
проходя
-
щая
через
центры
шариков
,
отклонится
на
угол
β
=0.5
γ
.
Это
легко
видеть
,
рассмотрев
32
равнобедренный
треугольник
A
ОВ
.
Сумма
углов
треугольника
A
ОВ
90–
β
+90—
β
+
γ
=180,
откуда
β
=0.5
γ
.
Осевое
перемещение
происходит
по
продольным
канавкам
корпуса
,
причем
перемещение
карданного
вала
равно
рабочей
длине
канавок
корпуса
,
что
влияет
на
размеры
шарнира
.
При
осевых
перемещениях
шарики
не
перекатываются
,
а
скользят
,
что
снижает
КПД
шарнира
.
Так
выполнен
внутренний
шар
-
нир
переднеприводных
автомобилей
ВАЗ
.
При
передаче
боль
-
ших
крутящих
моментов
используют
восьмишариковый
шар
-
нир
этого
типа
.
3.4.
Универсальный
шестишариковый
карданный
шарнир
с
делительными
канавками
(
типа
«
Лебро
»
,
рис
.
13).
Шарнир
состоит
из
цилиндрического
корпуса
1,
на
внутренней
поверхности
которого
под
углом
(
примерно
15...16°)
к
образующей
цилиндра
нарезаны
шесть
прямых
канавок
,
расположенных
в
порядке
,
показанном
на
рисунке
;
сферического
кулака
2,
на
его
поверхности
нарезано
также
шесть
прямых
канавок
;
сепаратора
3
с
шариками
4,
центрируемыми
наружной
сферической
поверхностью
по
внутренней
цилиндрической
поверхности
корпуса
1,
а
внутренней
сферической
поверхностью
устанавливаются
с
некоторым
зазором
на
кулаке
2.
Шарики
устанавливаются
в
пересечениях
канавок
,
чем
обеспечивается
синхронность
вращения
валов
,
так
как
шарики
,
независимо
от
угла
между
валами
,
всегда
находятся
в
биссекторной
плоскости
.
|
|
|