Требования к карданным передачам. Выбор основных параметров

5.4.1. Требования к карданным передачам

 

К карданной передаче автомобиля предъявляют следующие основные требования:

обеспечение необходимой равномерности вращения валов двух соединяемых агрегатов при расчете вращения и углах между осями валов на всем диапазоне эксплуатационных режимов;

отсутствие резонансных явлений в диапазоне эксплуатационных скоростей, для чего собственные частоты крутильных колебаний трансмиссии должны лежать вне эксплуатационных режимов автомобиля;

обеспечение минимальных динамических нагрузок, вызванных неравномерностью вращения и несбалансированностью вала, а также минимального шума при работе карданной передачи;

обеспечение критической частоты вращения карданной передачи, более высокой, чем частота вращения максимально возможная по условиям эксплуатации;

высокий КПД;

большие долговечность и надежность конструкции.

 

5.4.2. Выбор основных параметров карданной передачи

Длина и сечение карданного вала

 

В процессе эскизного проектирования автомобиля предварительно определяют необходимую длину карданного вала. Зная величину максимального крутящего момента, нагружающего карданную передачу, можно предварительно определить сечение карданного вала. Для этого используют данные по существующим конструкциям. Размеры сечения труб регламентированы по ГОСТ.

Однако возникающие поперечные колебания, вызываемые действием центробежных сил, которые возникают вследствие несовпадения оси вращения вала с его центром тяжести и зависят от частоты вращения карданного вала и его длины, могут при выбранных сечениях карданного вала привести к его поломке.

Особенно опасен момент приближения частоты вращения к критической, когда возникает явление резонанса и амплитуда поперечных колебаний вала значительно возрастает.

Под критической частотой вращения вала понимают частоту вращения, при которой происходит потеря устойчивости прямолинейной формы оси вращающегося вала. Следовательно, чтобы не было потери устойчивости, максимально возможная частота вращения карданного вала при эксплуатации должна быть ниже критической частоты вращения.

Для полого карданного вала, концы которого не защемлены, при условиях, что на всей длине карданный вал имеет постоянное сечение, критическая частота вращения:

n_кр = 1,185 · 10⁷ ,

где: Д и d –соответственно наружный и внутренний диаметры трубы вала,см;

L – расстояние между центрами карданов, см,

при наличии промежуточной опоры для L принимают расстояние между центром карданного шарнира и центром промежуточной опоры.

Из-за наличия зазоров в карданных шарнирах, а также биения фланцев коробки передач и ведущей шестерни главной передачи критическая частота вращения в действительности оказывается несколько ниже теоретической, поэтому при выборе размеров карданного вала предусматривают запас по критической частоте вращения не менее 1.3.

 

Углы наклона карданных валов и основные схемы

карданных передач

 

При компоновке карданной передачи большое внимание уделяют выбору установочных углов в карданных шарнирах, так как эти углы во многом определяют напряженность работы карданной передачи, а, следовательно, и срок ее службы.

Эксперименты показали, что расчетный нагрузочный режим работы карданной передачи грузового автомобиля при угле наклона вала 3-6^о тяжелее на 20 %, а при угле свыше 6^о тяжелее на 45 %, чем при угле наклона 1-3^о.

Рассмотренные выше установочные углы являются статическими, т.е. имеются при неподвижном снаряженном автомобиле, установленном на горизонтальной опорной плоскости.

Проведенные испытания по определению долговечности карданных шарниров автомобилей КрАЗ и МАЗ для исключения влияния дисбаланса, от которого зависит нормальная работа игольчатых подшипников, необходимо иметь максимально крутящий момент М_кр = 310 кгс·м и частоту вращения его n = 245 об/мин.

 

Рис. 5.2. Влияние угла наклона карданных валов на долговечность

L подшипников:

1- скользящей вилки; 2 - приварной вилки; 3 - фланец-вилки

Из этого рисунка видно, что при изменении угла γ наклона от 4 до 16^о долговечность игольчатого подшипника уменьшается примерно в 4 раза.

Установочные параметры карданных передач:

Зил-131

Урал-4320

КамАЗ-4310

КрАЗ-255Б(260)