Богатырев А.В., Есеновский-Лашков Ю.К. и др. Автомобили

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 18.4. Шариковый кардан равных угловых скоростей типа «Вейс» с делительны-

ми канавками:

а —схема; 5—детали;

в —

установка кардана в приводе переднего колеса; 1,

5 —

вилки; 2,

4 —

криволинейные канавки; 3,6

—

шарики; 7,8— шпильки; 9— установочное кольцо;

А — лыска

на шарике

ческая чашка 5, в гнездо которой входит без зазора средняя из трех

сферических поверхностей делительного рычажка 7. Рычажок 7

прижимается к сухарю 8 пружиной 6.

Делительный рычажок устанавливает шарики в биссекторной

плоскости, если угол поворота обоймы с шариками равен полови-

не угла между валами.

На переднеприводных легковых автомобилях широко приме-

280

Рис. 18.5. Шариковый кардан равных угловых скоростей типа «Рцеппа»:

—

схема; б

— детали;

—

установка кардана

приводе переднего колеса; /

—

корпус; 2~ ша-

рик; 3

—

звездочка;

4 —

обойма; 5—

чашка; 6 —

пружина; 7

—

делительный рычажок; 8

—

су-

харь

няют шариковые шарниры без делительного механизма, что по-

зволяет значительно увеличить максимально допустимый угол пе-

рекоса карданных валов. В таких шарнирах установка шариков в

биссекторной плоскости обеспечивается тем, что канавки на вил-

ках, нарезанные из различных центров, находятся на расстоянии

1...1,5 мм от центра шарнира.

На рисунке 18.6 изображен такой шестишариковый карданный

шарнир типа «Бирфильд» с делительными канавками, устанавли-

ваемый на автомобиле ВАЗ-2108. Он состоит из кулачка 4, корпу-

са /, шариков 2, сепаратора 3 и защитного резинового чехла. На-

ружная и внутренняя поверхности сепаратора 3, в котором разме-

щены шарики 2, выполнены сферическими (радиусы соответ-

ственно R

И У?З, центр О). Когда валы шарнира соосны, шарики

находятся в плоскости, перпендикулярной осям валов и проходя-

щей через центр кардана.

При наклоне одного из валов 5 на угол у верхний шарик вытал-

кивается из сужающего пространства канавок вправо, а нижний

шарик перемещается сепаратором в расширяющееся пространство

канавок влево. Центры шариков всегда находятся на пересечении

осей канавок. Это обеспечивает их расположение в биссекторной

плоскости, а следовательно, и синхронное вращение валов. Во из-

бежание заклинивания шариков угол пересечения осей канавок

должен быть не менее 11° 20'.

281

Рис. 18.6. Шестишариковый карданный шарнир с делительными канавками типа

«Бирфильд»:

—

общий вид; б— в разрезе;

1 —

корпус; 2— шарик; 3

—

сепаратор; 4

—

кулачок; 5

—

вал;

—

защитный чехол

Шарнир может работать при углах между валами до 45°. Если

шарнир карданной передачи передних управляемых и ведущих

колес установлен на наружном конце карданного вала, то на внут-

реннем его конце должен быть шарнир, компенсирующий изме-

нение длины карданного вала при деформации рессор.

Мягкие карданы устанавливают на автомобилях наряду с жест-

кими карданами. Наиболее распространены мягкие карданы двух

типов: с упругим диском (рис. 18.7, а) и резинометаллическими

втулками (рис. 18.7, б). Кардан с упругим диском удовлетвори-

Рис. 18.7. Мягкий кардан:

—

с упругим диском;

б—

с резинометаллическими втулками; /

—

диск; 2

—

резинометалли-

ческая втулка

282

тельно работает при угле между валами до 5°. В кардане с резино-

металлическими втулками, число которых выбирают от четырех

до восьми в зависимости от значения передаваемого момента, до-

пустимый угол между валами возрастает до 12°.

Упругие карданы способствуют уменьшению динамической

нагрузки при резком увеличении вращающего момента, гашению

вибраций и крутильных колебаний, возникающих в трансмиссии

автомобиля, т. е. обладают демпфирующими свойствами.

18.2. ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ КАРДАННЫХ ПЕРЕДАЧ

Вилки карданов неравной угловой скорости для удобства мон-

тажа и демонтажа делают с фланцем 2 (рис. 18.8), к которому кре-

пят фланец J кардана. Стакан игольчатого подшипника вставляют

в проушины 1 вилки. Стакан игольчатого подшипника закрепля-

ют в вилке стопорными кольцами 4 или специальной крышкой 5.

Фиксация с помощью нескольких колец, различающихся по тол-

щине, позволяет жестче ограничить самопроизвольное смещение

деталей карданных шарниров по сравнению с фиксацией под-

шипников посредством крышки.

Для предупреждения вытекания смазки ставят резиновые само-

поджимные сальники 6

пружиной, а для защиты полости подшип-

ника от грязи

—

двухкромочный резиновый торцевой сальник 7.

Выход из строя карданных шарниров происходит в результате

разрушения (бринеллирования) и изнашивания шипов крестови-

ны, рабочих поверхностей стаканов игольчатых подшипников, а

также износа рабочих поверхностей из-за недостаточного слоя

смазочного материала. Износ рабочих поверхностей шипов крес-

товины и стаканов подшипников является следствием усталостно-

го разрушения, вызванного возникновением значительных кон-

тактных напряжений при неравномерном распределении нагрузки

по длине рабочих игл.

Бринеллирование шипов крестовины также обусловлено не-

равномерным распределением нагрузки подлине игл при их сдви-

ге относительно оси рабочих поверхностей шипов крестовин и

стаканов подшипника. Бринеллирование обычно возникает в кар-

данных шарнирах при малой жесткости вилок, недостаточной

твердости рабочих поверхностей шипа или больших суммарных

зазорах.

Способ смазывания игольчатых подшипников, конструкция

уплотнения и количество подаваемого смазочного материала зна-

чительно влияют на долговечность подшипников. В карданных

передачах для игольчатых подшипников широко применяют од-

норазовую смазку, например № 158.

Размеры сечения карданного вала определяются критическим

числом его оборотов (частотой вращения) и передаваемым враща-

283

Рис. 18.8. Вилки игольчатых карданов

неравных угловых скоростей:

—

вилка игольчатого кардана; б— вариан-

ты крепления стакана и уплотнения игольча-

того подшипника; 1

—

проушина вилки; 2,

—

фланцы; 4 —стопорное кольцо; 5 —

крышка; 6

—

самоподжимной сальник; 7—

резиновый торцевой сальник

ющим моментом. Вследствие эксцентричности или неравномер-

ного распределения массы материала по поверхности вала при его

вращении возникает центробежная сила. Эта сила вызывает из-

гибные колебания, которые при определенной частоте вращения

могут попасть в резонанс с частотой собственных колебаний сис-

темы. Соответствующая резонансу частота вращения вала называ-

ется критической.

Критическая частота вращения вала, зависящая от конструк-

ции и размеров вала и его опор, может быть определена по форму-

ле

кр

•

(Z>H - Z)g)/Z?,

где D

, D

— наружный и внутренний диаметры вала; L

—

длина вала.

При выборе размеров карданного вала предусматривают запас

по критической частоте иращения:

^кр/^шах

—

1,2...2,

где л

тах

—

максимальная частота вращения карданного вала, соответствующая

максимальной скорости движения автомобиля.

Минимальный запас по критической частоте вращения можно

допустить только при хорошей динамической балансировке вала и

высокой точности изготовления шлицевых соединений.

284

Допустимый дисбаланс не должен превышать на каждом конце

карданного вала (15...25)

•

10~

•

м для автомобилей малой и

средней грузоподъемности и 100

•

10~

•

м для автомобилей гру-

зоподъемностью 5 т и более.

Величина биения карданного вала в сборе должна быть не бо-

лее 0,8 мм.

Для изготовления карданных валов используют электросвар-

ные холоднодеформированные тонкостенные трубы из низкоугле-

родистых сталей Ст 0,8, 15 и 20 (табл. 18.1). С целью уменьшения

массы и повышения виброизоляционных качеств трубы кардан-

ных валов изготовляют также из полимерных композиционных

материалов.

18.1. Параметры труб карданных передач

Внутренний диаметр,

мм

Толщина стенки,

мм

Модель автомобиля

101

2.5

2,0

1.6

1,8

2,1

3,5

4,04

5,0

ГАЗ-21, УАЗ-469

BA3-2105, ВАЗ-2107, ВАЗ-2121

ГАЗ-24-10, БАЗ-3727, РАФ-2203

ИЖ-21251

ГАЗ-66-10

ЗИЛ-431410, ЛиАЗ-677

КрАЗ-255, «Урал-375»

КамАЗ-4331, MA3-5335, МАЗ-5551

БелАЗ-540

Осевое перемещение карданных валов обусловлено их подвиж-

ным соединением, которое может быть или с трением качения,

или с трением скольжения. В первом случае их рабочие элементы

(шарики или ролики с цилиндрической или сферической поверх-

ностью) перемещаются в пазах определенного профиля. Во вто-

ром случае рабочими элементами являются шлицы с эвольвент-

ным или прямоугольным профилем. Для повышения износостой-

кости шлицы покрывают антифрикционными полимерными ма-

териалами.

Промежуточная опора (рис. 18.9) карданной передачи пред-

ставляет собой, как правило, шариковый подшипник, располо-

женный на валу и соединенный через упругий резиновый элемент

Рис. 18.9. Промежуточная опора

карданной передачи:

1 —

упругий элемент; 2

—

опорный шарико-

подшипник; 3— защитное уплотнение

285

с рамой или кузовом. Он воспринимает нагрузки от изгибных ко-

лебаний карданных валов и осевых сил, возникающих в подвиж-

ных шлицевых соединениях. С целью повышения долговечности в

промежуточных опорах используют подшипники закрытого типа

с одноразовой смазкой и пылезащитными кольцами-уплотнителя-

ми.

18.3. ВЕДУЩИЕ МОСТЫ

Ведущий мост предназначен для передачи вращающего момен-

та от карданного вала к ведущим колесам автомобиля и восприя-

тия вертикальных, продольных и поперечных усилий, действую-

щих между опорной поверхностью и рамой или кузовом автомо-

биля.

Вертикальные усилия передаются упругими элементами под-

вески, продольные (толкающие или тормозные) и поперечные

усилия

—

например, продольными рессорами. Если упругие эле-

менты подвески не передают продольных и поперечных усилий,

то последние воспринимаются направляющим устройством под-

вески или специальными штангами.

Ведущий мост представляет собой пустотелую балку 5 (рис.

18.10), внутри которой размещают главную передачу 7, дифферен-

циал 2 и привод колес. На концах балки устанавливают подшип-

ники ступиц 4 колес. Балку изготовляют с фланцами для присое-

динения суппортов тормозных механизмов и площадками для

крепления рессор или кронштейнов (в случае установки подвески

другого типа).

Основные требования, предъявляемые к ведущим мостам:

обеспечение необходимого передаточного числа главной переда-

чи; небольшая габаритная высота (для соблюдения достаточного

дорожного просвета); бесшумная работа; передача вращающего

момента к ведущим колесам без пульсации; малая масса неподрес-

соренных частей.

Ведущие мосты могут быть управляемые и неуправляемые. Если

ведущий мост управляемый, то в его состав входят карданные

шарниры J, обеспечивающие возможность привода колес при из-

меняющемся угле между валами передачи.

Важнейший кинематический параметр трансмиссии

—

переда-

точное число моста, выбираемое из условий удовлетворения тяго-

вых и скоростных требований к автомобилю при движении в хо-

роших дорожных условиях на высшей (прямой) передаче в короб-

ке передач.

Передаточное число для легковых автомобилей, двигатель ко-

торых имеет значительный запас мощности, и междугородных ав-

тобусов, движущихся с максимальной скоростью,

286

Рис. 18.10. Управляемый пере-

дний ведущий мост автомобиля:

—

главная передача; 2

—

диффе-

ренциал;

3 —

синхронный шарнир;

4— ступица; 5

—

балка моста

- 0,377

max

где r

—радиус качения колеса, м; az

Nc max

—

частота вращения коленчатого вала

двигателя при максимальной мощности, мин"*

; v

max

—

максимальная скорость

движения, км/ч.

Для других автомобилей передаточное число /

выбирают на

10...20% больше рассчитанного по приведенной формуле, чтобы

создать достаточный запас силы тяги за счет некоторого снижения

максимальной скорости.

18.4. ГЛАВНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Главная передача предназначена для увеличения вращающего

момента и передачи его к ведущим колесам. Основными класси-

фикационными признаками главных передач являются передаточ-

ное число, тип и взаимное расположение применяемых в них зуб-

чатых передач.

Различают одинарные, двойные, двойные разнесенные и двух-

скоростные главные передачи.

Одинарные главные передачи с коническими (рис. 18.11) или ги-

поидными (рис. 18.12) зубчатыми колесами наиболее распростра-

нены. Передаточные числа одинарных главных передач находятся

в пределах З...6,5. Дальнейшее увеличение передаточного числа

вызывает необходимость увеличения диаметра ведомого зубчатого

колеса, что уменьшает дорожный просвет и усложняет термообра-

ботку.

В конических передачах зубья колес криволинейные, выполнен-

ные по дуге окружности (типа «глисон»), элоиды (типа «эрли-

кон») или эвольвенты (типа «клингельнберг»). Преимущества та-

ких передач: малая чувствительность зубьев колес к неточностям

взаимного расположения и возможность обработки зубьев на вы-

сокопроизводительном оборудовании.

Гипоидные передачи занимают промежуточное положение между

коническими передачами с криволинейными и червячными зубь-

ями. Они отличаются от конических передач смещением оси веду-

щего зубчатого колеса относительно оси ведомого зубчатого коле-

са (см. рис. 18.12): в легковых автомобилях вниз (это позволяет

опустить пол кузова), а в грузовых вверх (для увеличения дорож-

ного просвета). Это смещение обычно не превышает 0,12 диамет-

ра делительной окружности ведомого колеса для грузовых автомо-

билей и 0,2 для легковых автомобилей. Зубья гипоидных шесте-

рен, так же как конических, выполняют по дуге окружности, эло-

иды или эвольвенты.

По сравнению с коническими передачами гипоидные передачи

при одинаковой прочности обладают меньшими габаритными

размерами и уровнем шума, позволяют в салоне легкового автомо-

288

Рис. 18.11. Одинарная главная передача автомобиля ГАЭ-53-12:

—

упор; 2— маслоприемная трубка;

3 —

регулировочные прокладки; 4

—

муфта подшипни-

ков; 5

—

фланец; б—ведущая шестерня; 7, /5—крышки; 8

—

регулировочное кольцо; 9—

пробка заливного отверстия;

10 —

сателлит;

11 —

картер;

12 —

гайка;

13 —

полуось;

14 —

пра-

вая чашка коробки дифференциала;

16 —

полуосевая шестерня;

17—

крестовина;

18 —

ведо-

мая шестерня;

19 — левая

чашка коробки дифференциала; 20

—

маслоулавливатель

биля уменьшить вертикальный размер тоннеля, служащего для

размещения карданного вала. К недостаткам гипоидных передач

относятся большие потери мощности вследствие продольного

скольжения профилей зубьев и необходимость применения спе-

циальных смазочных материалов с антизадирными присадками.

Двойные главные передачи применяют на грузовых автомобилях

средней и большой грузоподъемности и автобусах. Такая передача

состоит из двух пар зубчатых колес: конической и цилиндричес-

289