Шарниры равных угловых скоростей – Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей

Содержание

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей

Синхронные карданные передачи



Карданные передачи с шарнирами

равных угловых скоростей

Передние ведущие колеса полноприводных и переднеприводных автомобилей являются одновременно и управляемыми, т. е. должны поворачиваться, что требует применения между колесом и полуосью шарнирного соединения.


Карданные шарниры неравных угловых скоростей передают вращение циклически и приемлемо работают лишь при небольших значениях углов между валами, поэтому не могут удовлетворять требованиям равномерности передаваемого вращательного движения. В приводе ведущих управляемых колес крутящий момент должен передаваться с равномерной скоростью к колесам, поворачивающимся относительно продольной оси автомобиля на угол 40…45˚.

Выполнение таких условий могут обеспечить карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС). Иногда их называют синхронными карданными передачами.

В переднеприводном автомобиле обычно используются два внутренних шарнира равных угловых скоростей, кинематически связанные с коробкой передач, и два внешних шарнира, которые крепятся к колесам. В обиходе такие шарниры обычно называют «гранатами».

До середины прошлого века в конструкциях автомобилей часто встречались спаренные карданные шарниры неравных угловых скоростей. Такая конструкция получила название сдвоенного карданного шарнира. Сдвоенный шарнир отличался громозкостью и усиленным износом игольчатых подшипников, поскольку при прямолинейном движении автомобиля иглы подшипников не проворачивались и линии их контакта с обоймой и крестовиной подвергались воздействию значительных контактных напряжений, что приводило к износу и даже сплющиванию игл.

В настоящее время такие подшипники в конструкциях автомобилей встречаются редко.

Равенство угловых скоростей ведущего и ведомого валов будет соблюдено только в том случае, если точки контакта в шарнире, через которые пересекаются окружные силы, будут находиться в биссекторной плоскости, делящей угол между валами пополам. Конструкции всех карданных шарниров равных угловых скоростей основаны на этом принципе.

***

Шариковые шарниры равных угловых скоростей

Наибольшее применение получили шариковые карданные шарниры равных угловых скоростей. Среди них наиболее часто в конструкциях отечественных автомобилей можно встретить шарниры с делительными канавками типа «Вейс».

Эту конструкцию в 1923 году запатентовал немецкий изобретатель Карл Вейс. Шарниры Вейса широко применяются в разборном и неразборном вариантах на отечественных автомобилях марок «УАЗ», «ГАЗ», «ЗиЛ», «МАЗ» и некоторых других. Шарнирные сочленения типа «Вейс» технологичны и дешевы в производстве, позволяют получать угол между валами до 32°, однако срок их службы ограничен 30…40 тыс. км пробега из-за высоких контактных напряжений, возникающих при работе.

Разборный шарнир (рис. 1) устроен следующим образом. Валы 1 выполнены заодно с кулаками 2 и 5, в которых вырезаны четыре канавки 3. В собранном виде кулаки располагаются в перпендикулярных плоскостях, а между ними в канавки 3 устанавливаются четыре шарика 7.

Для центрирования кулаков в отверстие, выполненное в одном из них, устанавливается штифт 6 с центрирующим шариком 4. От осевого перемещения штифт фиксируется другим штифтом 6, расположенным радиально.

Средние линии канавок 3 нарезаны так, что шарики 7, передающие усилия, располагаются в биссекторной (биссекториальной) плоскости между валами. В передаче усилия участвуют только два шарика, что создает высокие контактные напряжения и сокращает срок службы шарнира. Два других шарика передают крутящий момент при движении автомобиля задним ходом.

В других конструкциях контактные напряжения уменьшаются путем увеличения числа шариков, одновременно участвующих в работе, что неизбежно приводит к усложнению шарниров.

Детали шарикового шарнира «Рцеппа» (рис. 1, б) располагаются в чашке 8, которая во внутренней части имеет шесть сферических канавок для установки шести шариков 7. Такие же канавки имеет и сферический кулак 10, в шлицевое отверстие которого входит ведущий вал карданной передачи. Шарики в одной биссекторной плоскости устанавливаются делительным устройством, состоящим из сепаратора 9, направляющей чашки 11 и делительного рычажка 12.

Рычажок имеет три сферические поверхности: концевые входят в гнезда ведущего и ведомого валов, а средняя – в отверстие направляющей чашки 11. Рычажок к ведущему валу прижимается пружиной 13. Длины плеч рычажка таковы, что при передаче момента под углом он поворачивает направляющую чашку 11 и сепаратор 9 так, что все шесть шариков 7 устанавливаются в биссекторной плоскости и все они воспринимают и передают усилия. Это позволяет уменьшить габаритные размеры шарнира и увеличить срок его службы.

Шарнир типа «Рцеппа» технологически сложен, однако он компактнее шарнира с делительными канавками, и может работать при углах между валами до 40°. Поскольку усилие в этом шарнире передается всеми шестью шариками, он обеспечивает передачу большого крутящего момента при малых размерах.
Долговечность шарнира «Рцеппа» достигает 100–200 тыс. км.

Еще один шариковый карданный шарнир типа «Бирфильд» представлен на рисунке 1, в. Он состоит из чашки 8, сферического кулака 10 и шести шариков 7, размещенных в сепараторе 9. Сферический кулак 10 надевается на шлицованную часть ведущего вала 16 и стопорится кольцом 14. От попадания грязи во внутреннюю полость шарнир защищен защитным резиновым чехлом 15.

Все сферические поверхности деталей шарнира выполнены по разным радиусам, а канавки имеют переменную глубину. Благодаря этому при наклоне одного из валов шарики выталкиваются из среднего положения и устанавливаются в биссекторной плоскости, что обеспечивает синхронное вращение валов.

Шарниры типа «Бирфильд» имеют высокий КПД, долговечны, и могут работать при углах до 45˚. Поэтому они широко применяются в приводе управляемых колес многих переднеприводных легковых автомобилей в качестве наружного шарнира, или, как его еще называют — наружной «гранаты».

Основной причиной преждевременного разрушения шарнира является повреждение эластичного защитного чехла. По этой причине автомобили высокой проходимости часто имеют уплотнение в виде стального колпака. Однако это приводит к увеличению габаритов шарнира и ограничивает угол между валами до 40°.

При использовании шарнира типа «Бирфильд» на внутреннем конце карданной передачи необходимо устанавливать шарнир равных угловых скоростей, способный компенсировать изменение длины карданного вала при деформации упругого элемента подвески.

Такие функции совмещает в себе универсальный шестишариковый карданный шарнир типа «ГКН» (GKN).

Осевое перемещение в шарнирах типа GKN обеспечивается перемещением шариков по продольным канавкам корпуса, при этом, требуемая величина перемещения определяет длину рабочей поверхности, что влияет на размеры шарнира. Максимальный допустимый угол наклона вала в данной конструкции ограничивается 20°.

При осевых перемещениях шарики не перекатываются, а скользят в канавках, что снижает КПД шарнира.

В конструкциях современных легковых автомобилей иногда встречаются карданные шарниры типа «Лебро» (Loebro), которые, как и шарниры GKN обычно устанавливаются на внутреннем конце карданной передачи, поскольку способны компенсировать изменение длины карданного вала.

Шарниры «Лебро» отличаются от шарниров GKN тем, что канавки в чашке и кулаке нарезаны под углом 15-16° к образующей цилиндра, а геометрия сепаратора правильная — без конусов и с параллельными наружной и внутренней сторонами.

Такой шарнир имеет меньшие габариты, чем другие шестишариковые шарниры, кроме того, сепаратор его менее нагружен, поскольку не выполняет функции перемещения шариков в кулаках.

Принципиальное устройство этих шариковых шарниров представлено на рисунке 2.

Привод передних колес автомобиля ВАЗ-2110

Привод передних колес автомобиля ВАЗ-2110 (рис. 3) состоит из вала 3 и двух карданных шарниров 1 и 4 равных угловых скоростей. Вал 3 привода правого колеса выполнен из трубы, а левого колеса – из прутка. Кроме того, валы имеют разную длину. На вал надевается защитный чехол 6, а затем шарнир в собранном виде со смазочным материалом фиксируется от осевого перемещения стопорным кольцом 5. Защитные чехлы крепятся хомутами 2.

Внутренний шарнир (внутренняя «граната) 1, который вязан с дифференциалом, является универсальным, т. е. кроме обеспечения равномерного вращения валов под изменяющимся углом он позволяет увеличивать общую длину привода, что необходимо для перемещения передней подвески и силового агрегата. Происходит это потому, что внутренняя поверхность корпуса шарнира 1 имеет цилиндрическую форму, и канавки в ней нарезаны продольно, это позволяет внутренним деталям шарнира перемещаться по продольным канавкам в осевом направлении.

***



Кулачковые шарниры равных угловых скоростей

На автомобилях средней и большой грузоподъемности марок «КамАЗ», «Урал», «КрАЗ» карданные передачи в приводе передних колес работают под большим крутящим моментом. Шариковые шарниры не могут передавать больших крутящих моментов из-за возникновения значительных контактных напряжений и ограничения по удельному давлению шариков на канавки. Поэтому в них применяют кулачковые карданные шарниры (рис. 1, г). Аналогичные шарниры иногда устанавливают на переднеприводные автомобили марки «УАЗ».

Кулачковый карданный шарнир равных угловых скоростей (рис. 1, г) состоит из двух вилок 18 и 20, которые вставлены в кулаки 2 и 5 с пазами; в эти пазы входит диск 19. При передаче крутящего момента и вращения от ведущего вала 17 на ведомый вал при повернутом колесе каждый из кулаков 2 и 5 поворачивается одновременно относительно оси паза вилки в горизонтальной плоскости и относительно диска 19 в вертикальной плоскости.

Оси пазов вилок лежат в одной плоскости, которая проходит через среднюю плоскость диска. Эти оси расположены на равных расстояниях от точки пересечения осей валов и всегда перпендикулярны осям валов, поэтому точка их пересечения всегда располагается в биссекторной плоскости.

Такой карданный шарнир требует повышенного внимания к смазыванию, так как для его деталей характерно трение скольжения, вызывающее значительный нагрев и изнашивание трущихся поверхностей. Трение скольжения между контактирующими поверхностями приводит к тому, что кулачковый шарнир имеет самый низкий КПД из всех шарниров равных угловых скоростей. Однако он способен передавать значительный крутящий момент.

Еще один тип кулачкового шарнира равных угловых скоростей — шарнир «Тракта» (на рисунке), состоящий из четырех штампованных деталей: двух втулок и двух фасонных кулаков, трущиеся поверхности которых подвергаются шлифованию.

Если разделить по оси симметрии кулачковый карданный шарнир, то каждая часть будет представлять собой карданный шарнир неравных угловых скоростей с фиксированными осями качания. В такой конструкции тоже возникают значительные силы трения скольжения, снижающие КПД шарнира.

***

Трехшиповые шарниры равных угловых скоростей

В трехшиповом шарнире (на рисунке) крутящий момент от ведущего вала передают три сферических ролика, которые установлены на радиальных шипах, жестко связанных с корпусом шарнира ведомого вала. Шипы относительно друг друга располагаются под углом 120˚. Сферические ролики чаще всего устанавливаются на шипы посредством игольчатых подшипников.

Ведущий вал имеет трехвальцевую вилку, в цилиндрические пазы которой входят ролики. При передаче крутящего момента между несоосными валами ролики перекатываются со скольжением вдоль пазов и одновременно скользят в радиальном направлении относительно шипов. Предельный угол между осями валов до 40˚.

Особенностью трехшипового шарнира является то, что в отличие от шариковых шарниров передача момента от ведущих элементов на ведомые происходит не в биссекторной плоскости, а в плоскости, проходящей через оси шипов. Равенство частот вращения ведущего и ведомого валов обеспечивается при любом взаиморасположении их осей.

***

Мосты автомобилей



k-a-t.ru

Википедия — свободная энциклопедия

Избранная статья

Первое сражение при реке Булл-Ран (англ. First Battle of Bull Run), также Первое сражение при Манассасе) — первое крупное сухопутное сражение Гражданской войны в США. Состоялось 21 июля 1861 года возле Манассаса (штат Виргиния). Федеральная армия под командованием генерала Ирвина Макдауэлла атаковала армию Конфедерации под командованием генералов Джонстона и Борегара, но была остановлена, а затем обращена в бегство. Федеральная армия ставила своей целью захват важного транспортного узла — Манассаса, а армия Борегара заняла оборону на рубеже небольшой реки Булл-Ран. 21 июля Макдауэлл отправил три дивизии в обход левого фланга противника; им удалось атаковать и отбросить несколько бригад конфедератов. Через несколько часов Макдауэлл отправил вперёд две артиллерийские батареи и несколько пехотных полков, но южане встретили их на холме Генри и отбили все атаки. Федеральная армия потеряла в этих боях 11 орудий, и, надеясь их отбить, командование посылало в бой полк за полком, пока не были израсходованы все резервы. Между тем на поле боя подошли свежие бригады армии Юга и заставили отступить последний резерв северян — бригаду Ховарда. Отступление Ховарда инициировало общий отход всей федеральной армии, который превратился в беспорядочное бегство. Южане смогли выделить для преследования всего несколько полков, поэтому им не удалось нанести противнику существенного урона.

Хорошая статья

«Хлеб» (укр. «Хліб») — одна из наиболее известных картин украинской советской художницы Татьяны Яблонской, созданная в 1949 году, за которую ей в 1950 году была присуждена Сталинская премия II степени. Картина также была награждена бронзовой медалью Всемирной выставки 1958 года в Брюсселе, она экспонировалась на многих крупных международных выставках.

В работе над полотном художница использовала наброски, сделанные летом 1948 года в одном из наиболее благополучных колхозов Советской Украины — колхозе имени В. И. Ленина Чемеровецкого района Каменец-Подольской области, в котором в то время было одиннадцать Героев Социалистического Труда. Яблонская была восхищена масштабами сельскохозяйственных работ и людьми, которые там трудились. Советские искусствоведы отмечали, что Яблонская изобразила на своей картине «новых людей», которые могут существовать только в социалистическом государстве. Это настоящие хозяева своей жизни, которые по-новому воспринимают свою жизнь и деятельность. Произведение было задумано и создано художницей как «обобщённый образ радостной, свободной творческой работы». По мнению французского искусствоведа Марка Дюпети, эта картина стала для своего времени программным произведением и образцом украинской реалистической живописи XX столетия.

Изображение дня

Рассвет в деревне Бёрнсте в окрестностях Дюльмена, Северный Рейн-Вестфалия

ru.wikipedia.green

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей

Карданная
передача с шарниром равных угловых
скоростей нашла широкое применение в
переднеприводных автомобилях для
соединения дифференциала и ступицы
ведущего колеса.

Карданная
передача данного типа включает два
шарнира равных угловых скоростей,
соединенных приводным валом. Ближайший
к коробке передач (дифференциалу) шарнир
носит название внутреннего, противоположный
ему – внешний шарнир.

С
целью снижения уровня шума карданная
передача с шарниром равных угловых
скоростей также применяется в трансмиссиях
автомоблей с задним и полным приводом.
В данном случае шарнир неравных угловых
скоростей уступает более соершенной
конструкции ШРУС.

Карданный
шарнир равных угловых скоростей
 обеспечивает
передачу крутящего момента от ведущего
к ведомому валу с постоянной угловой
скорость, независимо от угла наклона
валов. Самым распространенным в
конструкции трансмиссии переднеприводного
автомобиля является шариковый шарнир
равных угловых скоростей.

Шарнир
равных угловых скоростей (сокращенное
название – ШРУС,
обиходное название – граната)
имеет следующее устройство:

Схема
шарнира равных угловых скоростей

Корпус имеет
внутреннюю сферическую форму. Внутри
корпуса располагается обойма.
В корпусе и обойме выполнены канавки,
по которым движутся шарики.
Такая конструкция обеспечивает
равномерную передачу крутящего момента
от ведомого вала к ведущему под
изменяющимся углом. Сепаратор удерживает
шарики в определенном положении. Для
защиты шарнира от негативных факторов
внешней среды (кислорода, воды, грязи)
на ШРУС устанавливается грязезащитный
чехол
 –
«пыльник».

При
изготовлении в шарнир равных угловых
скоростей закладывается смазка,
приготовленная на основе дисульфида
молибдена.

Карданная передача с полукарданным упругим шарниром

Полукарданный
упругий шарнир обеспечивает передачу
крутящего момента между двумя валами,
расположенными под небольшим углом, за
счет деформации упругого звена.

Схема
полукарданного упругого шарнира

Характерным
примером данного типа шарнирного
соединения являетсяупругая
муфта Гуибо
 (Guibo).
Муфта представляет собой предварительно
сжатый шестигранный упругий элемент,
с двух сторон которого крепятся фланцы
ведущего и ведомого валов.

53)Главная передача.

Главная
передача служит для увеличения крутящего
момента и изменения его направления
под прямым углом к продольной оси
автомобиля. С этой целью главную передачу
выполняют из конических шестерен. В
зависимости от числа шестерен главные
передачи разделяют на одинарные
конические, состоящие из одной пары
шестерен, и двойные, состоящие из пары
конических и пары цилиндрических
шестерен. Одинарные конические, в свою
очередь, подразделяют на простые и
гипоидные передачи.

Типы
главной передачи:
1 — ведущая коническая
шестерня, 2 – ведомая коническая
шестерня,
3 — ведущая цилиндрическая
шестерня, 4 — ведомая цилиндрическая
шестерня.

Одинарные
конические простые передачи (рис. а)
применяют преимущественно на легковых
автомобилях и грузовых автомобилях
малой и средней грузоподъемности. В
этих передачах ведущая коническая
шестерня 1 соединена с карданной
передачей, а ведомая 2 с коробкой
дифференциала и через механизм
дифференциала с полуосями. Для большинства
автомобилей одинарные конические
передачи имеют зубчатые колеса с
гипоидным зацеплением (рис. 6). Гипоидные
передачи по сравнению с простыми обладают
рядом преимуществ: они имеют ось ведущего
колеса, расположенную ниже оси ведомого,
что позволяет опустить ниже карданную
передачу, понизить пол кузова легкового
автомобиля. Вследствие этого снижается
центр тяжести и повышается устойчивость
автомобиля. Кроме того, гипоидная
передача имеет утолщенную форму основания
зубьев шестерен, что существенно повышает
их нагрузочную способность и
износостойкость. Но это обстоятельство
обусловливает применение для смазки
шестерен специального масла (гипоидного),
рассчитанного для работы в условиях
передачи больших усилий, возникающих
в контакте между зубьями шестерен.

Двойные
главные передачи (рис. в) устанавливают
на автомобилях большой грузоподъемности
для увеличения общего передаточного
числа трансмиссии и повышения передаваемого
крутящего момента. В этом случае
передаточное число главной передачи
подсчитывается как произведение
передаточных чисел конической (1, 2) и
цилиндрической (3, 4) пар.

54)Типы
дифференциалов

При
движении автомобиля в поворотах и по
неровностям дороги колёса ведущей
оси проходят путь разной длины. Чтобы
шины не проскальзывали по поверхности
дороги, колёса должны вращаться с
разными скоростями. Дифференциал —
механизм, позволяющий колёсам ведущей
оси вращаться с разными скоростями и
одинаковым (или разным), подводящимся
к ним, крутящим моментом. В трансмиссии
автомобилей с одной ведущей осью
дифференциал устанавливается между
приводами колёс (межколёсный
дифференциал). В полноприводных
автомобилях он может находиться и
между ведущими осями (межосевой
дифференциал). Сила тяги на колесе
зависит от радиуса колеса и подводимого
к нему крутящего момента. Произведение
силы тяги на динамический радиус
колеса даёт тот крутящий момент,
который дифференциал должен передать
на колёса. Когда сцепление с дорогой
слабое или одно колесо вывешено
(разгружено), крутящий момент и сила
тяги на колесе очень малы или отсутствуют,
автомобиль не сможет продолжить
движение. Это особенность дифференциала
с коническими шестернями, получившего
широкое распространение на легковых
отечественных автомобилях. Этот вид
дифференциала называют симметричным,
так как он поровну распределяет
крутящий момент между колёсами. Это
происходит потому, что сателлит
работает как равноплечий рычаг и
передаёт только равные усилия к
шестерням полуоси, а соответственно
и к ведущим колёсам. Если одно из колёс
имеет малое сцепление с дорожным
покрытием, то эффективный крутящий
момент на нём небольшой, соответственно
симметричный дифференциал подведёт
такое же усилие к другому колесу. То
есть, если одно колесо буксует, сила
тяги на втором равна нулю, что
отрицательно сказывается на проходимости.
Для её улучшения на автомобилях
применяют полную или частичную
блокировку дифференциалов, степень
которой оценивают коэффициентом
блокировки. Коэффициент блокировки
(Кб) — соотношение крутящего момента
на отстающем колесе к моменту на
забегающем колесе. Его величина для
симметричного дифференциала всегда
равна 1, для дифференциалов повышенного
трения от 1 до 5. Чем больше Кб, тем лучше
проходимость автомобиля. То есть, при
Кб = 3 момент на отстающем колесе будет
в три раза больше, чем на буксующем, а
при Кб = 5 — в пять раз. Но момент на
колесе в эту секунду будет возможным
от 20 до 70%, в зависимости от возможности
блокирующего механизма.

55)Полуоси
Полуоси
передают крутящий момент от полуосевого
зубчатого колеса дифференциала на
ступицу ведущего колеса. К полуоси могут
быть приложены изгибающие моменты от
вертикальной реакции на действие силы
тяжести, приходящейся на колесо, от
касательной реакции, обусловленной
тяговой и тормозной силами, и от боковой
силы, возникающей при заносе, а также
под действием бокового ветра.
Полуоси,
в зависимости от конструкции внешней
опоры, определяющей степень их
нагруженности изгибающими моментами,
бывают двух типов — полуразгруженные
и разгруженные. По конструкции полуоси
могут иметь на одном конце фланец для
крепления болтами к ступице колеса, а
на другом шлицевую часть, входящую в
зацепление с полуосевым зубчатым колесом
дифференциала. Другая конструкция
предусматривает шлицевую часть на обоих
концах полуоси.
На грузовых автомобилях
малой грузоподъемности и на легковых
автомобилях применяют обычно
полуразгруженные полуоси, у которых
подшипник установлен между полуосью и
кожухом на определенном расстоянии от
средней плоскости колеса.
Благодаря
этому создаются изгибающие моменты на
плече (плоскость наружной части диска
и подшипника), действующие на полуось
в вертикальной и горизонтальной
плоскостях, в вертикальной плоскости
и (боковая реакция) на плече, равном
радиусу колеса.
На автобусах и грузовых
автомобилях средней и большой
грузоподъемности применяют полностью
разгруженные полуоси.
В этом случае
все изгибающие моменты воспринимаются
подшипниками, установленными между
ступицей колеса и кожухом полуоси, а
полуось передает только крутящий
момент.
Полуоси в процессе эксплуатации
автомобилей испытывают значительные
нагрузки, особенно при движении по
грунту и по шоссе с твердым покрытием
в плохом состоянии. Поэтому к полуосям
предъявляют особые требования. Снижение
напряжений достигается увеличением
радиусов перехода между полуосью и
фланцем. Долговечность подшипников
колес обеспечивается надежной защитой
от попадания в них грязи.

56)ШРУС (сокр.
от шарнир
равных угловых скоростей
),
как и хорошо всем известный карданный
шарнир, предназначен для передачи
вращения под углом. ШРУСы присутствуют
в конструкции автомобилей с управляемыми
ведущими колесами, а среди автолюбителей
их еще очень часто называют ”гранатами”.
ШРУС передает равномерное вращение и
этим отличается от обычного «кардана»,
который имеет одно неприятное свойство:
если к входному валу подвести равномерное
вращение, то на выходе оно станет
прерывистым, пульсирующим. Внешне все
шарниры равных угловых скоростей
выглядят одинаково, новнутреннее
устройство ШРУСов
 для
разных машин отличается. Каждый вал
привода передних колес имеет два шарнира.
Они обеспечивают передачу вращения под
углом и, кроме того, компенсируют
изменение длины вала при работе подвески,
поэтому один из шарниров должен иметь
еще и осевое перемещение (как правило,
это внутренний ШРУС). Наружные ШРУСы
всех отечественных переднеприводных
автомобилей одинаковы: на валу установлена
обойма с шестью канавками, выполненными
по радиусу. В корпусе также имеется
шесть радиальных канавок, в которых
помещены шарики, передающие крутящий
момент от вала к корпусу и далее к ступице
колеса. Такая конструкция допускает
только изгиб, поэтому внутренние шарниры
сделаны немного иначе и рассчитаны на
осевое перемещение. Для того, чтобы
лучше представить принцип работы ШРУСа,
взгляните на рисунок.

studfile.net

Шарнир равных угловых скоростей — это… Что такое Шарнир равных угловых скоростей?

Шарнир равных угловых скоростей.

Принцип действия шарикового ШРУСа типа «Рцеппа»

Шарнир равных угловых скоростей (сокращённо ШРУС, в просторечии — «граната») обеспечивает передачу крутящего момента при углах поворота до 70 градусов относительно оси. ШРУСы изредка называют «гомокинетическими шарнирами» (от др.-греч. ὁμός — «равный, одинаковый» и κίνησις — «движение», «скорость»).

Используется в системах привода управляемых колёс легковых автомобилей с независимой подвеской и, реже, задних колёс.

Первые попытки реализовать передний привод осуществлялись при помощи обычных карданных шарниров. Однако, если колесо перемещается в вертикальной плоскости и одновременно является поворотным, наружному шарниру полуоси приходится работать в исключительно тяжелых условиях — с углами 30—35°. А уже при углах больших 10—12° в карданной передаче резко увеличиваются потери мощности, к тому же вращение передаётся неравномерно, растёт износ шарнира, быстро изнашиваются шины, а шестерни и валы трансмиссии начинают работать с большими перегрузками. Поэтому потребовался особый шарнир — шарнир равных угловых скоростей — лишённый таких недостатков, передающий вращение равномерно вне зависимости от угла между соединяемыми валами.

Типы шарниров равных угловых скоростей

Существуют различные конструкции ШРУСов. Различают обычно:

  • Шариковые («Бендикс-Вейс», «Рцеппа», «Бирфильд») — наиболее распространены сегодня, первые варианты были разработаны в 1920-е годы;
  • Триподные (типа «Tripod») — часто используются как внутренние, допускают бо́льшие осевые перемещения, но при этом — нелинейное изменение скорости при вращении под углом;
  • Сухариковые или кулачковые — были разработаны французом Грегуаром и запатентованы как «Тракта» в начале 1920-х, в наше время применяются в основном на грузовиках;

Спаренный кардан

  • Спаренные карданные — представляют собой состыкованные друг с другом два карданных шарнира, которые взаимно компенсируют неравномерность вращения друг друга; применялись редко, например, на ряде американских автомобилей 1920-х годов, вроде Miller 91 или Cord L29, а также французских «Панарах» пятидесятых-шестидесятых годов.

Наиболее распространённый сегодня шариковый ШРУС состоит из шести шариков, внешнего и внутреннего колец с прорезями под шарики, которые соединяются с приводным валом шлицевым соединением, и сепаратора, удерживающего шарики.

Эта система не терпит грязи и становится более хрупкой при больших углах поворота.

3D изображение ШРУСа типа «Рцеппа»

Шарниры равных угловых скоростей всегда герметизируются пыльником, так как расположение шарнира способствует попаданию в него пыли, которая быстро выводит его из строя.[1]

См. также

Примечания

Question book-4.svg

В этой статье не хватает ссылок на источники информации.
Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 15 мая 2011.

Ссылки

dic.academic.ru

устройство и принцип работы шарнира равных угловых скоростей

Наружный шарнир равных угловых скоростей Рцеппа

Переход от заднего к переднему приводу потребовал от автопроизводителей разработки новых технических решений, которые бы позволили эффективно передавать вращение на колёса даже при максимальном угле поворота. Традиционный карданный вал, применявшийся на автомобилях с задним приводом, не мог справиться с этой задачей, из-за ограниченного угла поворота шарнира и высоких потерь. Взяв за основу схему карданного шарнира, производители автомобилей улучшили ее, благодаря чему снизились потери и увеличился угол поворота. Так появился шарнир равных угловых скоростей (ШРУС), который нередко называют гранатой.

Как устроен ШРУС

На большинстве легковых автомобилей используют шарнир типа «Рцеппа» (иногда его называют «шестишариковый»), состоящий из внутренней и наружной обоймы с канавками, сепаратора и шести шариков. Эта конструкция хорошо работает даже на высоких оборотах и максимально вывернутых колесах. Еще один вид, который получил распространение на некоторых японских моделях, называется «Трипод». В корпусе трипода неподвижно закреплена трехлучевая звезда, на которой установлены сферические ролики. Вращение на шарнир поступает через вставленную в корпус вилку со сферическими каналами для роликов. Недостаток трипода – малый угол изменения оси вращения шарнира, однако, возможность осевого перемещения позволяет использовать их в качестве внутреннего ШРУС.

Устройство приводного вала

Сам по себе ШРУС не может передать вращение от коробки передач к колесам, поэтому необходим приводной вал. Основа приводного вала – стальная труба, которая соединяет  внутренний и внешний ШРУС. Внутренний ШРУС постоянно работает при угле поворота 10 – 30 градусов. Такой же угол поворота и у наружного ШРУС при прямолинейном движении вперед. Когда колеса поворачиваются, угол работы наружного  ШРУС увеличивается вплоть до 60 градусов. При движении автомобиля по неровной поверхности расстояние от наружного до внутреннего ШРУС постоянно изменяется. Поэтому вал, на котором установлены два шарнира типа «Рцеппа» закреплен внутри шарниров таким образом, что при изменении расстояния он вдвигается внутрь, или наоборот, выдвигается наружу. Поэтому применение вала, на котором установлены наружный шарнир типа «Рцеппа» и внутренний типа «Трипод», позволяет жестко закрепить трубу, увеличивая общую прочность и надежность вала. Однако, изготовление такого вала более затратно, чем с двумя шарнирами «Рцеппа», поэтому на бюджетных автомобилях его не применяют.

Видео — Принцип работы приводного переднего вала со ШРУСом

Неисправности и диагностика ШРУС

  • Повреждение пыльника.
  • Высыхание или загрязнение смазки.
  • Износ шариков или роликов.

Во время езды из-под колес вылетают мелкие камни, которые могут пробить пыльник ШРУС. Когда такое происходит, в смазку начинает попадать пыль и грязь. В результате смазка превращается в абразивное вещество, которое разрушает шарики, ролики и другие внутренние части шарнира, приводя к его поломке.

Из-за попадания грязи в смазку, при движении на высокой скорости трущиеся детали шарнира нагреваются до сотен градусов. Такая температура меняет свойства смазки, приводя к ее высыханию. Работа шарнира с высохшей смазкой приводит к сильному износу деталей и через 3 – 5 тысяч километров наступает критическое повреждение, после которого шарнир невозможно отремонтировать и его приходится менять.

Диагностику ШРУС можно разделить на два этапа. Первый выполняют каждые 3 – 5 тысяч километров. Если приходится ездить по бездорожью или грунтовым дорогам, то каждую 1000 километров. Для такой диагностики необходимо заехать на яму или эстакаду, или поднять автомобиль на подъемнике. Если такой возможности нет, диагностику можно провести с помощью 2 домкратов. Как поднимать автомобиль с помощью домкратов и необходимые меры безопасности описаны в статье.

Подняв перед или зад автомобиля, внимательно осмотрите пыльники наружных и внутренних гранат. Проворачивайте колеса, чтобы осмотреть пыльник со всех сторон. При обнаружении трещин, пробоин или разрывов пыльника, необходимо снимать приводной вал, чтобы поменять пыльники и проверить состояние смазки и деталей шарнира.

Второй этап диагностики проводят, если возникли подозрения на повреждение ШРУС – хруст или щелканье при движении с полностью вывернутым в любую сторону рулем. Приводной вал снимают с автомобиля, чтобы проверить состояние деталей ШРУС. О том, как это сделать, читайте в статье (Приводной вал). Эта процедура одинакова как на российских автомобилях семейства ВАЗ, так и на большинстве иномарок.

Сняв вал, поворачивайте шарнир в разные стороны, затем попробуйте сложить с углом 30 – 40 градусов и вращать его, держа одной рукой за трубу, другой за ведомый вал наружного или ведущий вал внутреннего ШРУС. Исправный шарнир вращается легко, без щелчков и заеданий. Держите приводной вал одной рукой, а другой легонько пытайтесь провернуть ведомый или ведущий вал ШРУС. Даже небольшой люфт говорит о необходимости замены шарнира. Снимите пыльник со ШРУС и осмотрите смазку. Если в ней есть кусочки песка или грязи, смазку необходимо менять. Если внешне смазка выглядит чистой, двумя пальцами возьмите немного смазки рядом с шариком или роликом. Разотрите смазку между пальцами. Чистая смазка легко разотрется, сделав пальцы гладкими, поэтому вы легко почувствуете даже небольшое загрязнение.

Ремонт ШРУС

Ремонт ШРУС состоит из двух операций – замены пыльников и замены смазки.

Чтобы заменить пыльник, необходимо снять один из шарниров с проводного вала. Если на приводном валу установлены шарниры обоих типов, то проще снять внутренний (трипоид). Снимите стопорное кольцо и извлеките трубу с насаженной на нее трехлучевой звездой. Снимите стопорное кольцо, удерживающее звезду и с помощью молотка и бронзовой проставки сбейте ее с наконечника трубы. Точно так же разбирайте шарнир типа «Рцеппа». Иногда верхняя часть шарнира снимается тяжело, в этом случае поворачивайте его в любую сторону на максимальный угол и по одному вытаскивайте шарики. Затем снимайте стопорное кольцо с внутренней обоймы и сбивайте ее с наконечника трубы. Сборку производите в обратном порядке.

Чтобы заменить смазку, снимите стопорное кольцо, которое удерживает внутренние детали шарнира, затем разберите его. Во время замены смазки внимательно осмотрите канавки и шарики (ролики). Если на них обнаружены царапины, то шарнир желательно заменить. Ведь даже с новой смазкой его пробег вряд ли превысит 10 тысяч километров. Если обнаружили трещины или сколы на сепараторе, шарнир необходимо заменить, даже новая смазка не сможет заставить его правильно работать. Подробная установка приводного вала на автомобиль описана в статье Приводной вал. 

vipwash.ru

Шарниры равных угловых скоростей

Шарниры равных угловых скоростей применяются для передачи крутящего момента от дифференциала на ведущие управляемые колеса. При соединении валов шарнирами равных угловых скоростей ведомый вал вращается равномерно с постоянной угловой скоростью, соответствующей угловой скорости ведущего вала. Чаще применяют шариковые, кулачковые и трехшиповые шарниры.

Шариковый шарнир равных угловых скоростей (шарнир Вейса) состоит из следующих элементов:

• ведущего вала со шлицами, входящими в зацепление с полуосевым зубчатым колесом дифференциала и вилкой с делительными канавками;
• ведомого вала со шлицами, входящими в зацепление с ведущим фланцем ступицы колеса и вилкой с делительными канавками;
• четырех ведущих шариков, расположенных в делительных канавках вилок;
• центрирующего шарика вилок, помещенного в сферические углубления на торцах вилок.


 

 

Схема привода передних колес. Устройство и описание

 

Привод передних колес: 1 — корпус внутреннего шарнира; 2 — фиксатор внутреннего шарнира; 3 — кольцо крепления чехла; 4 — вал привода передних колес; 5 — защитный кожух чехла; 6 — защитный чехол; 7— упорное кольцо обоймы; 8— сепаратор; 9 — хомут; 10— шарик; 11 — обойма; 12 — стопорное кольцо обоймы; 13 — корпус наружного шарнира.

 

Устройство наружного шарнира

 

Детали наружного шарнира привода передних колес: 1 — корпус шарнира; 2 — сепаратор; 3 — обойма; 4 — шарики.

Центрирующий шарик имеет лыску, которая располагается при сборке против вставленного ведущего шарика. Шарик стопорят шпилькой, расположенной в осевом канале ведомой вилки, одним концом входящей в отверстие центрирующего шарика, таким образом запирая собранный карданный шарнир. Делительные канавки имеют специальную форму, при которой ведущие шарики независимо от угловых перемещений вилок всегда располагаются в плоскости, делящей пополам угол (биссекторная плоскость) между осями ведущей и ведомой вилок. Благодаря этому обе вилки имеют одинаковую частоту вращения. Предельный угол между осями валов 32—33°.

Шариковый шарнир равных угловых скоростей (шарнир Рцеппа) состоит из двух кулаков: внутреннего, связанного с ведущим валом, и наружного, связанного с ведомым валом. В обоих кулаках имеется по шесть тороидных канавок, расположенных в плоскостях, проходящих через оси валов, В канавках находятся шарики, положение которых задается сепаратором, взаимодействующим с валами через делительный рычажок. Один конец рычажка поджимается пружиной к гнезду внутреннего кулака, другой скользит в цилиндрическом отверстии ведомого вала. При изменении относительного положения валов рычажок наклоняется и поворачивает сепаратор, который в свою очередь, изменяя положение шариков, обеспечивает их расположение вбисекторной плоскости. В данном шарнире крутящий момент передается через все шесть шариков. Предельный угол между осями валов 35—38°.

Шариковый шарнир Рцеппа без делительного рычажка. Установка шариков в бисекторную плоскость происходит благодаря эксцентричности сфер, в которых располагаются оси тороидальных канавок кулаков. Центры сфер, в которых лежат оси канавок наружного (ведомого) и внутреннего (ведущего) кулаков, расположены так, что при повороте оси ведомого вала по часовой стрелке верхний шарик выталкивается из сужающегося пространства между кулаками, а нижний с помощью сепаратора перемещается в увеличивающееся пространство с другой стороны шарнира. Остальные шарики занимают промежуточное положение. Работа данного шарнира подобна работе шарнира Рцеппа, имеющего делительный рычажок, однако характеризуется менее точной кинематикой. Простота и надежность конструкций, высокая несущая способность при небольших габаритных размерах способствуют их широкому применению на передне приводных автомобилях.

Кулачково-дисковый шарнир равных угловых скоростей (шарнир Тракта) состоит из связанных с ведущим и ведомым валами полуцилиндрических вилок и вставленных в них цилиндрических кулаков, в пазы которых входит диск, передающий крутящий момент от ведущей вилки к ведомой. Максимальное значение угла между валами до 45° Большая контактная поверхность деталей, воспринимающая усилия, и высокая несущая способность обуславливают их применение на тяжелых грузовых автомобилях.

Трехшиповые шарниры. В трехшиповом шарнире крутящий момент от ведущего вала передают три сферических ролика, которые установлены на радиальных шипах, жестко связанных с корпусом шарнира ведомого вала. Шипы относительно друг друга располагаются под углом 120° Ведущий вал имеет трехпальцевую вилку, в цилиндрические пазы которой входят ролики. При передаче момента между несоосными валами ролики перекатываются со скольжением вдоль пазов и одновременно скользят в радиальном направлении относительно шипов. Предельный угол между осями валов до 40° Особенностью данного шарнира является то, что в отличие от шариковых шарниров передача момента от ведущих элементов на ведомые происходит не в бисекторной плоскости, а в полости, проходящей через оси шипов. Равенство частот вращения ведущего и ведомого валов обеспечивается при любом взаиморасположении их осей.

www.autoezda.com

виды шарниров, их принцип работы, неисправности

Шарнир равных угловых скоростей (сокращенно ШРУС или «граната» – это одно и то же) – такое название одного из элементов трансмиссии автомобиля часто можно услышать на автосервисных предприятиях и в мастерских, но далеко не все автомобилисты представляют себе, что это такое и какие последствия может вызвать неисправность этого узла.

Существует несколько видов шарниров равных угловых скоростей, отличающихся друг от друга не только конструкцией, но и местами их использования.

В рамках данной статьи мы рассмотрим следующие вопросы:

  • Для чего в автомобиле нужен ШРУС и где он находится?
  • Виды шарниров равных угловых скоростей, как они устроены и работают?
  • Как проверить ШРУС на исправность, и каковы внешние проявления неисправности этого узла и последствия его выхода из строя?


Что такое ШРУС и зачем он нужен в автомобиле

Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) – это механизм, обеспечивающий равномерную передачу крутящего момента к ведущим колесам при их повороте на угол до 70° относительно оси. Используются такие шарниры на автомобилях с независимой подвеской в конструкции привода управляемых колёс.

Задача передачи крутящего момента от двигателя к колёсам оказалась в техническом плане не такой уж простой и потребовала от автоконструкторов создания трансмиссии. При этом колеса «живут» в машине своей жизнью и крепятся к кузову независимо по отношению к коробке передач.

Для заднеприводных автомобилей вопрос решился использованием в конструкции кардана. А вот для переднеприводных автомобилей потребовались иные устройства, обеспечивающие передачу вращательного движения к «подпрыгивающим» относительно кузова колесам.

Дело в том, что обычный кардан с крестовиной, при вращении с постоянной угловой скоростью ведущего вала, не в состоянии обеспечить постоянную угловую скорость расположенного под углом вала ведомого. А дополнительные рывки и торможения при передаче крутящего момента от двигателя к колёсам автомобиля абсолютно неуместны.

Технические приёмы, обеспечивающие компенсацию такой неравномерности угловых скоростей, оказались эффективными до углов между осями ведущего и ведомого колес не более 20⁰.

В то же время для переднеприводных автомобилей требовалось обеспечить передачу крутящего момента без «искажений» при углах поворота колёс до 70⁰, причём такая передача должна была быть ещё и очень надежной, ведь узел подвергается высоким нагрузкам.

Теоретическое решение – ШРУС, было найдено давно: устройство запатентовано еще в 20-х годах прошлого века инженером А.Рцеппой (шарнир Рцеппа), а для его практической реализации потребовалось почти 40 лет (Япония, 1963 г.).

Конструктивно один из распространённых вариантов ШРУС выглядит следующим образом.

Ведущий вал посредством шлицевого соединения приводит в движение внутреннюю обойму, на рабочей стороне которой выполнены шесть канавок. На внешней обойме шарнира (соединённой с ведомым валом) также выполнено шесть канавок. А обоймы связаны между собой через шарики, расположенные в вырезах сепаратора.

Подобная конструкция обеспечивает (в отличие от простой карданной передачи) равенство мгновенных угловых скоростей ведущего и ведомого валов.

Виды шарниров равных угловых скоростей

Шариковые варианты конструкции ШРУС, хотя и наиболее распространены в легковом автомобилестроении, оказались не единственно возможными.

Шариковый ШРУС

Практическое применение для легковых и лёгких коммерческих автомобилей нашли триподные ШРУСы, в которых роль шариков выполняют вращающиеся ролики со сферической рабочей поверхностью.

Трипоидный ШРУС

Для грузовой техники распространение получили кулачковые (сухариковые) шарниры типа «Тракта», состоящие из двух вилок и двух фасонных дисков. Вилки в таких конструкциях достаточно массивные и способны выдерживать большие нагрузки (что и объясняет область их использования).

Кулачковый (сухариковый) ШРУС

Необходимо упомянуть и ещё один вариант ШРУС – спаренные карданные. В них неравномерность передачи угловой скорости первого кардана компенсируется вторым карданом.

Спаренный карданный ШРУС

Как уже упоминалось выше, угол между осями двух валов не должен в этом случае превышать 20⁰ (иначе появляются повышенные нагрузки и вибрации), что ограничивает область использования такой конструкции в основном строительной и дорожной техникой.

Внутренние и наружные ШРУСы

Помимо различий в конструктивном исполнении, ШРУСЫ разделяются по месту их установки на наружные и внутренние.

Внутренний ШРУС соединяет коробку передач с полуосью, а наружный ШРУС – полуось со ступицей колеса. Вместе с приводным валом оба этих шарнира составляют привод автомобиля.

Наиболее распространённый тип наружного шарнира – шариковый. Внутренний ШРУС не столько обеспечивает большой угол между валами, сколько компенсирует перемещения приводного вала при движении его относительно подвески. Поэтому часто в качестве внутреннего шарнира в легковых автомобилях используется триподный узел.

Необходимое условие нормальной работы ШРУСов – смазка движущихся частей шарнира. Герметичность рабочего пространства, в котором находится смазка, обеспечивают пыльники, предотвращающие попадание на рабочие поверхности абразивных част

unit-car.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о