Карданная передача. Назначение и принцип действия

Карданная передача служит для передачи вращающего момента между агрегатами, оси валов которых не лежат на одной прямой и могут изменять свое взаимное положение.

У полноприводных колесных машин карданная передача обычно соединяет ведомый вал КП с ведущим валом раздаточной коробки, а ведомые валы раздаточной коробки — с ведущими валами главных передач ведущих мостов. Агрегаты, закрепленные на раме (в частности, КП и раздаточная коробка), могут перемещаться относительно друг друга в результате деформации своих опор и самой рамы, а ведущие мосты присоединены к раме через подвеску, поэтому могут перемещаться относительно рамы и закрепленных на ней агрегатов при деформации упругих элементов подвески. При этом могут изменяться не только углы наклона карданных валов, соединяющих агрегаты, но и расстояние между агрегатами.

Рис. Схема карданной передачи:
1, 4, 6 — карданные валы; 2, 5 — карданные шарниры; 3 — компенсирующее соединение; у1, у2 — углы между валами

В общем случае карданная передача состоит из карданных шарниров 2 и 5, карданных валов 1,4 и 6 и компенсирующего соединения 3. Иногда карданный вал устанавливают на промежуточной опоре, прикрепленной к поперечине рамы ТС.

Карданные шарниры обеспечивают передачу вращающего момента между валами, оси которых пересекаются под углом. Различают карданные шарниры неравных и равных угловых скоростей. Карданные шарниры неравных угловых скоростей подразделяют на упругие и жесткие. Карданные шарниры равных угловых скоростей по конструкции бывают шариковые с делительными канавками, шариковые с делительным рычажком и кулачковые. Обычно их устанавливают в приводе ведущих управляемых колес, где угол между валами может достигать 45°, причём центр карданного шарнира должен совпадать с точкой пересечения осей вращения колеса и его поворота.

Упругие карданные шарниры передают вращающий момент между валами с пересекающимися под углом 2…3° осями в результате упругой деформации соединительных элементов.

Жесткий карданный шарнир неравных угловых скоростей передает вращающий момент от одного вала к другому вследствие подвижного соединения жестких деталей. Он состоит из двух вилок — 3 и 5, в цилиндрические отверстия которых установлены на подшипниках концы А, Б, В и Г соединительного элемента — крестовины 4. Вилки жестко соединены с валами 1 и 2. Вилка 5 может поворачиваться относительно оси БГ крестовины и в то же время вместе с крестовиной поворачиваться относительно оси АВ, благодаря чему и обеспечивается возможность передачи вращения от одного вала к другому при меняющемся угле между ними.

Рис. Схема жесткого карданного шарнира неравных угловых скоростей

Если вал 7 повернется вокруг своей оси на угол а, то вал 2 за это же время повернется на угол В. Соотношение между углами поворота валов 7 и 2 определяется выражением tga= tgВ*cosy, где у — угол, под которым расположены оси валов. Из этого выражения следует, что угол В то меньше угла а, то равен ему. Равенство этих углов наступает через каждые 90° поворота вала 7. Таким образом, при равномерном вращении вала 1 угловая скорость вала 2 неравномерна и изменяется по синусоидальному закону. Неравномерность вращения вала 2 будет тем значительнее, чем больше угол у между осями валов. Если неравномерность вращения вала 2 будет передаваться на валы агрегатов, в трансмиссии возникнут дополнительные пульсирующие нагрузки, возрастающие при увеличении угла у. Чтобы неравномерность вращения вала 2 не передавалась на валы агрегатов, в карданной передаче применяют два карданных шарнира. Их устанавливают так, чтобы углы у1 и у2 были равны; вилки карданных шарниров, закрепленные на неравномерно вращающемся валу 4, должны быть расположены в одной плоскости. Равномерность вращения ведомого вала может быть достигнута также применением карданного шарнира равных угловых скоростей.

Принцип действия карданного шарнира равных угловых скоростей поясняет схема, приведенная на рисунке. С ведущим валом 7 соединен рычаг 2, а с ведомым валом 4 — рычаг 3. Рычаги 2 и 3 при вращении валов постоянно контактируют в точке А, линейная скорость которой одинакова для обоих рычагов, т. е. v = = w1B = w2a= wа. Равенство угловых скоростей w2 и w2 возможно, если а = b. Это условие выполнимо, если угол 0 равен углу W и точка А контакта рычагов лежит на биссектрисе угла между валами 7 и 4. При вращении валов точка А должна находиться в биссекторной плоскости. Конструктивно это условие можно обеспечить различными способами. Наиболее широкое распространение получили карданные шарниры равных угловых скоростей шарикового типа. Применяются также другие типы шарниров равных угловых скоростей.

Рис. Схема карданного шарнира равных угловых скоростей