Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Анимированное изображение шестиступенчатого шарнира равных угловых скоростей типа Рзеппа

Шарниры постоянных угловых скоростей (также известные как гомокинетические или ШРУСы ) позволяют приводному валу передавать мощность под переменным углом с постоянной скоростью вращения без заметного увеличения трения или люфта . В основном они используются в автомобилях с передним приводом . Современные заднеприводные автомобили с независимой задней подвеской обычно используют ШРУСы на концах полуосей заднего моста и все чаще используют их на приводном валу .

Шарниры равных угловых скоростей защищены резиновым чехлом, «чехлом CV», обычно заполненным смазкой на основе дисульфида молибдена . Трещины и трещины в чехле позволят проникнуть внутрь загрязняющим веществам, что приведет к быстрому износу соединения из-за утечки смазки. (Контактные детали не получат надлежащей смазки, мелкие частицы могут вызвать повреждение и царапины, а попадание воды вызывает ржавчину и коррозию металлических деталей.) Износ чехла часто принимает форму небольших трещин, которые появляются ближе к колесу, [ цитата необходима ]потому что колесо производит большую часть вибрации и движений вверх и вниз. Трещины и разрывы в областях ближе к оси обычно вызваны внешними факторами, такими как утрамбованный снег, камни или неровные каменистые бездорожье. Старение и химическое повреждение также могут вызвать сбой в загрузке.

История [ править ]

Карданный шарнир не является шарниром равных угловых скоростей, но был предшествующим средством передачи мощности между двумя угловыми валами.
Основная статья: Универсальный шарнир

Универсальный шарнир , один из самых ранних способов передачи мощности между двумя наклонными валами, был изобретен Кардано в 16 - м веке. Тот факт, что он не смог поддерживать постоянную скорость во время вращения, был признан Робертом Гук в 17 веке, который предложил первый шарнир равных угловых скоростей, состоящий из двух карданных шарниров, смещенных на 90 градусов, чтобы компенсировать колебания скорости. Это «двойной кардан» . С тех пор было изобретено много различных типов шарниров равных угловых скоростей.

Ранние автомобильные приводные системы [ править ]

Ранние системы привода на передние колеса, такие как те, что использовались на Citroën Traction Avant 1930-х годов, а также на передних осях Land Rover и аналогичных полноприводных автомобилях, использовали универсальные шарниры , в которых крестообразный металлический шарнир расположен между двумя вилками. Это не ШРУСы, поскольку, за исключением определенных конфигураций, они приводят к изменению угловой скорости. Они просты в изготовлении и могут быть чрезвычайно прочными и до сих пор используются для обеспечения гибкой муфты в некоторых карданных валах, где движение не очень велико. Однако они становятся «зазубренными» и их трудно поворачивать при работе под большим углом.

Первые ШРУСы [ править ]

По мере того, как системы переднего привода становились все более популярными, в таких автомобилях, как BMC Mini, в которых использовалась компактная поперечная компоновка двигателя , недостатки универсальных шарниров передних мостов становились все более очевидными. На основе проекту Альфредом H Рзеппа который был подан на патент в 1927 году [1] (а ШРУС, то Tracta сустав, разработанный Пьером Fenaille на Жан-Альберт Грегуар «s Tracta компании был подан на патент в 1926 году [2] ) шарниры равных угловых скоростей решили многие из этих проблем. Они обеспечивали плавную передачу мощности, несмотря на широкий диапазон углов, на которые они изгибались.

Суставы тракта [ править ]

Tracta Joint

Tracta совместной работы по принципу двойного шипа и пазасоединение. Он состоит только из четырех отдельных частей: двух вилок (также называемых вилками, одна ведущая и одна ведомая) и двух полусферических скользящих частей (одна называется охватываемым или гладким вертлюгом, а другая - охватывающим или щелевым вертлюгом), которые блокируются в плавающем ) связь. Каждая губка ярма входит в круговую канавку, образованную на промежуточных элементах. Оба промежуточных элемента поочередно соединены между собой поворотным шпунтом и соединением с пазами. Когда входной и выходной валы наклонены под некоторым рабочим углом друг к другу, ведущий промежуточный элемент ускоряется и замедляется во время каждого оборота. Поскольку центральное соединение гребня и паза на четверть оборота сдвинуто по фазе с губками вилки,соответствующее колебание скорости ведомых промежуточных и выходных кулачков точно противодействует и нейтрализует изменение скорости входного полуэлемента. Таким образом, изменение выходной скорости идентично изменению входного привода, что обеспечивает вращение с постоянной скоростью.[3] [4] [5]

Суставы Rzeppa [ править ]

Соединение Rzeppa (изобретено Альфредом Х. Рзеппа в 1926 году) состоит из сферической внутренней оболочки с 6 канавками в ней и аналогичной охватывающей внешней оболочки. Каждая канавка направляет один шарик. Входной вал входит в центр большой стальной звездообразной «шестерни», которая находится внутри круглой клетки. Клетка имеет сферическую форму, но с открытыми концами, и обычно имеет шесть отверстий по периметру. Эта клетка и шестерня помещаются в желобчатую чашку, к которой прикреплен шлицевой и резьбовой вал. Шесть больших стальных шариков находятся внутри канавок чашки и вставляются в отверстия обоймы, расположенные в канавках звездочки. Выходной вал на чашке проходит через подшипник ступицы колеса и фиксируется гайкой оси. Этот шарнир может выдерживать большие изменения угла, когда передние колеса поворачиваются системой рулевого управления; типичные суставы Rzeppa допускают поворот под углом 45–48 °, а некоторые - 54 °. [6] На «внешнем» конце приводного вала используется немного другой блок.Конец карданного валашлицевой и подходит к внешнему «стыку». Обычно он удерживается стопорным кольцом .

  • Жеппа сустав

  • Жеппа по сравнению с монетой в 1 евро

  • Представление сустава Rzeppa

Бирфилд суставы [ править ]

Шарнир Birfield - это тип шарнира равных угловых скоростей, основанный на шарнире Rzeppa, но с шестью шарами, ограниченными эллиптическими направляющими, а не клеткой. Они обладают повышенным КПД и широко используются в современных автомобилях для шарниров карданных валов подвесных двигателей. [7] Шарнир Birfield был разработан Birfield Industries и получил широкое распространение с разработкой переднеприводных автомобилей, таких как Mini . [8]

Суставы Вайса [ править ]

Шарнир Вайсса состоит из двух идентичных шарнирных вилок, которые положительно расположены (обычно) четырьмя шарами. Два шарнира центрируются с помощью шара с отверстием посередине. Два шара на круговых дорожках передают крутящий момент, в то время как два других предварительно нагружают шарнир и гарантируют отсутствие люфта при изменении направления нагрузки.

Его конструкция отличается от конструкции Rzeppa тем, что шарики плотно прилегают к двум половинкам муфты и не используется сепаратор. Центральный шар вращается на штифте, вставленном во внешнее кольцо, и служит фиксатором для четырех других шариков. Когда оба вала находятся на одной линии, то есть под углом 180 градусов, шарики лежат в плоскости, которая находится под углом 90 градусов к валам. Если ведущий вал остается в исходном положении, любое движение ведомого вала заставит шарики переместиться на половину углового расстояния. Например, когда ведомый вал перемещается на угол 20 градусов, угол между двумя валами уменьшается до 160 градусов. Шарики будут перемещаться на 10 градусов в том же направлении, а угол между ведущим валом и плоскостью, в которой они лежат, уменьшится до 80 градусов.Это действие удовлетворяет требованию, чтобы шары лежали в плоскости, делящей угол движения пополам. Этот тип сустава Вайса известен как сустав Бендикс-Вайсс.

Самым совершенным плунжерным шарниром, работающим по принципу Вайсса, является шестигранный шарнир Курта Энке. Этот тип использует только три шара для передачи крутящего момента, а остальные три центрируют и удерживают его вместе. Шарики предварительно нагружены, и соединение полностью герметизировано. [9] [10]

Соединения штатива [ править ]

На внутреннем конце карданных валов автомобилей используются штативные шарниры. Суставы были разработаны Мишелем Орейном из Glaenzer Spicer в Пуасси , Франция . Этот шарнир имеет трехконечную вилку, прикрепленную к валу, на концах которого установлены бочкообразные роликовые подшипники. Они помещаются в чашку с тремя соответствующими канавками, прикрепленными к дифференциалу . Поскольку имеется только значительное перемещение по одной оси, эта простая схема работает хорошо. Они также допускают осевое «врезание» вала, так что раскачивание двигателя и другие эффекты не вызывают предварительной нагрузки на подшипники. Типичное соединение штатива имеет ход погружения до 50 мм и угол поворота 26 градусов. [11]Штативное соединение не имеет такого большого углового диапазона, как многие другие типы шарниров, но, как правило, дешевле и эффективнее. Из-за этого он обычно используется в конфигурациях автомобилей с задним приводом или на внутренней стороне автомобилей с передним приводом, где требуемый диапазон движения меньше.

Двойной кардан [ править ]

Двойной карданный шарнир

Двойные карданные шарниры аналогичны двойным карданным валам.за исключением того, что длина промежуточного вала укорачивается, остаются только коромысла; это эффективно позволяет установить два шарнира Гука вплотную друг к другу. DCJ обычно используются в рулевых колонках, поскольку они устраняют необходимость в правильной фазировке универсальных шарниров на концах промежуточного вала (IS), что упрощает упаковку IS вокруг других компонентов в моторном отсеке автомобиля. Они также используются для замены шарниров равных угловых скоростей типа Rzeppa в приложениях, где распространены большие углы сочленения или импульсные нагрузки крутящего момента, таких как карданные валы и полуоси тяжелых полноприводных автомобилей. Для шарниров двойного кардана требуется центрирующий элемент, который будет поддерживать равные углы между ведомым и ведущим валами для истинного вращения с постоянной скоростью. [12] [13]Это центрирующее устройство требует дополнительного крутящего момента для ускорения внутренних частей шарнира и создает дополнительную вибрацию на более высоких скоростях. [14]

Муфта Томпсона [ править ]

Шарнир равных угловых скоростей Томпсона (TCVJ), также известный как муфта Томпсона, собирает два карданных шарнира друг в друге, чтобы исключить промежуточный вал. Управляющая вилка добавлена ​​для выравнивания входного и выходного валов. Управляющая вилка использует ножничный механизм сферического пантографа, чтобы разделить угол между входным и выходным валами пополам и поддерживать шарниры под нулевым относительным фазовым углом. Выравнивание обеспечивает постоянную угловую скорость при всех углах сочленения. Отсутствие промежуточного вала и поддержание центровки входных валов в гомокинетической плоскости значительно снижает наведенные напряжения сдвига и вибрацию, присущие двойным карданным валам . [15] [16] [17]Хотя геометрическая конфигурация не поддерживает постоянную скорость для регулирующей вилки, которая выравнивает карданные шарниры, регулирующая вилка имеет минимальную инерцию и генерирует небольшую вибрацию. Постоянное использование стандартной муфты Томпсона под прямым углом, равным нулю градусов, приведет к чрезмерному износу и повреждению соединения; минимальное смещение в 2 градуса между входным и выходным валами необходимо для уменьшения износа регулирующей вилки. [18] Изменение входных и выходных ярм таким образом, чтобы они не были точно перпендикулярны их соответствующим валам, может изменить или устранить «недопустимые» углы. [19]

Новым свойством муфты является метод геометрического ограничения пары карданных шарниров внутри узла с использованием, например, шарнирного соединения с четырьмя ножницами (сферический пантограф ), и это первая муфта, обладающая такой комбинацией свойств. [20]

Эта муфта была удостоена премии Австралийского общества инженеров в области сельского хозяйства, изобретателя Гленна Томпсона . [21]

Суставы Мальпецци [ править ]

Разработанный и запатентованный Антонио Malpezzi [ править ] (у владельца времени автобиографию ремануфактуринга компанию в Италии) в 1976 году, это соединение состоит из клетки с внутренней сферической с фасонной полости рта. Входной вал входит в центр сферы с двумя прямоугольными канавками. Чтобы собрать его, сферический ведущий шар вставляется в клетку, совместив две канавки с самой узкой частью горловины клетки, повернутой на 90 °. Затем два стальных блока вставляются в канавки и фиксируются на месте болтом, проходящим через стенку клетки.

Этот шарнир был тщательно протестирован на предмет возможного автомобильного применения, но оказался неспособным справиться с шарнирным соединением, необходимым для такого использования. Он широко использовался в Италии в сельском хозяйстве [ необходима цитата ] , так как он лучше подходил, чем карданный шарнир, для вращения с высокой скоростью и дешевле, чем шарнир Rzeppa. К началу 90-х годов, с появлением на рынке суставов Rzeppa азиатского производства, их производство стало нерентабельным, и производство было прекращено.

См. Также [ править ]

  • Сустав Гобсона
  • Харди Спайсер
  • универсальный шарнир

Ссылки [ править ]

  1. ^ Rzeppa, Альфред Х. (1927). «Универсальный шарнир» . Патент США № 1,665,280. Cite journal requires |journal= (help)
  2. ^ Европейский патент FR628309
  3. ^ - Универсальные шарниры (автомобиль)
  4. ^ Соединение постоянной скорости тракта. Архивировано 17 ноября 2015 года в Wayback Machine.
  5. ^ Карданные шарниры и карданные валы: анализ, проектирование, применение
  6. ^ ТЕХНИЧЕСКИЙ ОБЗОР NTN № 75 （2007: Соединение с фиксированной постоянной скоростью и сверхвысоким рабочим углом 54 градуса (TUJ) , NTN Global .
  7. ^ https://www.beyonddiscovery.org/vehicle-technology/625-birfield-joint-based-on-the-rzeppa-principle.html
  8. ^ Малкольм Джеймс Нанни (2007). Технология легких и тяжелых транспортных средств . Рутледж. ISBN 978-0-7506-8037-0.
  9. ^ Bendix-Weiss Constant Velocity (CV) Joint архивации 2010-03-23 в Wayback Machine
  10. ^ Карданные шарниры и карданные валы: анализ, проектирование, применение
  11. ^ GKN Driveline Driveshafts , gkndriveline.com .
  12. ^ Патент США 1979768 , Пирс, Джон WB, «Двойной универсальный шарнир», выданный 1934-11-06 
  13. ^ Rzeppa Constant Velocity (CV) Joint Архивировано 5 февраля 2009 г. на Wayback Machine
  14. ^ Патент США 2947158 , Кинг, Кеннет К., «Универсальный шарнир Центрирующее устройство», выданный 1960-08-02, назначено корпорация General Motors 
  15. ^ Sopanen, Jussi (1996). "Исследования крутильных колебаний карданного карданного вала трансмиссии" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 05 февраля 2009 года . Проверено 22 января 2008 .
  16. ^ Шеу, Р (2003-02-01). «Моделирование и анализ промежуточного вала между двумя универсальными шарнирами» . Проверено 22 января 2008 .
  17. ^ "Механизм сцепления Томпсона в действии" . Муфты Томпсона . Проверено 24 сентября 2011 года .
  18. ^ "Дополнительная длина 500 Нм TCVJ" . Томпсон Couplings, Ltd. Архивировано из оригинала 3 октября 2011 года . Проверено 25 сентября 2011 года . Особые указания: Продолжительная работа муфты TCVJ при 0 градусах не рекомендуется, так как это вызовет чрезмерный износ подшипников и вызовет повреждение муфты. Для максимальной эффективности и срока службы муфты TCVJ рекомендуется минимальный рабочий угол 2,0 градуса.
  19. ^ pattakon.com. "Соединения постоянной скорости PatDan и PatCVJ" . Проверено 26 июля 2012 .
  20. ^ Боуман, Ребекка (2006-08-03). «Изобретение для снижения затрат на топливо» . yourguide.com.au . Проверено 13 февраля 2007 .
  21. ^ Филмер, Марк (13-11-2003). «Изобретение, вызывающее интерес» . yourguide.com.au . Проверено 13 февраля 2007 .