Динамика карданного шарнира неравных угловых скоростей
Если предположить, что при передаче мощности карданным шарниром потерь на трение нет, тогда мощность на ведущем валу равна мощности на ведомом , т.е. = и , где и – моменты на ведущем и ведомом валах.
Тогда . Наибольшее значение крутящего момента на ведомом валу – при = , , . ; наименьшее значение – при = , , .
Отсюда видно, что карданный шарнир передает переменный по величине момент на ведомый вал. Если принять, что массы, связанные с валами карданной передачи, вращаются равномерно, то дополнительный момент, вызванный неравномерностью вращения ведомого вала, будет закручивать карданный вал на угол
где – крутильная жесткость карданного вала.
Возникающее дополнительное закручивание карданного вала может вызвать крутильные колебания в трансмиссии.
Расчет элементов карданной передачи
5.3.1 Расчет карданной передачи с шарнирами неравных угловых скоростей
При расчете карданных передач с шарнирами неравных угловых скоростей рассчитываются карданный вал, крестовина, вилки и подшипники карданного шарнира.
Для определения основных размеров карданного вала необходимо определить максимальную частоту вращения карданного вала, соответствующую максимальной скорости автомобиля.
Максимальную частоту вращения карданного вала, соответствующую максимальной скорости автомобиля рассчитывают по формуле:
где – частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальной мощности; – передаточное число высшей ступени коробки передач; – коэффициент, зависящий от типа двигателя автомобиля.
Для определения основных размеров карданного вала необходимо также определить расчетный крутящий момент на карданном валу на низшей ступени в коробке передач.
Расчетный крутящий момент на карданном валу определяют по формуле:
После определения максимальной частоты вращения карданного вала и расчетного крутящего момента на карданном валу выбирают соответствующие стандартные размеры сечений труб карданных валов.
Критическую частоту вращения карданного вала определяют по формуле:
где – внешний диаметр карданного вала; – внутренний диаметр карданного вала; – длина карданного вала.
Расчетная критическая частота вращения карданного вала обычно превосходит действительное значение вследствие податливости опор, неточной балансировки вала, наличия зазоров в шлицевых соединениях. Опыт эксплуатации показал, что для удовлетворительной работы карданной передачи необходимо вводить коэффициент запаса по критической частоте вращения:
Напряжение кручения трубчатого вала рассчитывают по формуле:
где – момент сопротивления сечения кручению.
Допустимые напряжения кручения карданных валов легковых автомобилей — [ ] = 25 ¸ 55 МПа; грузовых автомобилей — [ ] = 100 ¸ 120 МПа.
На жесткость карданный вал рассчитывают по углу закручивания:
где – полярный момент инерции сечения; G – модуль упругости при кручении.
Допустимый угол закручивания – [Q] = 7 ¸ 8° на один метр длины вала.
Размеры крестовины карданного шарнира определяют размеры всего карданного шарнира. Их находят из условий, что крестовина не будет иметь остаточных деформаций под действием меньшей из величин: максимального расчетного крутящего момента на карданном валу, определенного по двигателю или по сцеплению.
Высоту крестовины карданного шарнира по шипам, исходя из максимального крутящего момента по двигателю, определяют по формуле:
Высоту крестовины карданного шарнира по шипам, исходя из максимального крутящего момента по сцеплению, определяют по формуле:
где – вес, приходящийся на мост, к которому подводится крутящий момент через рассчитываемую карданную передачу; – продольный коэффициент сцепления.
По определенной высоте крестовины выбирают соответствующий стандартный типоразмер карданного шарнира.
Шипы крестовины карданного шарнира рассчитывают по напряжениям изгиба и среза.
Напряжение изгиба шипа в опасном сечении А—А определяют по формуле:
где – максимальная нагрузка на шип крестовины; – длина шипа; – момент сопротивления сечения шипа изгибу.
При расчете максимальной нагрузки на шип крестовины принимают, что условно сосредоточенная сила действует в середине шипа. Максимальную нагрузку на шип крестовины карданного шарнира рассчитывают по формуле:
где r – плечо приложения максимальной нагрузки; g – угол наклона валов карданной передачи.
Момент сопротивления сечения шипа изгибу определяют по формуле:
где – диаметр шипа крестовины.
Допустимые напряжения изгиба – [ ] = 250 ¸ 300 МПа.
Напряжение среза шипа крестовины определяют по формуле:
Допустимые напряжения среза – [ ] = 60 ¸ 80 МПа.
Вилка карданного шарнира под действием максимальной нагрузки на шип крестовины испытывает изгиб и кручение.
Напряжение изгиба вилки рассчитывают по формуле:
где с – плечо изгиба.
Момент сопротивления изгибу для прямоугольного сечения определяют по формуле:
где b, h – соответственно, высота и ширина сечения вилки карданного шарнира.
Допустимые напряжения изгиба вилки – [ ] = 60 ¸ 80 МПа.
Напряжение кручения вилки определяют по формуле:
где а – плечо кручения; – момент сопротивления сечения кручению.
Момент сопротивления сечения кручению рассчитывают по формуле:
где – коэффициент, зависящий от отношения ширины сечения вилки к его высоте.
Допустимые напряжения кручения – [ ] = 120 ¸ 150 МПа.
Игольчатые подшипники карданных шарниров рассчитывают по допустимой нагрузке.
Допустимую нагрузку на подшипник карданного шарнира определяют по формуле:
где – количество иголок в подшипнике; – длина иголки; – диаметр иголки; — передаточное число до рассчитываемой карданной передачи.
После расчета допустимой нагрузки необходимо проверить полученное значение на соответствие условию:
5.3.2 Расчет карданной передачи с шарнирами равных угловых скоростей
Максимальный момент по сцеплению , Н×м, передаваемый шарниром, определяют по формуле:
где – вес, приходящийся на колесо.
Для обеспечения необходимой плавности работы и равномерного распределения нагрузки число шариков в шариковом карданном шарнире с делительным механизмом должно быть четным, поэтому на практике устанавливают четыре (шесть) шариков, равномерно распределенных по окружности.
Допустимое окружное усилие рассчитывают по формуле:
где Р – окружная сила, действующая на шарик.
Окружную силу, действующую на шарик, определяют по формуле:
где R – радиус расположения шариков.
Размеры внутренней обоймы должны обеспечить надежную связь с ведущим валом, и это предопределяет радиус расположения шариков.
Соотношение между радиусом расположения шариков и их диаметрами для обеспечения заданного срока службы рекомендуют определять по эмпирической зависимости:
Карданный вал в приводе передних колес – цельнолитой. Поэтому рассчитывают его только по углу закручивания по формуле (5.10), при этом полярный момент инерции для сплошного сечения определяют по формуле:
ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА
Дата добавления: 2018-02-28 ; просмотров: 838 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Частота оборотов кардана и углы работы
Частота вращения
Допустимая частота оборотов карданного вала зависит от следующих параметров:
- Размер карданного вала
- Деформация вилок вследствие центробежной силы
- Класс точности балансировки
- Вращение без биения соединительных фланцев
- Рабочий угол между валами
- Длина карданного вала
Частота оборотов x угол между валами
Теоретические обоснования и многочисленные исследования случаев обращения показали, что для того чтобы ход карданной передачи был плавным, не должны превышаться моменты инерции средней части карданного вала.
Возможный с точки зрения механики угол между валами для каждого шарнира зависит от размера карданного вала. На практике значение угла между валами, описанного выше с помощью кинематических уравнений, должно быть ограничено в соответствии с необходимой частотой вращения.
В следующей таблице содержится информация о максимальных частотах вращения и максимально допустимых значениях комплексного параметра
для изделий различных размеров для момента инерции средней части, соответствующей длине карданного вала 1500 мм.
При приближении частоты вращения к критическому значению для соблюдения качества балансировки (см. балансировку карданных валов) может возникнуть необходимость уменьшить значение частоты вращения.
2015
2020
2025
2030
2035
2040
2045
2047
2050
2055
2060
2065
6 000
6 000
6 000
6 000
5 600
5 000
4 700
4 500
4 500
4 500
4 100
3 900
27 000
26 000
24 000
22 000
21 000
20 000
19 000
19 000
19 000
18 000
17 000
17 000
Поскольку на практике плавный ход карданной передачи в большой степени зависит от условий монтажа, то приведённые в таблице значения n x ß могут быть приняты только в качестве ориентировочных. При оптимальных системах упругих элементов значения могут быть превышены не более чем на 50%.
Критическая частота вращения
Карданные валы это изгибно-упругие конструкции, для которых должен быть произведен расчет критическую частоту вращения.
Исходя из соображений безопасности максимально допустимая рабочая частота вращения должна быть ниже критической.
На диаграмме ниже представлена зависимость критической частоты вращения (для различных размеров конструктивных элементов) от эксплуатационной длины и размеров труб, указанных в каталоге.
Приведённые на диаграмме значения действительны при нормальных условиях установки с расстоянием между центральной частью карданного шарнира и центром соседнего подшипника равным 3 x M.
Для обеспечения безопасного и плавного движения максимально допустимая рабочая частота вращения (80 % представленной на диаграмме критической частоты вращения) не должна быть превышена.
При превышении допустимой частоты вращения следует сократить длину карданного вала или же предусмотреть установку промежуточной опоры вала.
Следующие диаграммы применимы только для карданных валов стандартной модификации. При особых модификациях с подвижным шлицевым соединением, превышающем стандартные размеры, или других изменениях, сокращающих изгибную жёсткость, должен производиться специальный расчёт критической частоты вращения. В этом случае целесообразно получить нашу консультацию.
Критическая частота вращения карданных валов в зависимости от эксплуатационной длины
Как определить обороты карданного вала по тахометру
Вкратце о чём передача
1 Оси выходного вала коробки и фланца моста должны быть параллельны, в пределах 30 минут. При этом в нормальном положении угол излома кардана не должен быть более 2 градусов. С ходом подвески угол не должен меняться более чем на 15 градусов. Иначе угловые скорости крестовин ненормально высокие, вибрация и разрушение
2 Такие параметры кардана как масса, длина и диаметр определяют его предельную частоту вращения, после которой любая малейшая вибрация многократно усиливается. Дана сводная табличка чего и как, применительно к карданам одной фирмы.
В каждой ячейке таблицы — предельная частота вращения в оборотах кардана за минуту
Столбцы-длина в дюймах от 44 до 60
Строки-диаметр в дюймах и материал
Практические выводы: двухвальный кардан плюс независимая задняя подвеска дадут минимальную вибрацию тк. угол излома минимален и длина валов значительно меньше чем в случае с одновальным. Если не ездить по трассе под лишение, все приведенные рассуждения имеют чисто теоретический интерес.
Порядок величин. Колёса 205-60-15 на скорости 200км/ч вращаются с частотой 1690RPM (если не учитывать сжатия резины)
При главной паре 4.1 кардан вращается с частотой 6930 RPM.
На 5 передаче коробки А650 мотор будет выдавать 5200 RPM
Про волговские одновальники
Труба из стали 3 на 58 дюйма, как следует из таблички, имеет резонанс порядка 5100 об/мин, что соответствует скорости порядка 150кмч. Выводы делайте сами.
Какая частота оборотов кардана?
Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!
Войти
Уже есть аккаунт? Войти в систему.
Последние посетители 0 пользователей онлайн
Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу
- Уже зарегистрированы? Войти
- Регистрация
Главная
Активность
- Создать.
Важная информация
Мы разместили cookie-файлы на ваше устройство, чтобы помочь сделать этот сайт лучше. Вы можете изменить свои настройки cookie-файлов, или продолжить без изменения настроек.
3 Расчет карданной передачи
Карданная передача – механизм трансмиссии автомобиля, предназначенный для передачи крутящего момента между агрегатами, оси валов которых не совпадают или могут изменять свое относительное положение при движении автомобиля.
3.1 Расчет карданной передачи с шарнирами неравных угловых скоростей
При расчете карданных передач с шарнирами неравных угловых скоростей рассчитываются карданный вал, крестовина, вилки и подшипники карданного шарнира.
Для определения основных размеров карданного вала необходимо определить максимальную частоту вращения карданного вала, соответствующую максимальной скорости автомобиля.
Максимальную частоту вращения карданного вала 
, об/мин, соответствующую максимальной скорости автомобиля, рассчитывают по формуле
, (3.1)
где 
– передаточное число высшей ступени коробки передач;k – коэффициент.
Значения коэффициента [6]:
для бензиновых двигателей без ограничителя максимальной частоты вращения коленчатого вала – k = 1,2;
для дизелей и бензиновых двигателей с ограничителем максимальной частоты вращения коленчатого вала – k = 1,0.
Для определения основных размеров карданного вала необходимо также определить расчетный крутящий момент на карданном валу на низшей ступени в коробке передач.
Расчетный крутящий момент на карданном валу 
, Нм, определяют по формуле
. (3.2)
После определения максимальной частоты вращения карданного вала и расчетного крутящего момента на карданном валу из таблицы 3.1 [5], выбирают соответствующие размеры сечений труб карданных валов.
Критическую частоту вращения карданного вала 
, об/мин, определяют по формуле
, (3.3)
где 
– внешний диаметр карданного вала, м;
– внутренний диаметр карданного вала, м;
– длина карданного вала, м.
Расчетная критическая частота вращения карданного вала обычно превосходит действительное значение вследствие податливости опор, неточной балансировки вала, наличия зазоров в шлицевых соединениях. Опыт эксплуатации показал, что для удовлетворительной работы карданной передачи необходимо вводить коэффициент запаса по критической частоте вращения:
= 1,5 2,0. (3.4)
Таблица 3.1 – Размеры сечений труб карданных валов и их нагрузочная способность
сечения кручению, см 3
Полярный момент инерции сечения, см 4
Расчетный крутящий момент на карданном валу, при напряжении кручения, Н·м
карданного вала, при максимальной частоте вращения, см
внутренний диаметр, мм
толщина стенки, мм
Напряжение кручения трубчатого вала 
, Па, рассчитывают по формуле
, (3.5)
где 
– момент сопротивления сечения кручению, м 3 .
Допустимые напряжения кручения карданных валов [4]:
легковых автомобилей [
] = 25 55 МПа;
грузовых автомобилей [
] = 100 120 МПа.
На жесткость карданный вал рассчитывают по углу закручивания , град
, (3.6)
где 
– полярный момент инерции сечения, м 4 ; G – модуль упругости при кручении, Па.
Модуль упругости при кручении – G = 8,510 4 МПа [5].
Допустимый угол закручивания – [] = 7 8 на один метр длины [4].
Размеры крестовины карданного шарнира (рисунок 3.1) определяют размеры всего карданного шарнира.
Рисунок 3.1 – Расчетная схема крестовины карданного шарнира
Размеры крестовины находят из условий, что крестовина не будет иметь остаточных деформаций под действием меньшей из величин: максимального расчетного крутящего момента на карданном валу, определенного по двигателю или по сцеплению.
Высоту крестовины карданного шарнира по шипам Н, см, исходя из максимального крутящего момента по двигателю, определяют по формуле
. (3.7)
Высоту крестовины карданного шарнира по шипам Н, см, исходя из максимального крутящего момента по сцеплению, определяют по формуле
, (3.8)
где 
– вес, приходящийся на мост, к которому подводится крутящий момент через рассчитываемую карданную передачу, кН; 
– продольный коэффициент сцепления.
Продольный коэффициент сцепления –
= 0,85 [5].
По определенной высоте крестовины из таблицы 3.2 [5] выбирают соответствующий типоразмер карданного шарнира.
Шипы крестовины карданного шарнира рассчитывают по напряжениям изгиба и среза. Напряжение изгиба шипа 
, Па, в опасном сечении А–А определяют по формуле
, (3.9)
где 
– максимальная нагрузка на шип крестовины, Н;
– длина шипа, м; 
– момент сопротивления сечения шипа изгибу, м 3 .
При расчете максимальной нагрузки на шип крестовины принимают, что условно сосредоточенная сила действует в середине шипа.
Максимальную нагрузку 
, Н, на шип крестовины карданного шарнира рассчитывают по формуле
, (3.10)
где r – плечо приложения максимальной нагрузки, м; – угол наклона осей карданной передачи, град.
Плечо приложения максимальной нагрузки (расстояние от центра крестовины до середины шипа) можно приближенно определить по формуле
, (3.11)
где 
,
расстояние между внутренними и наружными плоскостями вилки карданного шарнира соответственно, м.
Угол наклона осей карданной передачи – = 15 20 [2].
Высоту шипа можно приближенно принять равной длине иглы подшипника карданного шарнира.
Момент сопротивления сечения шипа изгибу, 
, м 3 , определяют по формуле
, (3.12)
где 
– диаметр шипа крестовины, м.
Допустимые напряжения изгиба – [
] = 250 300 МПа [4].
Напряжение среза шипа крестовины 
, Па, определяют по формуле
. (3.13)
Допустимые напряжения среза – [
] = 60 80 МПа [4].
Вилка карданного шарнира (рисунок 3.2) под действием максимальной нагрузки на шип крестовины испытывает изгиб и кручение.
Таблица 3.2 – Основные размеры крестовин карданных шарниров неравных угловых скоростей
Определяем какой стоит редуктор заднего моста на ВАЗ 2101-2107
Иногда возникает необходимость определить какой стоит редуктор заднего моста на классических автомобилях ВАЗ 2101, 2102, 2103, 2104, 2105, 2106, 2107.
Чаще всего приходится это делать если врет счетчик пройденного пути в спидометре, а так же сам спидометр в панели приборов показывает не ту скорость. Например, показывает меньшее расстояние чем автомобиль проехал на самом деле или большую скорость чем есть на самом деле.
Определяем какой стоит редуктор заднего моста на ВАЗ 2101-2107
1. Поддомкрачиваем и вывешиваем одно из задних колес автомобиля.
Перед этим фиксируем его на ровной площадке упорами под колеса.
2. Включаем нейтральную передачу.
3. Вращаем колесо и считаем обороты карданного вала.
Перед вращением нужно пометить положение колеса и карданного вала, чтобы точно посчитать сколько раз они повернулись. Колесо вращаем на десять оборотов. При этом считаем на сколько оборотов повернулся карданный вал. См. фото в начале статьи.
4. Определяем передаточное число редуктора.
Сравниваем полученную цифру оборотов карданного вала с таблицей и определяем какой редуктор стоит на автомобиле.
Таблица: передаточные числа редукторов заднего моста автомобилей ВАЗ 2101, 2102, 2103, 2104, 2105, 2106, 2107
| Число оборотов карданного вала на 10 оборотов колеса | 19,5 | 20,5 | 21,5 | 22,2 |
| Передаточное число редуктора (зубцы) | 3,9 (43/11) | 4,1 (41/10) | 4,3 (43/10) | 4,4 (40/9) |
Примечания и дополнения
— Что такое передаточное число? Передаточное число — это отношения числа зубьев ведущей и ведомой шестерен. Например, 43 зубьев у ведомой и 11 у ведущей. Делим 43 на 11, получаем передаточное число 3,9.
Какая частота оборотов кардана?
Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!
Войти
Уже есть аккаунт? Войти в систему.
Последние посетители 0 пользователей онлайн
Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу
- Уже зарегистрированы? Войти
- Регистрация
Главная
Активность
- Создать.
Важная информация
Мы разместили cookie-файлы на ваше устройство, чтобы помочь сделать этот сайт лучше. Вы можете изменить свои настройки cookie-файлов, или продолжить без изменения настроек.