Шарнир равных скоростей
ШРУС ( также называемый ШРУС и гомокинетический шарнир ) — это механическая муфта , которая позволяет валам свободно вращаться (без заметного увеличения трения или люфта ) и компенсирует угол между двумя валами в определенном диапазоне. , чтобы поддерживать ту же скорость.
ШРУСы обычно используются в переднеприводных автомобилях, где они используются для передачи мощности двигателя на колеса, даже если угол карданного вала изменяется из-за работы подвески .
История
[ редактировать ]
Предшественником шарнира равных угловых скоростей был универсальный шарнир (также называемый карданным шарниром ), который был изобретен Джероламо Кардано в 16 веке. Универсальные шарниры просты в изготовлении и выдерживают большие усилия, однако по мере увеличения угла работы универсальные шарниры часто становятся «зазубренными» и их трудно поворачивать.
Первым типом шарнира равных угловых скоростей был двойной кардан , изобретенный Робертом Гуком в 17 веке. В этой конструкции используются два универсальных шарнира, смещенные на 90 градусов, что компенсирует изменения скорости в каждом шарнире.
С тех пор было изобретено множество других типов шарниров равных угловых скоростей.
Типы
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( февраль 2023 г. ) |
Двойной кардан
[ редактировать ]
Двойные карданы аналогичны двойным карданам , за исключением того, что длина промежуточного вала укорочена, остались только вилки; это эффективно позволяет монтировать два шарнира Гука спина к спине. DCJ обычно используются в рулевых колонках, поскольку они устраняют необходимость правильной фазировки универсальных шарниров на концах промежуточного вала (IS), что упрощает компоновку 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 шарнирного сочленения или импульсивные крутящие нагрузки, например, карданные валы и полуоси прочных полноприводных автомобилей. Для двойных карданных шарниров требуется центрирующий элемент, который будет поддерживать равные углы между ведомым и ведущим валами для обеспечения вращения с постоянной скоростью. [ 1 ] [ 2 ] Это центрирующее устройство требует дополнительного крутящего момента для ускорения внутренних частей шарнира и создает дополнительную вибрацию на более высоких скоростях. [ 3 ]
Лечить суставы
[ редактировать ]
Соединение Tracta шпунтового работает по принципу двойного соединения . Он состоит всего из четырех отдельных частей: двух вилок (так называемых вилок, одной ведущей и одной ведомой) и двух полусферических скользящих частей (одна называется охватываемым или вертлюгом с прорезями, а другая называется охватывающим или шлицевым вертлюгом), которые сцепляются в плавающем (подвижном) ) связь. Каждая губка траверсы входит в круговую канавку, выполненную на промежуточных элементах. Оба промежуточных элемента поочередно соединены между собой поворотным шпунтом и рифленым соединением. Когда входной и выходной валы наклонены под некоторым рабочим углом друг к другу, ведущий промежуточный элемент ускоряется и замедляется при каждом обороте. Поскольку центральное соединение гребня и паза сдвинуто по фазе с губками вилки на четверть оборота, соответствующие колебания скорости ведомых промежуточных и выходных элементов губок точно противодействуют и нейтрализуют изменение скорости входной полуэлемента. Таким образом, изменение выходной скорости идентично изменению входного привода, обеспечивая вращение с постоянной скоростью. [ 4 ]
Суставы Рзеппы
[ редактировать ]
Сустав Рзеппы (изобретенный Альфредом Х. Рзеппой в 1926 году) состоит из сферической внутренней оболочки с 6 канавками и аналогичной охватывающей внешней оболочки. Каждая канавка направляет один шарик . Входной вал помещается в центре большой стальной звездообразной «шестерни», расположенной внутри круглой клетки. Клетка имеет сферическую форму, но с открытыми концами и обычно имеет шесть отверстий по периметру. Эта клетка и шестерня помещаются в чашку с канавками, к которой прикреплен шлицевой и резьбовой вал. Шесть больших стальных шариков находятся внутри канавок чашки и входят в отверстия клетки, расположенные в канавках звездообразной шестерни. Выходной вал на чашке затем проходит через подшипник колеса и фиксируется осевой гайкой.
Этот шарнир может выдерживать большие изменения угла, когда передние колеса поворачиваются системой рулевого управления; типичные суставы Жеппы допускают угол сочленения 45–48 °, а некоторые - 54 °. [ 5 ] На «внешнем» конце карданного вала использован несколько иной узел. Конец приводного вала имеет шлицы и входит во внешний «шарнир». Обычно он удерживается на месте стопорным кольцом .
Суставы Бирфилда
[ редактировать ]Шарнир Бирфилда представляет собой тип шарнира равных скоростей, основанный на шарнире Рзеппы, но в котором шесть шариков удерживаются с помощью эллиптических направляющих, а не клетки. Они обладают повышенным КПД и широко используются в современных автомобилях для подвесных шарниров карданного вала. [ 6 ] Шарнир Birfield был разработан компанией Birfield Industries и получил широкое распространение при разработке переднеприводных автомобилей, таких как Mini . [ 7 ]
Шарниры штатива
[ редактировать ]
Триподные шарниры используются на внутреннем конце карданных валов автомобилей. Соединения были разработаны Мишелем Ореном из Glaenzer Spicer из Пуасси , Франция . Этот шарнир имеет трехточечную траверсу, прикрепленную к валу, имеющему на концах бочкообразные роликоподшипники. Они помещаются в чашку с тремя соответствующими канавками, прикрепленную к дифференциалу . Поскольку существенное движение происходит только по одной оси, эта простая схема работает хорошо. Они также допускают осевое «плунжерное» перемещение вала, поэтому раскачивание двигателя и другие эффекты не вызывают предварительной нагрузки на подшипники. Типичный шарнир штатива имеет ход погружения до 50 мм и угловое сочленение 26 градусов. [ 8 ] Треногий шарнир не имеет такого большого углового диапазона, как многие другие типы шарниров, но, как правило, он дешевле и более эффективен. В связи с этим он обычно используется в конфигурациях заднеприводных автомобилей или на внутренней стороне переднеприводных автомобилей, где требуемый диапазон движения ниже.
Суставы Вайса
[ редактировать ]Шарнир Вайса состоит из двух одинаковых шаровых сердечников, которые (обычно) надежно расположены четырьмя шариками. Оба шарнира центрируются с помощью шарика с отверстием посередине. Два шарика на кольцевых направляющих передают крутящий момент, а два других предварительно нагружают шарнир и обеспечивают отсутствие люфта при изменении направления нагрузки.
Его конструкция отличается от конструкции Rzeppa тем, что шарики плотно прилегают между двумя половинами муфты и сепаратор не используется. Центральный шар вращается на штифте, вставленном во внешнее кольцо, и служит фиксирующим средством для четырех других шариков. Когда оба вала расположены на одной линии, то есть под углом 180 градусов, шарики лежат в плоскости, составляющей 90 градусов к валам. Если ведущий вал останется в исходном положении, то любое движение ведомого вала приведет к смещению шариков на половину углового расстояния. Например, когда ведомый вал перемещается на угол 20 градусов, угол между двумя валами уменьшается до 160 градусов. Шарики сдвинутся на 10 градусов в одном направлении, а угол между ведущим валом и плоскостью, в которой лежат шарики, уменьшится до 80 градусов. Это действие удовлетворяет требованию, чтобы шарики лежали в плоскости, разделяющей угол привода пополам. Этот тип соединения Вейсса известен как соединение Бендикса-Вайса.
Самым совершенным плунжерным шарниром, работающим по принципу Вайса, является шестишаровой звездчатый шарнир Курта Энке. В этом типе используются только три шарика для передачи крутящего момента, а остальные три центрируются и удерживают его вместе. Шарики предварительно нагружены, а соединение полностью герметизировано. [ 9 ] [ 10 ]
Суставы Томпсона
[ редактировать ]
Шарнир Томпсона (также известный как муфта Томпсона ) объединяет два карданных шарнира друг в друге, чтобы исключить промежуточный вал. [ 11 ] Для выравнивания входного и выходного валов добавлена управляющая вилка. В управляющей вилке используется сферический пантографа, ножничный механизм который делит угол между входным и выходным валами пополам и поддерживает шарниры при относительном фазовом угле, равном нулю. Соосность обеспечивает постоянную угловую скорость при всех углах соединения. Устранение промежуточного вала и поддержание выравнивания входных валов в гомокинетической плоскости значительно снижает наведенные напряжения сдвига и вибрацию, присущие двойным карданным валам . [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] Хотя геометрическая конфигурация не обеспечивает постоянную скорость тяги управления, которая выравнивает карданные шарниры, тяга управления имеет минимальную инерцию и генерирует небольшую вибрацию. Постоянное использование стандартной муфты Томпсона под прямым углом в ноль градусов приведет к чрезмерному износу и повреждению соединения; Минимальное смещение в 2 градуса между входным и выходным валами необходимо для уменьшения износа вилки управления. [ 15 ] Изменение входных и выходных ярм так, чтобы они не были перпендикулярны соответствующим валам, может изменить или устранить «недопустимые» углы. [ 16 ]
Новаторской особенностью муфты является метод геометрического ограничения пары карданных шарниров внутри узла с использованием, например, сферического четырехстержневого ножничного механизма (сферический пантограф), и это первая муфта, обладающая такой комбинацией свойств. [ 17 ]
Использование в автомобилях
[ редактировать ]Ранние переднеприводные автомобили (такие как Citroen Traction Avant 1930-х годов ) и передние оси внедорожных полноприводных автомобилей использовали универсальные шарниры, а не ШРУСы. Среди первых автомобилей, в которых использовались ШРУСы, были Tracta 1926 года , DKW F1 1931 года и Adler Trumpf 1932 года , все они были переднеприводными и использовали конструкцию шарнира Tracta по лицензии. [ 18 ] [ 19 ] ШРУСы позволяли плавно передавать мощность в более широком диапазоне рабочих углов (например, при сжатии подвески под действием силы поворота или неровности дороги).
Современные заднеприводные автомобили с независимой задней подвеской обычно используют ШРУСы на концах полуосей и все чаще применяют их на хвостовом валу . [ нужна ссылка ]
Пыльники и смазка CV
[ редактировать ]Над ШРУСом обычно устанавливают отдельную гибкую крышку, чтобы защитить его от посторонних частиц и предотвратить вытекание смазки. [ 20 ] Этот чехол обычно изготавливается из резины и называется «чехлом CV» или «крахой CV». Трещины и трещины в чехле будут способствовать попаданию загрязнений, что приведет к быстрому износу соединения или его полному выходу из строя. Цельнометаллический кардан или ШРУС, расположенный внутри и защищенный цельной осью (корпусом), может оказаться желательным в суровых условиях эксплуатации, где резина склонна к физическим или химическим повреждениям. металлическую броню и кевларовые Для защиты резиновых чехлов CV можно использовать рукава/покрытия.
ШРУС обычно смазывается смазкой на основе дисульфида молибдена . Шесть сфер ограничены воротами, предотвращающими падение сфер, когда валы идеально выровнены.
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Патент США 1979768 , Пирс, Джон У.Б., «Двойной универсальный шарнир», выдан 6 ноября 1934 г.
- ^ Объединение постоянной скорости (CV) Рзеппы. Архивировано 5 февраля 2009 г. в Wayback Machine.
- ^ Патент США 2947158 , Кинг, Кеннет К., «Универсальное центрирующее устройство», выданный 2 августа 1960 г., передан корпорации General Motors . Обычное центрирующее устройство представляет собой конструкцию шарового типа. Чтобы обеспечить постоянную скорость для [двойного кардана] шарнира, важно, чтобы центр угла наклона каждой крестовины и подшипникового узла, а также каждой вилки сохранялся примерно в одной и той же точке в течение всего срока службы шарнира.
- ^ Универсальные шарниры и карданные валы: анализ, проектирование, применение.
- ^ Хосино, Манабу; Фунахаси, Масаси. «Технический обзор NTN № 75 (2007 г.): фиксированный шарнир равных угловых скоростей со сверхвысоким рабочим углом 54 градуса (TUJ)» (PDF) . www.ntnglobal.com . Архивировано из оригинала (PDF) 30 июля 2019 г. Проверено 11 апреля 2021 г. (также встречается в «Автомобильные экологические технологии» (PDF) . НТН. 2007 . Проверено 11 апреля 2021 г. )
- ^ «Шунт 625 Birfield на основе принципа Рзеппы - транспортные технологии» .
- ^ Малкольм Джеймс Нанни (2007). Технология легких и тяжелых транспортных средств . Рутледж. ISBN 978-0-7506-8037-0 .
- ^ Карданные валы трансмиссии GKN. Архивировано 23 июля 2012 г. на Wayback Machine , gkndriveline.com. Архивировано 3 июля 2019 г. на Wayback Machine .
- ^ Соединение постоянной скорости (CV) Bendix-Weiss. Архивировано 23 марта 2010 г. в Wayback Machine.
- ^ Универсальные шарниры и карданные валы: анализ, проектирование, применение.
- ^ Патент США US20040106458A1 , Гленн Томпсон, «МУФТА С ПОСТОЯННОЙ СКОРОСТЬЮ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ЭТОГО», опубликовано 3 июня 2004 г., выпущено 5 декабря 2006 г.
- ^ Сопанен, Юсси (1996). «Исследование крутильных колебаний трансмиссии с двойным карданным шарниром» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 5 февраля 2009 г. Проверено 22 января 2008 г.
- ^ Шеу, П. (1 февраля 2003 г.). «Моделирование и анализ промежуточного вала между двумя карданными шарнирами» . Проверено 22 января 2008 г.
- ^ «Механизм соединения Томпсона в действии» . Муфты Томпсона . Проверено 24 сентября 2011 г.
- ^ «Увеличенная длина TCVJ 500 Нм» . Thompson Couplings, Ltd. Архивировано из оригинала 3 октября 2011 года . Проверено 25 сентября 2011 г.
Особые указания: Непрерывная работа муфты TCVJ при температуре 0 градусов не рекомендуется, так как это приведет к чрезмерному износу подшипников и повреждению муфты. Для максимальной эффективности и срока службы муфты TCVJ рекомендуется использовать минимальный рабочий угол 2,0 градуса.
- ^ pattakon.com. «ШРУСы равных скоростей PatDan и PatCVJ» . Проверено 26 июля 2012 г.
- ^ Боуман, Ребекка (3 августа 2006 г.). «Изобретение, позволяющее снизить затраты на топливо» . yourguide.com.au . Проверено 13 февраля 2007 г.
- ^ Рзеппа, Альфред Х. (1927). «Универсальный шарнир» . Патент США . нет. 1 665 280.
- ^ «Европейский патент FR628309» .
- ^ «ШРУС: как работает, симптомы, проблемы» . www.samarins.com . Проверено 14 февраля 2023 г.
