Приводной вал
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июнь 2010 г. ) |
Приводной вал , карданный вал , приводной вал , хвостовой вал ( австралийский английский ), карданный вал ( пропеллерный вал ) или карданный вал (по имени Джироламо Кардано ) — компонент для передачи механической мощности , крутящего момента и вращения, обычно используемый для соединения других компонентов трансмиссия , которую нельзя подключить напрямую из-за расстояния или необходимости обеспечить относительное перемещение между ними.
Будучи носителями крутящего момента, приводные валы подвергаются напряжению кручения и сдвига , эквивалентному разнице между входным крутящим моментом и нагрузкой. Поэтому они должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать нагрузку, избегая при этом слишком большого дополнительного веса, поскольку это, в свою очередь, увеличит их инерцию .
Чтобы обеспечить возможность изменения соосности и расстояния между ведущим и ведомым компонентами, приводные валы часто включают в себя один или несколько универсальных шарниров , кулачковых или тряпичных соединений , а иногда и шлицевое или призматическое соединение .
История
[ редактировать ]Термин карданный вал впервые появился в середине 19 века. В переиздании патента Стовера 1861 года на строгальный и согласовочный станок этот термин используется для обозначения вала с ременным приводом , которым приводится в движение станок. [1] Этот термин не используется в его оригинальном патенте. [2] Еще одно раннее использование этого термина происходит в переиздании патента 1861 года на конную косилку Уоткинса и Брайсона . [3] Здесь этот термин относится к валу, передающему мощность от колес машины к зубчатой передаче, которая приводит в действие режущий механизм.
В 1890-х годах этот термин стал использоваться в смысле, более близком к современному. Например, в 1891 году Баттлс называл вал между трансмиссией и ведущими тележками своего локомотива Climax приводным валом. [4] а Стилман называл вал, соединяющий коленчатый вал с задней осью своего велосипеда с приводом от вала, приводным валом. [5] В 1899 году Бьюки использовал этот термин для описания вала, передающего мощность от колеса к ведомому механизму посредством универсального шарнира в своей книге «Лошадиная сила» . [6] В том же году Кларк описал свой морской велосипед, используя этот термин для обозначения вала с зубчатым приводом, передающего мощность через универсальный шарнир на карданный вал. [7] Кромптон использовал этот термин для обозначения вала между трансмиссией своего парового автомобиля 1903 года и ведомой осью. [8]
Компания-новатор автомобильной промышленности Autocar первой применила приводной вал в автомобиле с бензиновым двигателем. [9] Построенный в 1901 году, сегодня этот автомобиль находится в коллекции Смитсоновского института. [10]
Автомобильный приводной вал
[ редактировать ]Транспортные средства
[ редактировать ]Автомобиль может использовать продольный вал для передачи мощности от двигателя/трансмиссии на другой конец транспортного средства, прежде чем она поступит на колеса. Пара коротких приводных валов обычно используется для передачи мощности от центрального дифференциала , трансмиссии или коробки передач на колеса.
Передний двигатель, задний привод
[ редактировать ]В автомобилях с передним расположением двигателя и задним приводом также требуется более длинный приводной вал для передачи мощности по всей длине автомобиля. Доминируют две формы: торсионная трубка с одним универсальным шарниром и более распространенный привод Гочкиса с двумя или более шарнирами. Эта система стала известна как Système Panhard в честь автомобильной компании Panhard et Levassor, которая ее запатентовала.
Большинство этих автомобилей имеют сцепление и коробку передач (или трансмиссию), установленные непосредственно на двигателе, с приводным валом, ведущим к главной передаче на заднем мосту. Когда автомобиль стоит, приводной вал не вращается. Некоторые автомобили (как правило, спортивные автомобили, такие как Chevrolet Corvette C5 / C6 / C7 , Alfa Romeo Alfetta и Porsche 924/944/928 ), стремясь улучшить баланс веса между передней и задней частью, используют заднюю коробку передач . В некоторых моделях, отличных от Porsche, сцепление и трансмиссия размещаются в задней части автомобиля, а приводной вал - между ними и двигателем. В этом случае приводной вал постоянно вращается вместе с двигателем, даже когда автомобиль стоит и выключена передача. Однако модели Porsche 924/944/928 имеют сцепление, установленное в задней части двигателя в колоколообразном корпусе, а приводной вал от выхода сцепления, расположенный внутри полой защитной торсионной трубки, передает мощность на заднюю установленную коробку передач ( трансмиссия + дифференциал). Таким образом, карданный вал Porsche вращается только тогда, когда вращаются задние колеса, поскольку установленная на двигателе муфта может отделить вращение коленчатого вала двигателя от карданного вала. Так, в случае с Porsche, когда водитель использует сцепление при быстром переключении передач вверх или вниз (механическая коробка передач), двигатель может свободно вращаться при нажатии на педаль акселератора, поскольку при выключенном сцеплении инерция двигателя и маховика относительно мала и не отягощен дополнительной инерцией вращения карданного вала. Торсионная трубка Porsche прочно прикреплена как к колоколу двигателя, так и к картеру коробки передач, фиксируя длину и соосность между колоколом и коробкой передач и значительно сводя к минимуму реактивный момент заднего привода от поворота коробки передач в любой плоскости.
Приводной вал, соединяющий задний дифференциал с задним колесом, можно назвать полувалом. Название происходит от того факта, что два таких вала необходимы для образования одной задней оси .
часто использовались механизмы цепной или ременной передачи В ранних автомобилях вместо приводного вала . Некоторые использовали электрические генераторы и двигатели для передачи мощности на колеса.
Передний привод
[ редактировать ]В британском английском термин «приводной вал» ограничивается поперечным валом, который передает мощность на колеса, особенно на передние колеса. Вал, соединяющий коробку передач с задним дифференциалом, называется «карданным валом», или «карданным валом». Карданный вал в сборе состоит из карданного вала, скользящего шарнира и одного или нескольких универсальных шарниров. Там, где двигатель и мосты отделены друг от друга, как на полноприводных и заднеприводных автомобилях, именно карданный вал служит для передачи движущей силы, создаваемой двигателем, на оси.
В автомобильной промышленности используются несколько различных типов приводного вала:
- Цельный приводной вал
- Двухсекционный приводной вал
- Приводной вал со вставной трубкой
Приводной вал со скользящей трубкой представляет собой новый тип, повышающий безопасность при столкновении. Его можно сжать для поглощения энергии в случае аварии, поэтому он также известен как «складной приводной вал».
Четырехколесный и полный привод
[ редактировать ]Они произошли от переднемоторной и заднеприводной компоновки. Между трансмиссией и бортовыми передачами на обеих осях была размещена новая форма трансмиссии, названная раздаточной коробкой . Это разделяло привод на две оси и могло также включать понижающие передачи, кулачковое сцепление или дифференциал. Использовалось как минимум два приводных вала, по одному от раздаточной коробки на каждую ось. В некоторых более крупных автомобилях раздаточная коробка устанавливалась по центру и приводилась в движение коротким приводным валом. В автомобилях размером с Land Rover приводной вал передней оси заметно короче и имеет более крутой шарнир, чем задний вал, что усложняет инженерную задачу создания надежного приводного вала и может включать более сложную форму. универсального шарнира.
Современные легкие автомобили с полным приводом (особенно Audi или Fiat Panda ) могут использовать систему, которая больше напоминает переднеприводную компоновку. Трансмиссия и главная передача передней оси объединены в один корпус рядом с двигателем, а единственный приводной вал проходит по всей длине автомобиля к задней оси. Это предпочтительная конструкция, в которой крутящий момент переносится на передние колеса, чтобы обеспечить управляемость, как у легкового автомобиля, или когда производитель желает производить как полноприводные, так и переднеприводные автомобили со многими общими компонентами.
Исследования и разработки
[ редактировать ]Автомобильная промышленность также использует приводные валы на испытательных заводах.
На стенде для испытаний двигателей приводной вал используется для передачи определенной скорости или крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания на динамометрический стенд .
При соединении вала используется «защита вала» для защиты от контакта с приводным валом и для обнаружения неисправности вала.
На стенде для испытаний трансмиссии приводной вал соединяет тягач с трансмиссией.
Симптомы неисправности карданного вала
[ редактировать ]Приводной вал автомобиля обычно может прослужить около 120 000 километров. Однако, если на транспортном средстве наблюдаются какие-либо из перечисленных ниже признаков, водителям следует как можно скорее проверить его. [11]
- Щелчок или скрип: во время движения водитель может слышать щелчки, скрип или скрежет, доносящиеся из-под автомобиля.
- Лязг: Водитель может слышать шумы, особенно при повороте автомобиля, ускорении или даже включении задней передачи.
- Вибрация. Ранним и распространенным признаком неисправности приводного вала является сильная вибрация, исходящая из-под автомобиля. Изношенные муфты, карданные шарниры или подшипники вызывают чрезмерную вибрацию приводного вала.
- Проблемы с поворотом. Проблемы с поворотом автомобиля, как на медленной, так и на высокой скорости, являются еще одним важным признаком неисправности приводного вала.
Стояночные тормоза с карданным валом
[ редактировать ]Стояночный тормоз карданного вала воздействует на приводной вал, а не на колеса. [12] Эти тормоза обычно используются на небольших грузовиках. Этот тип тормоза склонен к выходу из строя и приводил к инцидентам, когда грузовик уходил на склон, что приводило к выдаче предупреждений о безопасности. [13] автомобиля Тяжелые автомобили, оснащенные стояночным тормозом этого типа, обычно имеют рукоятку с храповым механизмом, аналогичную ручному или стояночному тормозу , а не кнопку или рычаг пневматического тормоза .
Факторы риска для водителей включают парковку на крутом склоне при большой нагрузке, недостаточное нажатие на тормоз, изменение нагрузки или баланса нагрузки при парковке на склоне или парковку, когда одна сторона автомобиля может соскользнуть. Использование колодок на колесах является одним из способов предотвращения движения автомобиля на склоне.
Приводные валы мотоциклов
[ редактировать ]
Приводные валы использовались на мотоциклах еще до Первой мировой войны, например, на бельгийском мотоцикле FN 1903 года и мотоцикле Стюарта Тернера Stellar 1912 года. В качестве альтернативы цепным и ременным передачам приводные валы обеспечивают долговечность, чистоту и относительное обслуживание. бесплатная операция. Недостатком карданной передачи на мотоцикле является то, что косозубая , спирально-коническая или подобная передача для поворота мощности на 90° от вала к заднему колесу необходима , теряя при этом некоторую мощность.
BMW производит мотоциклы с валовым приводом с 1923 года; и Moto Guzzi производят V-образные двухцилиндровые двигатели с валовым приводом с 1960-х годов. Британская компания Triumph и основные японские бренды Honda , Suzuki , Kawasaki и Yamaha производят мотоциклы с валовым приводом.
Мотороллеры Lambretta типа A до типа LD имеют привод от вала. [14] скутер NSU Prima также имеет валовой привод. [15]
Мотоциклетные двигатели, расположенные таким образом, что коленчатый вал расположен продольно и параллельно раме, часто используются в мотоциклах с приводом от вала. Для этого требуется только один поворот на 90° при передаче мощности, а не два. Мотоциклы Moto Guzzi и BMW, а также серии Triumph Rocket III и Honda ST используют эту компоновку двигателя.
Мотоциклы с карданным приводом подвержены эффекту вала , когда шасси поднимается при подаче мощности. Этому эффекту, противоположному тому, который демонстрируют мотоциклы с цепным приводом, противодействуют такие системы, как Paralever от Moto Guzzi от BMW, CARC от Kawasaki и Tetra Lever .
Морские приводные валы
[ редактировать ]На судне с механическим приводом приводной вал или гребной вал обычно соединяет гребной винт снаружи судна с приводным механизмом внутри, проходя по крайней мере через одно уплотнение вала или сальниковую коробку в том месте, где он пересекает корпус . Тяга, осевая сила, создаваемая гребным винтом, передается на судно упорным блоком или упорным подшипником, который на всех лодках, кроме самых маленьких, встроен в главный двигатель или коробку передач. Валы могут быть изготовлены из нержавеющей стали. [16] или композитный [17] материалы в зависимости от того, на каком корабле они будут установлены.
Часть трансмиссии, которая соединяется непосредственно с гребным винтом, называется хвостовым валом. [18]
Приводные валы локомотивов
[ редактировать ]
Локомотивы Shay , Climax и Heisler , представленные в конце 19 века, использовали игольчатые приводы для передачи мощности от центрально установленного многоцилиндрового двигателя к каждой тележке, поддерживающей двигатель. На каждом из этих паровозов с зубчатой передачей один конец каждого приводного вала был соединен с ведомой тележкой через универсальный шарнир , а другой конец приводился в движение коленчатым валом , трансмиссией или другой тележкой через второй универсальный шарнир. Привод иглы также имеет возможность скользить вдоль, эффективно изменяя свою длину. Это необходимо для того, чтобы тележки могли вращаться при прохождении поворота.
Карданные валы используются в некоторых тепловозах (в основном дизель-гидравлических, таких как British Rail Class 52 ) и некоторых электровозах (например, British Rail Class 91 ). Они также широко используются в дизельных агрегатах .
Приводные валы в велосипедах
[ редактировать ] | Возможно, этот раздел содержит оригинальные исследования . ( Апрель 2018 г. ) |
Приводной вал служил альтернативой цепному приводу в велосипедах на протяжении прошлого столетия, но так и не стал очень популярным. Велосипед с приводом от вала (или «Акатен» от одного из первых производителей) имеет несколько преимуществ и недостатков:
Преимущества
[ редактировать ]- Система привода с меньшей вероятностью заклинит.
- Водитель не может испачкаться смазкой для цепи или получить травму в результате «укуса цепи», когда одежда или часть тела застревает между незащищенной цепью и звездочкой.
- Меньше обслуживания, чем у цепной системы, когда приводной вал заключен в трубку.
- Более стабильная производительность. Dynamic Bicycles утверждает, что велосипед с приводным валом может обеспечить эффективность 94%, тогда как велосипед с цепным приводом может обеспечить эффективность от 75 до 97% в зависимости от состояния.
Недостатки
[ редактировать ]- Система приводного вала весит больше, чем цепная система, обычно на 0,5–1 кг (1–2 фунта) тяжелее.
- Многие из преимуществ, заявленных сторонниками приводного вала, могут быть достигнуты на велосипеде с цепным приводом, например, закрытие цепи и звездочек .
- Использование легких механизмов переключения передач с большим числом передаточных чисел невозможно, хотя ступичные шестерни . можно использовать
- В некоторых конструкциях снятие колеса может быть затруднено (например, в некоторых велосипедах с цепным приводом и ступичными шестернями).
Карданные валы отбора мощности
[ редактировать ]Приводные валы — это один из способов передачи мощности от двигателя и механизма отбора мощности на дополнительное оборудование, установленное на автомобиле, например воздушный компрессор . Приводные валы используются, когда рядом с двигателем недостаточно места для дополнительного аксессуара; вал перекрывает зазор между механизмом отбора мощности двигателя и аксессуаром, позволяя устанавливать аксессуар в другом месте автомобиля. [19]
Производство приводных валов
[ редактировать ]В настоящее время существуют новые возможности для процесса производства приводных валов. Процесс производства накальной намотки приобретает все большую популярность для создания композитных приводных валов. Несколько компаний автомобильной промышленности стремятся использовать эти знания в своих крупносерийных производствах. [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Генри Д. Стовер, Усовершенствование строгальных станков, переиздание патента США № 1190 , 21 мая 1861 г.
- ↑ Генри Д. Стовер, Строгальный станок, патент США № 30 993 , 18 декабря 1860, 1861 г.
- ^ Джон ДеЛэнси Уоткинс и Роберт Брайсон, Косилки, переиздание патента США № 1904 , 23 июля 1861 г.
- ^ Раш С. Баттлз, Локомотив, патент США 455,154 , 30 июня 1891 г.
- ^ Уолтер Стиллман, Велосипед, патент США 456 387 , 21 июля 1891 г.
- ↑ Дадли Д. Бьюки, «Лошадиная сила», патент США 631 198 , 15 августа 1899 г.
- ↑ Чарльз Кларк, Морской велосипед, [патент США 637 547], 21 ноября 1899 г.
- ^ на автомобильный транспорт Чарльз Кромптон, Патент США № 718 097 , январь 1903 г.
- ^ «Автокар, 1901 год» .
- ^ «Автокар автомобильный» . Национальный музей американской истории. 2 ноября 2016 г. Проверено 19 ноября 2017 г.
- ^ «Приводной вал — полное руководство на 2021 год» . Сайко . Малайзия . Проверено 10 сентября 2021 г.
- ^ «Что такое тормоз карданного вала и почему они выходят из строя» . Ресурсы по экзаменам по вождению . 10 ноября 2022 г. . Проверено 14 ноября 2022 г.
- ^ «Неисправности приводного вала стояночного тормоза коммерческого и промышленного транспорта» . WorkSafe . Проверено 14 ноября 2022 г.
- ^ «Модели скутеров Ламбретта» . Кембриджская мастерская Ламбретты . Великобритания . Проверено 26 августа 2016 г.
- ^ «Продажные брошюры НГУ Прима» . НГУ Прима . Проверено 26 августа 2016 г.
- ^ «BT Marine Propellers — Гребные валы» . www.btmarinepropellers.co.uk . Проверено 28 марта 2021 г.
- ^ «Композитный вал» . www.vulkan.com . Проверено 28 марта 2021 г.
- ^ «Энциклопедия морских технологий Wärtsilä» .
- ^ «Что такое воздушный компрессор с приводом от ВОМ?» . ВМАК . 15 марта 2019 года . Проверено 25 марта 2019 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Трансмиссия – Типы приводных валов» . Мотор Автомобиль . Великобритания . Проверено 11 февраля 2023 г.
