Полуосевые передачи

Полуосевой передачей называют элементы трансмиссии, связывающие главную передачу с бортовой передачей портального автомобиля (рис. 72).

Основное влияние на конструкцию этой передачи оказывают способ подвески колес (жесткий или с упругим элементом), тип цепной бортовой передачи (открытая или закрытая), а также то, являются ли ведущие колеса управляемыми или нет.

Рис. 72. Полуосевая карданная передача автомобиля Хайстер: i — ведущая звездочка бортовой цепной передачи; 2 — цепь; 3 — балансир подвески; 4 — полуосевая головка; 5 — вилка кардана вала ведущей звездочки; 6 — вилка наружного кардана вала полуосевой карданной передачи; 7 — вал; 8 — вилка внутреннего кардана вала; 9 — вилка полуоси; 10— главная передача

В зависимости от этих конструктивных признаков полуосевые передачи могут быть выполнены с неразрезными полуосями или с разрезными полуосями и карданами. В первом случае такие передачи принято называть полуосевым приводом, во втором — полуосевой карданной передачей.

На рис. 73 показана конструкция полуосевого привода портального автомобиля с неподрессоренными неуправляемыми ведущими колесами, у которого положение ведущей звездочки относительно рамы автомобиля все время сохраняется постоянным.

При подрессоренных и управляемых ведущих колесах ведущая звездочка в процессе движения, при изменении нагрузки и регулировке прогиба цепи меняет свое положение относительно главной передачи, закрепленной на раме. Поэтому для соединения полуосей главной передачи с валами ведущих звездочек применяют карданные передачи. Полуосевая карданная передача работает в очень тяжелых условиях, поскольку передает значительный крутящий момент при больших пространственных углах между валами в шарнирах (примерно до 35°}_г вызванных необходимостью регулировки натяжения цепей, под-рессориванием колес, а также поворотом колес на значитель-

Рис. 73. Полуосевой привод ведущих колес:

/ — главная передача; 2 — ведущая звездочка бортовой цепной передачи; 3 — подшипники полуосей; 4 — полуось; 5 — картер главной передачи; б— крышка картера; 7 — кожух полуоси

ные углы. Уменьшить же угловое смещение валов во многих случаях практически невозможно из-за малого расстояния между осями шарниров, лимитируемого габаритной шириной машины. Так, например, у портальных автомобилей с шириной 2500 мм это расстояние не превышает 650 мм.

Полуосевые карданные передачи применяют также и при неподрессоренных неуправляемых колесах с открытой бортовой цепной передачей, у которой перемещение ведущей звездочки необходимо только для регулировки прогиба цепи. Такие карданные передачи работают в более легких условиях, так как угол между валами не превышает 5° и остается постоянным при изменении нагрузки и во время движения автомобиля.

Углы наклона полуосевых карданных передач в значительной степени зависят от установки главной передачи. Обращаясь к схеме, представленной на рис. 74, можно заметить, что для уменьшения угла наклона а продольной карданной передачи главную передачу целесообразно устанавливать как можно ниже, т. е. снизить в пределах возможного размер А. Для уменьшения углов наклона валов полуосевых карданных передач расстояние А желательно увеличить до такой величины, при которой полуоси главной передачи и валы ведущих звездочек цепных бортовых передач были бы соосны или смещение их осей в вертикальной плоскости было по возможности небольшим. Осуществить это очень сложно, поскольку снизить положение вала ведущей звездочки цепной передачи не представляется возможным из-за необходимости обеспечения хода подвески, а поднятие полуосей главной передачи увеличивает угол наклона вала продольной карданной передачи,

Рис. 74. Схема расположения карданных передач автомобиля с независимой подвеской ведущих колес: 1 — главная передача; 2 — полуосевая карданная передача; 3 —верхняя полуосевая головка; 4 — продольная карданная передача

которая работает хотя и с меньшими крутящими моментами, но с гораздо большим числом оборотов, чем полуосевые карданные передачи. Кроме того, угол наклона р полуосевых карданных передач изменяется в зависимости от нагрузки автомобиля и характера дороги. Поэтому выбор оптимального угла наклона полуосевых карданных передач представляет определенные затруднения.

Для получения благоприятной кинематики полуосевых карданных передач с изменением полезной нагрузки автомобиля, при его проектировании стремятся к тому, чтобы минимальный угол наклона валов полуосевых карданных передач соответствовал полностью нагруженному автомобилю, установленному на горизонтальной поверхности, поскольку в этом случае все элементы трансмиссии, в том числе и полуосевые передачи, передают наибольший крутящий момент. При меньшей нагрузке

Рис. 75. Полуосевые карданные передачи автомобилей: а — Т-80; б —Т-110; / — карданная передача ЗИЛ-120 с укороченным валом; 2 — вал ведущей звездочки; 3— скользящая вилка карданной передачи ЯАЗ-200; 4 — вал карданной передачи ЯАЗ-200 (укороченный); 5 — специальная вилка; 6 — специальная крестовина

автомобиля углы наклона валов увеличиваются, но при этом уменьшается и передаваемый полуосевыми карданными передачами крутящий моментах

В горизонтальной плоскости оси валов ведущих звездочек и полуосей главной передачи в положении, соответствующем прямолинейному движению автомобиля^ должны всегда совпадать.

Помимо крутящего момента, полуосевые карданные передачи нагружены осевыми силами, действующими в шлицевых соединениях при перемещениях штоков подвески в вертикальной плоскости и повороте их вокруг своей оси (угол у).

Рис. 76. Схема полуосевой карданной передачи: а — при совпадении оси наружного кардана и оси штока; б — при несовпадении этих осей; 1 — полуось главной передачи; 2 — внутренний кардан; 3 — карданный вал; 4 — наружный кардан; 5 — вал ведущей звездочки; 6 — ведущая звездочка 0\ — ось внутреннего кардана

В настоящее время в качестве полуосевых карданных передач применяют жесткие карданы неравных угловых скоростей с крестовинами на игольчатых подшипниках. Эти передачи заимствуют у обычных грузовых автомобилей без переделок (рис. 75) или с незначительными изменениями некоторых деталей, главным образом вилок кардана для обеспечения большого угла поворота (рис. 75,6). Обычно изменяют только вилки кардана, расположенного у ведущей звездочки цепной передачи, так как углы поворота карданов, установленных около главной передачи, не превышают допустимых для обычных стандартных карданов.

Для уменьшения угла поворота наружного кардана (в плане) его ось 0₂ (рис. 76) стремятся совместить с осью 0₃ вращения штока подвески, так как при смещении этих осей даже на небольшую величину с угол поворота наружного шарнира а увеличивается, причем в горизонтальной плоскости между полуосью 1 главной передачи и карданным валом 3 появляется угол (3, что нежелательно. В связи с тем, что положение ведущей звездочки определяется ведущим колесом и шириной автомобиля, расстояние А (рис. 77) деежду осью кардана и ведущей звездочкой всегда ограничено. Поэтому вал ведущей звездочки, как правило, изготовляют как одно целое с вилкой кардана, причем вилке цридают такие размеры и форму, которые позволяют кардану отклоняться на необходимый угол. Вторую вилку этого кардана также переделывают для обеспечения больших углов поворота.

Рис. 77. Верхняя полуосевая головка автомобиля Т-80: У — картер; 2 —крышка; 3 — эксцентриковый стакан; 4 — ведущая звездочка; 5 — регулировочная гайка с уплотнением; 6 — вал; 7 — гайка; 8 — подшипники: 9 — уплотнение; 10 — фиксаторная пластина; 11 — болт; 12 — пресс-масленка; 13 — шпилька; 14 — гайка

Во избежание поворота шарниров на максимальный угол, допустимый конструкцией полуосевых карданных передач, у всех автомобилей угол поворота ведущих колес ограничивают так, чтобы он был на 1—2° меньше максимального угла поворота наружного шарнира.

После переделки (обрезки трубы, доработки вилок и т. п.) полуосевые карданные передачи подвергают динамической балансировке. Но так как число оборотов их значительно меньше (450—500 оборотов в минуту), чем у передач обычных грузовых автомобилей, точность балансировки полуосевых карданных передач может быть снижена на 25—30% по сравнению -с точностью балансировки карданных передач обычных автомобилей.

Одним из основных требований, предъявляемых к карданным передачам, является синхронность передачи вращения и крутящего момента от ведущего вала к ведомому. Нарушение этого условия приводит к снижению к. п. д. передачи, вызывает значительные дополнительные динамические нагрузки и усиленный износ деталей трансмиссии. Снижение динамических

нагрузок, вызванных инерционным моментом, может быть достигнуто установкой вилок карданов в одной плоскости и соблюдением равенства углов между осью карданного вала и осями ведущего и ведомого валов. Однако при повороте автомобиля ведущий и ведомый валы оказываются в разных плоскостях, чем нарушается синхронность передачи вращения и крутящего момента. Как видно из графика (рис. 78), при одина-

1 — при полной нагрузке; 2 — при средней нагрузке; 3 — без нагрузки

ковом угле поворота колес у наименьшее относительное угловое смещение полуосевых карданных валов (р'—а) шах (где р' — угол поворота ведомого вала, а — угол поворота ведущего вала полуосевой карданной передачи) будет в том случае, когда все три вала полуосевой передачи будут расположены в одной плоскости, что в условиях эксплуатации встречается редко. Однако и в этом случае угловое смещение валов доста-

точно велико (±3°1Г). Зависимость значений (а—р') от угла поворота ведущих колес у при различных положениях ведущего и ведомого валов приведена »а рис. 79. Из рис. 79 видно, что с увеличением угла поворотд^колес смещение возрастает и находится в пределах, ограниченных кривыми 1—2. Кривая 1 соответствует положению, когда валы карданной передачи находятся в разных плоскостях, кривая 2 — в одной (горизонтальной) плоскости. Во втором случае угловое смещение имеет

Рис. 80. Зависимость степени неравномерности вращения полу-осавой карданной передачи и от угла поворота колес Y

наименьшую величину и передача работает как одинарная. Но даже в этом случае неравномерность вращения вала ведущей звездочки цепной передачи для средних нагрузок в зависимости от угла поворота колес достигает 25% (рис. 80). Неравномерность вращения вала

Колебания в передаче увеличиваются при наезде колеса на препятствие и когда число оборотов карданного вала становится кратным частоте собственных колебаний вала. Неравномерность вращения ведущей звездочки цепной передачи создает пульсирующую нагрузку на ведущие колеса автомобиля, которая еще больше усугубляется неравномерностью, обусловленной кинематикой цепного привода.

Однако при эксплуатации автомобиля не наблюдается ни самопроизвольного поворота рулевого колеса, ни вибрации. По-видимому, неравномерность вращения в данном случае компенсируется упругостью деталей трансмиссии и шин. Следует также иметь в виду, что крутые повороты, при которых возникают большие углы в шарнирах, автомобиль совершает при малых скоростях движения.

При использовании для привода закрытых бортовых передач обычных полуосей вместо полуосевых карданных передач снижаются динамические нагрузки в цепной передаче. Поэтому для привода ведущих колес закрытые цепные передачи целесообразно устанавливать только на автомобилях, предназначенных для работы на небольшой территории.

Для получения равномерного вращения ведущих звездочек цепных передач устанавливают полуосевые карданные передачи с синхронными карданами (Тракта, Вейса, Рцеппа и т. п.) или со сдвоенными карданами. Такие карданы уже используются в некоторых портальных автомобилях (например в автомобиле Валмет 3063-17-4,5). Применение этих карданов не снижает общего числа шарниров, в связи с тем, что невозможно избежать установки карданов на полуосях главной передачи. Однако синхронные карданы, или, как их иногда называют, карданы равных угловых скоростей, по сравнению с обычными карданами (неравных угловых скоростей) обладают большей сложностью и весом, что приводит к увеличению неподрессоренных масс.

Более перспективными для полуосевых карданных передач следует считать сдвоенные карданы. Сдвоенный кардан может работать при углах между валами до 40° и обладает более простой конструкцией по сравнению с другими типами карданов равных угловых скоростей. Сдвоенные карданы, так же как и синхронные карданы, должны применяться с обычными карданами. Вследствие небольшой длины и увеличенного диаметра валов полуосевые карданные передачи характеризуются большей жесткостью, чем полуоси обычных автомобилей. Полуосевые карданные передачи оказывают влияние на характеристику упругой подвески колес, так как перемещение полуосевых карданных валов в шлицевом соединении при одновременной передаче значительного по величине крутящего момента вызывает появление осевых сил, отрицательно влияющих на срок службы, прочность карданов и увеличивающих жесткость подвески. Величина осевых сил существенно зависит от смазки шлицевого соединения. Так, коэффициент трения при недостаточной смазке увеличивается до 0,40—0,45 (по сравнению с 0,04—0,06 при хорошей смазке/. При этом величина осевой силы достигает больших значений. Для уменьшения осевой силы в полуосевых карданных передачах портальных автомобилей

Основные данные полуосевых карданных передач портальных автомобилей

Примечание. В числителе приведены данные для правого карданного вала, в знаменателе — для левого.

целесообразно шлицевое соединение, принятое в обычных полуосевых карданных передачах, заменять специальным соединением, в котором между пазами и выступами установлены вертикально короткие ролики (диаметром около 4 мм), позволяющие трение скольжения заменить трением качения. Зависимость осевых усилий от крутящего момента при передаче его обычными и специальными шлицами приведена на рис. 81.

Данные, характеризующие полуосевые передачи, приведены в табл. 35.