 |
| mobilkomania |
 Wysłany: Pią 14:19, 30 Mar 2007 Temat postu: Układ napędowy PRZEGUBY |
|
- W klasycznych układach napędowych będących domeną przede wszystkim samochodów ciężarowych i autobusów, choć również części samochodów osobowych, za skrzynią biegów zawsze znajduje się wał napędowy, który przenosi moment obrotowy do oddalonego na różną odległość mostu napędowego, w którym musi on przejść jeszcze przez przekładnię główną i mechanizm różnicowy. Dostarczenie go do kół jezdnych możliwe jest dzięki zastosowaniu półosi napędowych.
- W zblokowanych układach napędowych stosowanych obecnie powszechnie w samochodach osobowych rzecz ma się nieco inaczej. Elementy mostu napędowego, a więc przekładnia główna i mechanizm różnicowy zintegrowane są ze skrzynią biegów we wspólnym korpusie. Moment obrotowy dociera do kół jezdnych wyłącznie za pomocą półosi napędowych.
W obu przypadkach należy zwrócić uwagę na fakt, iż zespół napędowy zamocowany jest elastycznie do masy resorowanej (rama pojazdu lub nadwozie samonośne), a koła jezdne należą do masy nieresorowanej. Charakterystyka drgań obu tych mas jest całkowicie odmienna. Masa resorowana wykonuje drgania o małej częstotliwości i dużej amplitudzie. Masa nieresorowana wykonuje drgania o dużej częstotliwości i małej amplitudzie. Wynikają z tego ciągłe i nieregularne przemieszczenia obu mas. Nie można zatem połączyć ich sztywnym wałem napędowym lub sztywnymi półosiami napędowymi. Konieczne jest zastosowanie odpowiedniej konstrukcji przegubów.
Istnieją różne konstrukcje przegubów, które ze względu na ich własności kinematyczne można podzielić na dwie podstawowe grupy:
- Proste albo nierównobieżne, asynchroniczne - zalicza się do nich przede wszystkim przeguby krzyżakowe (Kardana) i elastyczne;
- Równobieżne albo synchroniczne, homokinetyczne - zalicza się do nich m.in. przeguby Weissa, Rzeppa, Birfielda, trójramienne, zawiasowe.
Przegub asynchroniczny to taki, w którym przy założonej stałej prędkości kątowej wału na wejściu przegubu, po załamaniu momentu obrotowego wał wyjściowy wykazuje zmienną sinusoidalnie prędkość kątową. Oznacza to, że wał wyjściowy ciągle zwalnia i przyspiesza, a zmiana chwilowej prędkości obrotowej następuje co 90 stopni. Doprowadzenie do ponownej stałej prędkości kątowej wału jest możliwe przy zachowaniu określonych warunków.
Przegub synchroniczny to taki, w którym przy założonej stałej prędkości kątowej wału na wejściu przegubu, po załamaniu momentu obrotowego wał wyjściowy będzie w dalszym ciągu obracał się ze stałą prędkością kątową. Jest to możliwe oczywiście po spełnieniu określonych warunków.
Klasyczne układy napędowe, w których występują wały napędowe z przegubami asynchronicznymi stosuje się przede wszystkim w samochodach ciężarowych, autobusach oraz niektórych samochodach osobowych z klasycznym układem napędowym, a także w pojazdach z napędem na więcej niż jedną oś niezależnie od rodzaju zastosowanego układu napędowego.
W wałach napędowych stosuje się, w odróżnieniu od półosi napędowych, przeguby asynchroniczne. Wynika to ze stosunkowo niewielkich kątów załamania poszczególnych części wału oraz z faktu ich załamania w jednej płaszczyźnie.
Wał napędowy jest zatem urządzeniem służącym do przeniesienia momentu obrotowego na pewną odległość do kolejnych, oddalonych od siebie zespołów układu napędowego. W zależności od konstrukcji i przeznaczenia pojazdu stosuje się w nim jeden, dwa lub więcej wały napędowe. Istotna jest również odległość zespołów układu napędowego, która wymusza stosowanie wału pojedynczego lub dzielonego, zaopatrzonego w większą ilość przegubów i odpowiednio podpartego.
Przykładowe wały napędowe:
We współczesnych pojazdach samochodowych wał napędowy musi spełniać wiele wymagań, wśród których najważniejsze to:
- Zdolność do przenoszenia określonego momentu obrotowego;
- Odporność na szybkie zmiany obciążenia;
- Zdolność kompensacji długości;
- Zachowanie odpowiedniej trwałości węzłów łożyskowych oraz ogólnej trwałości i niezawodności;
- Zachowanie jak najniższego masowego momentu bezwładności oraz niewyrównoważenia;
- Zdolność do cichobieżnej pracy;
- Bezobsługowość i łatwość naprawy lub wymiany;
Poszczególne zespoły układu napędowego zawieszone są elastycznie i podczas pracy mechanizmów mogą zmieniać swoje położenie względem siebie (rys):
Most napędowy przemieszcza się po płaszczyźnie pionowej [P], co wynika z zamocowania go poprzez elementy zawieszenia. Punkt [B] zamocowania wału napędowego wykazuje ruch obrotowy wokół punktu zamocowania [A] na długości [L]. Oznacza to sprzeczność ruchu punktu [B] dla wału (ruch po okręgu) względem mostu napędowego (ruch po prostej [P]). Ponadto względne położenie punktów [A] i [B] w płaszczyźnie poziomej również ulega ciągłym zmianom. Nie można więc sztywno połączyć wału wyjściowego skrzyni biegów z wałem wejściowym mostu napędowego. Aby te niedogodności zniwelować, wały napędowe wyposaża się w przeguby, umożliwiające pracę przy zmiennym kącie załamania osi wałów napędzającego i napędzanego oraz dzieli się je na dwie połączone wielowypustem części, co kompensuje zmiany odległości punktów [A] i [B]
W układach napędowych samochodów przeniesienie napędu z wałka wyjściowego skrzyni biegów do kół jezdnych odbywa się za pomocą wałów napędowych, półosi napędowych i przegubów umożliwiających załamywanie przebiegu momentu obrotowego. W półosiach napędowych napędzanych kół jezdnych stosuje się przeguby równobieżne zwane synchronicznymi albo homokinetycznymi.
W samochodach terenowych i ciężarowych przystosowanych do poruszania się w ciężkim terenie, a posiadających sztywny przedni most napędowy zastosowanie mają przeguby równobieżne Weissa, krzyżakowe i dwukrzyżakowe Kardana. I te rozwiązania postaram sie opisać.
Przegub kulowy Weissa
Cztery kule przenoszące moment obrotowy toczą się w odpowiednio ukształtowanych prowadnicach wykonanych w widełkach części napędzającej i napędzanej przegubu. Prowadnice ukształtowane są w ten sposób, że przy względnym przesunięciu widełek kule ustawiają się tak, że płaszczyzna homokinetyczna spełnia warunek równobieżności przegubu. Dzięki temu prędkość kątowa wału napędzanego jest zawsze niezmienna. Piąta kula z dodatkowym otworem służy do środkowania widełek. Ustala się ją w określonym położeniu za pomocą kołka wsuniętego jednym końcem w kanał widełek, a drugim w otwór kulki. Kołek ten jest zabezpieczony dodatkowym kołeczkiem prostopadłym do osi wałów. Dzięki piątej kuli osie symetrii wałów niezależnie od kąta ich załamania przecinają się w jednym punkcie leżącym na płaszczyźnie homokinetycznej.
Przegub Weissa pracuje prawidłowo przy kącie załamania nie przekraczającym 35°, nie realizuje ponadto kompensacji wzdłużnej półosi napędowej. Jego rzeczywisty wygląd wraz z obsadą łożysk mocowaną w zwrotnicy przedstawia rysunek:
Przeguby krzyżakowe
Przeguby krzyżakowe jako asynchroniczne wykazują znaczną nierównomierność prędkości kątowej, stąd zastosowanie ich do napędu w mostach napędowych kół kierowanych jest ograniczone. Na poniższym rysunku przedstawiony został sztywny most napędowy ze zwrotnicą, napędzany pojedynczym przegubem krzyżakowym:
Należy zwrócić uwagę na wzajemne usytuowanie przegubu i osi sworznia zwrotnicy. Oś symetrii sworznia zwrotnicy przebiega przez środek przegubu. Zapewnia to obrót elementów wirujących (półosi wejściowej i wyjściowej) zawsze dookoła swojej osi symetrii niezależnie od kąta skrętu zwrotnicy. Rozwiązanie takie nie zapewnia jednak równobieżności napędzanego koła jezdnego przy pokonywaniu zakrętów. Nierównomierności charakterystyki pojedynczego przegubu krzyżakowego można uniknąć stosując bądź przeguby kulowe omówione wyżej, albo stosując przegub dwukrzyżakowy. Poniżej jest przedstawione takie rozwiązanie zastosowane w polskim samochodzie terenowym Honker:
Tutaj oś symetrii sworznia zwrotnicy przebiega przez środek podwójnych widełek przegubu. Sama konstrukcja przegubu dwukrzyżakowego zapewnia w mostach napędowych kół kierowanych. uzyskanie równobieżności półosi napędowej załamywanej w jednej płaszczyźnie, a więc taki przegub doskonale nadaje się do pracy w sztywnych kierowanych mostach napędowych.
Zastosowany w wale napędowym przegub krzyżakowy jest przegubem prostym, ponieważ prędkość kątowa wału napędzanego (za przegubem) zmienia się mimo stałej prędkości kątowej wału napędzającego (przed przegubem). Prędkość ta zmienia się sinusoidalnie w stosunku do wału napędzającego, a amplituda tych zmian rośnie wraz ze zwiększaniem się kąta odchylenia osi wałów.
Przykładowo:
przy kącie odchylenia γ=10º zmiany prędkości kątowej wejście/wyjście wynoszą ±3 %
przy kącie odchylenia γ=15º zmiany prędkości kątowej wejście/wyjście wynoszą ±6,9 %
Z tych względów przyjmuje się, że maksymalne odchylenie wałów za pomocą przegubu krzyżakowego nie powinno przekraczać 24º. Aby zmiany prędkości kątowej wywołane pracą przegubu krzyżakowego nie przenosiły się na inne zespoły, wały napędowe wyposaża się w dwa przeguby na obu ich końcach, przy czym widełki przegubów ustawia się w taki sposób, by zmiany prędkości wywołane pracą jednego przegubu były kompensowane przez drugi przegub. Stąd muszą być zachowane następujące zasady równobieżności:
widełki obu przegubów związane z wałem pośrednim muszą leżeć w jednej płaszczyźnie - uwaga na prawidłowe złożenie połączenia wielowypustowego!;
Kąty załamania γ obydwu przegubów muszą być równe;
Wały: wejściowy, pośredni i wyjściowy powinny leżeć możliwie najdokładniej na jednej płaszczyźnie pionowej w obrysie podłużnym samochodu;
Przy zachowaniu tych warunków wał pośredni obraca się ze zmienną prędkością kątową, ale wały napędzający (przed pierwszym przegubem) i napędzany (za drugim przegubem) posiadają taką samą (z założenia stałą) prędkość kątową.
Typowy przegub krzyżakowy przedstawiono na rysunku:
Składa się on z widełek [1] będących jednocześnie kołnierzem mocowania wału, widełek [6] przyspawanych do rury wału i ustawionych względem [1] prostopadle oraz krzyżaka [3]. Na czopach krzyżaka osadzone są złożenia igiełkowe [4] w postaci tulejek łożyska igiełkowego [5], samych igiełek oraz uszczelniacza, osadzonych w gniazdach widełek i zabezpieczonych pierścieniami osadczymi [2] w rowkach [7].
Aby ułatwić wymianę uszkodzonego krzyżaka, stosuje się rozwiązania, w których widełki przegubu są otwarte, a położenie krzyżaka jest ustalane za pomocą przykręcanych obejm. Nawiasem mówiąc rozwiązanie to opracowane kilkadziesiąt lat temu wraca do łask z uwagi na niewielką pracochłonność operacji wymiany krzyżaka. Ustawiczne dążenie producentów pojazdów do wydłużenia przebiegów międzyobsługowych i międzynaprawczych doprowadziło do opracowania wałów napędowych, które nie wymagają okresowego uzupełniania smaru w przegubach. Taki przegub ma przykręcany krzyżak wykonany szczelnie wraz z łożyskowaniem, wypełnionym smarem w procesie produkcji. Okres eksploatacji przewiduje się tutaj na co najmniej 500 tys. km., a wynika to między innymi z możliwości zastosowania igiełek o większej średnicy i uzyskaniu dokładniejszych tolerancji wymiarowych. Rozwiązania te pokazuje poniższy rysunek:
Do grupy asynchronicznych przegubów stosowanych w układach napędowych zalicza się również przeguby elastyczne. Z uwagi jednak na zdolność przenoszenia stosunkowo małego momentu obrotowego przy maksymalnym kącie załamania wałów wynoszącym ±5º zastosowanie ich ogranicza się tylko do samochodów osobowych.
Źródło: http://www.zss.pl/ |
|
|
|
|
|