Шарнирные соединения для автомобиля

Шарнирные соединения ходовой части автомобиля

В соединениях подрессоренных частей автомобиля с неподрессоренным ведущим мостом или с независимо подвешенными ведущими колесами требуется применение шарниров, которые позволили бы соединительным валам совершать колебательные движения. Чаще всего в таких случаях применяются металлические крестообразные шарниры (карданный шарнир) (рис. 1).

Рис. 1. Схема карданного шарнира

Если входной вал шарнирного соединения вращается с постоянной угловой скоростью ω_A, то при угле между обоими валами соединения угловая скорость выходного вала ω_В изменяется периодически от +15 до -15% при угле γ=30° (максимальный угол между двумя частями соединения). Эта неравномерность вращения ведет к повышенному износу шин и шарниров.

Это можно устранить применением сдвоенного шарнира (рис. 2).

Рис. 2. Применение сдвоенных карданных шарниров устраняет неравномерность вращения выходного вала

Если пальцы крайних шарниров карданного вала параллельны, а соединительный вал делит пополам угол между крайними валами, то неравномерность вращения, вызванная первым шарниром, компенсируется неравномерностью вращения второго шарнира. Сам карданный вал при этом вращается неравномерно, но входной и выходной валы вращаются уже равномерно. При этом не играет роли, в какую сторону направлен вал по отношению к входному; важно, чтобы углы между ними и соединительным валом были одинаковыми. Преимущества сдвоенного шарнира используются, например, в приводе управления колесами переднего моста (рис. 3).

Рис. 3. Сдвоенный карданный шарнир

Поскольку угловая скорость такого шарнирного соединения постоянна, такие соединения называются шарнирами равных угловых скоростей (гомокинетическими). Таких шарниров существует достаточно много видов. Особенно распространены шаровые шарниры равных угловых скоростей. На рис. 4 наглядно показана работа таких шарниров.

Рис. 4. Принцип работы шаровых шарниров равных угловых скоростей

Если соединить два вала коническими зубчатыми колесами (случай а), их окружная скорость при изменении угла между осями не изменяется. Если заменить (случай б) зубья шариками в сепараторе, который делит угол между обоими валами пополам, результат будет аналогичным. Эти свойства использованы в шарнире Рцеппа, на внутренней поверхности охватывающей части которого имеется несколько круговых канавок (случай в), а на наружной поверхности охватываемой части — столько же наружных канавок. Шарики находятся в сепараторе и катятся по канавкам; плоскость сепаратора делит угол между осями валов х и у пополам. В современных шаровых шарнирах допускается также осевое смещение валов, что позволяет упразднить шлицевое соединение, если необходимо обеспечить удлинение или укорочение валов. В шлицевом соединении возникает трение, которое является причиной потерь энергии и повышенного износа. Раньше для снижения этих потерь в шлицевые канавки вставлялись шарики.

Шаровой шарнир, позволяющий валам совершать осевые перемещения, изображен на рис. 5.

Рис. 5. Шаровой гомокинетический шарнир с осевым перемещением валов

Шарики находятся в сепараторе и катятся по винтовым канавкам, выполненным во внешней и внутренней частях шарнира. Такие шарнирные соединения применяются не только в переднеприводных автомобилях, но и при независимой подвеске колес. Там они обеспечивают компенсацию изменения длины полуоси при упругих колебаниях кузова и вращение полуоси с постоянной скоростью.

Шарнирные соединения являются наиболее слабым элементом трансмиссии, поэтому их количество стремятся ограничить до минимума. Если угол качания вала невелик, вместо металлического шарнира может быть использован шарнир с упругими резиновыми элементами. Такие шарниры установлены, например, на автомобилях Фиат 850 и Фиат 125 (рис. 6).

Рис. 6. Шарнирное соединение с резиновыми вставками автомобилей Фиат 850 и Фиат 125

На грузовых автомобилях Татра шарниры отсутствуют и при колебании автомобиля на подвеске ведомая шестерня главной передачи движется непосредственно по ведущей шестерне, как показано на рис. 7.

Рис. 7. Качающиеся полуоси и тарельчатые колеса грузового автомобиля Татра

Каждая полуось оснащена собственной тарельчатой шестерней, а торцовый дифференциал распределяет крутящий момент на обе ведущие шестерни.

—>

—>

Поделитесь этой страницей в соц. сетях или добавьте в закладки:

Другие материалы по теме на сайте:
Устройство пневматической подвески автомобиля. Пневматические упругие элементы	Гидропневматическая подвеска автомобиля. Гидропневматические упругие элементы
Пневматическая подвеска автомобиля. Амортизаторы	Резиновые элементы подвески
Зависимая подвеска автомобиля — устройство и работа. Галопирование	Гасители колебаний подвески автомобиля: фрикционные, гидравлические, инерционные

Главная
Новые материалы на сайте.

Автосамоделки
Самодельные автомобили, прицепы, дачи, вездеходы, тюнинг авто.

Мотосамоделки
Самодельные мотоциклы, мопеды, скутеры, снегоходы.

Автосервис
Ремонт и обслуживание автомототехники. Советы по ремонту автомобиля.

Гараж
Гаражное оборудование, обустройство гаража.

Разное, советы автомобилистам
Советы бывалых и опытных автолюбителей.

Источник статьи: http://avtomotoklyb.ru/sharnirnye-soedineniia-hodovoi-chasti-avtomobilia.html

Шарниры. Виды и применение. Принцип работы и особенности

Шарниры – подвижные соединения двух или более деталей, обеспечивающие выполнение ими вращательного движения относительно друг к другу. Являются узлом различных механизмов и простых конструкций, к примеру, дверных петель, карданной передачи автомобиля и т.д. Соединение, состоящее из последовательно скрепленных нескольких шарниров, называется кинематической цепью.

Что такое шарнир

Шарниры являются неотъемлемой конструктивной частью механизмов, предусматривающих возможность вращения одной детали относительно оси или точки второй. Это движение возможно в одном или нескольких направлениях, что зависит от типа крепления. Механика такого соединения используется не только при производстве сложных механизмов. Она заложена в устройстве скелета любого высшего существа. Суставы локтя, кисти, колена работают по принципу шарнира. Скорей всего, именно анатомия послужила источником идей для разработки более сложных механизмов шарниров. Последние используются сейчас в разных направлениях, таких как автомобилестроение, производство промышленного оборудования, дверных петель и т.д.

Наличие шарнира в конструкции позволяет элементам соединенной пары перемещаться без изгибов, деформации или других конструктивных изменений. При этом сложность такого механизма напрямую влияет на ряд важных параметров:

• Уровень его сопротивления вращению.
• Шумность работы.
• Сила нагрева от трения.
• Принципа подачи смазки.

Уход за шарнирами

Шарнирный узел поддается сильному механическому трению. Для снижения износа соединенной пары требуется обеспечение ее смазки. В зависимости от сложности системы она подается вручную или автоматически. В упрощенных шарнирах, типа дверных петель, используется жидкое масло, которое достаточно нанести раз в несколько лет. Оно заполняет зазор между трущимися деталями и не стекает за счет гигроскопичности. У более сложных шарниров для снижения трения предусматриваются подшипники, покрываемые густыми смазками. Смазка наносится на их обойму с шариками или роликами. Устройства с этим типом обслуживания более тихие, долговечные, и меньше подвержены трению. Высокооборотистые машины предусматривают принудительную автоматическую подачу масла для смазки. Их трущиеся детали могут находиться в масляной ванне или подача масла выполняется путем принудительного нагнетания с обмыванием контактной пары.

Для обеспечения тихой стабильной работы шарнирного механизма требуется выполнение его периодического обслуживания согласно техническим рекомендациям. Это сопровождается помимо добавления или замены смазочных материалов, также установкой новых защитных кожухов и пыльников, если они предусмотрены конструктивно. Данные составляющие препятствуют попаданию между трущейся парой пыли, грязи или прочих абразивных частиц. Они предотвращают насыщению смазки стирающим абразивом, ускоряющим износ. Защитные элементы изготавливаются из резины, поэтому подвержены эффекту старения, особенно при контакте с солнечным светом и смазочными материалами. Как следствие они склонны к растрескиванию. В связи с этим периодически выполняется их замена.

Какие шарниры бывают

Современные механизмы состоят из разных типов шарниров. Наиболее распространенными среди них являются следующие конструкции:

• Цилиндрическая.
• Шаровая.
• Шарнирная головка.
• Карданная.
• ШРУС.

Цилиндрическая

Это очень простой тип шарнира. В нем предусматривается вращение двух элементов вокруг общей оси. Примером такой конструкции выступают дверные петли. Данный механизм представляет собой 2 полых цилиндра, в которых внутри находится общий штырь, выступающий осью вращения.

Они оборачиваются вокруг него. Это очень простая конструкция, для изготовления которой достаточно применения только токарного станка. Прочие шарниры требуют сложного литья и большего количества металла, вследствие чего более дорогие.

Шаровая

Это также достаточно простая конструкция. Она представляет собой палец, заканчивающийся шаром. Тот помещается внутрь полости корпуса, имеющей сферическую форму. Палец с шаром в корпусе сохраняет возможность двигаться вокруг своей оси, а также менять угол уклона. То есть, механизм рассчитан на движение вокруг одной точки, а не оси, как в случае с цилиндрической конструкцией. Это очень распространенная шарнирная схема, применяемая в различных механизмах автомобиля, к примеру, элементах рулевого управления. Особенность шаровой опоры в том, что на нее можно прикладывать большое давление. Шар при этом за счет своей массивности отличается достаточно большой стойкостью к износу, интенсивность которого зависит от способа подачи смазки и ее характеристик.

Аналогичным образом работает фаркоп для подсоединения автоприцепа. В этом случае он сам выполняет функцию шаровой опоры, а ответная часть прицепа работает как корпус. Это крепление позволяет выполнять повороты при движении. При этом шаровый фаркоп компенсирует и отклонения по вертикальному углу.

Опора винт для мебели также работает по принципу шарового шарнира. За счет этого она может подстраиваться под любую плоскость пола, действуя в качестве автоматически регулируемой ножки. Использование устройства этого типа гарантирует максимальную устойчивость мебели, и правильное распределение от нее давления на пол. Подобную конструкцию можно увидеть и на прижиме многих винтовых струбцин, специализированных домкратов.

Шарнирная головка

Это достаточно распространенные шарниры, используемые в различных узлах автомобилей, а также сельскохозяйственной технике, в частности для выполнения крепления подвесного оборудования. Она представляет собой полый корпус со сквозным отверстием, внутрь которого вставляется просверленный шар. Крепление шарнира с другими механизмами выполняется за счет установки пальца в шар. Тот позволяет компенсировать изменение угла за счет вращения последнего в любом направлении.

Этот узел подвергается трению с прикладыванием большого давления, так как устанавливается на силовые тяги. В связи с этим он имеет более сложную систему смазки, чем прочие шарниры. Устройство оснащается пресс-масленкой, позволяющей заливать масло прямо между корпусом и шаром. За счет этого уровень трения и шум при поворотах головки снижаются.

Карданный

Это шарнир, состоящий из крестовины, стороны которой соединены с парой вилок. Каждая из них имеет продолжение в виде валов – ведущего и ведомого. Такую конструкцию можно встретить в автомобилях на карданном валу, передающем крутящий момент от коробки передач на задний мост.

Карданный шарнир позволяет передать крутящий момент с соединенным валом под углом. Он применяется там, где прямое соединение валом невозможно. Это несложный механизм, но все же имеющий свои недостатки. Чем больше угол создаваемый между валами, тем неравномернее вращение ведомого вала. Это вызвано применением крестовины. Даже если ведущий будет оборачиваться плавно с одной скоростью, то ведомый будет его опережать, а затем отставать в разные промежутки времени. Такая неравномерность вызывает ускоренный износ последующих механизмов, так как те по сути начинают работать рывками.

Технический недостаток обычного карданного шарнира устраняется использованием двух крестовин. В таком случае вторая компенсирует ускорение первой, затем первая перекроет отклонение скорости второй. Таким образом, непосредственно на последующие механизмы передаются плавные обороты.

ШРУС

Это также очень распространенный вид шарниров, применяемый в тех случаях, когда необходима передача крутящего момента на подвижный механизм, к примеру, ведущие передние колеса автомобиля. ШРУС – это аббревиатура, расшифровываемая как «шарниры равных угловых скоростей». Устройства этого типа имеют несколько популярных конструкций, среди которых самыми распространенными являются шариковый и трипод.

Шариковый шарнир представляет собой корпус в виде кольца, внутри которого размещается обойма. Между ними закладываются стальные шарики, аналогичные что и в подшипниках, удерживаемые сепаратором. Корпус ШРУС соединяется с одним валом, второй стыкуется со вторым посредством штифтов. При изменении угла относительно друг друга, внутри узла происходит перекатывание шариков, и перенастройка крепления.

Трипод состоит из трех роликов, размещенных в массивной стальной чаше корпусе. К последнему присоединен один вал, а к самому шарниру с опорными роликами по бокам второй. За счет этого при вращении ведущего вала оборачивается и ведомый. При этом в случае изменения угла между ними произойдет смещение благодаря роликам, выступающими тремя точками опоры. Это позволит передавать крутящий момент при любом положении скрепляемых механизмов относительно друг к другу.

Источник статьи: http://tehpribory.ru/glavnaia/oborudovanie/sharniry.html