Hnací hřídel a hnací hřídel (automobil)

hnací vedení, diferenciál a pohon silničních kol

hnací hřídel spojuje převodovku s koncovými hnacími koly vozidla pomocí univerzálního kloubu a slouží jako hnací hřídel. Univerzální kloub umožňuje přenos pohonu přes variabilní úhel. Pohonný systém je uspořádání pro přenos hnacího tahu z silničních kol na karoserii vozidla. Konečným pohonem je přenosová soustava mezi hřídelí vrtule a diferenciálem. Diferenciální mechanismus je zabudován do středové části konečného pohonu. To umožňuje, aby se kola otáčela různými rychlostmi, aniž by zasahovala do pohonu vozidla při zatáčení. V případě pohonu zadních kol je zadní náprava “živá”, která kromě podpory hmotnosti vozidla obsahuje mechanismus převodovky a hřídele pro pohon silničních kol. Kapitola pojednává o všech těchto subsystémech pro systém pohonu zadních kol. Také stručně představuje pohon předních kol a systémy pohonu všech kol.
26.1.

hřídel vrtule a hnací hřídel

hřídel vrtule, někdy nazývaný kardenový hřídel, přenáší energii z převodovky na zadní nápravu. Obvykle má hřídel trubkový průřez a je vyroben v jednodílné nebo dvoudílné konstrukci. Dvoudílné uspořádání je ve středu podepřeno gumovým ložiskem. Hřídele s krátkým pohonem jsou zabudovány pro přenos energie z konečné sestavy pohonu na silniční kola v uspořádání pohonu předních i zadních kol.
26.1.1.

hřídele vrtule

tento hřídel musí být silný, aby odolával kroucení točivého momentu a měl by být odolný, aby absorboval torzní rázy. Musí odolat přirozené tendenci prohýbat se pod vlastní hmotností, protože vibrace nastávají, když se těžiště neshoduje s osou hřídele.
hřídel vrtule s trubkovým průřezem se obvykle používá, protože má (i) nízkou hmotnost, (ii) poskytuje velkou odolnost proti vychýlení, zejména prověšení, (Hi) má dobrou torzní pevnost a (iv) poskytuje nízký odpor (nízká setrvačnost) změnám úhlové rychlosti, které vznikají, když se k pohonu hřídele používá spojka typu hookes. Vzhledem k tomu, že hřídel vrtule se často otáčí vysokou rychlostí, konkrétně během používání rychlostního stupně, musí být vyroben, a opravit, splnění konstrukčních specifikací a mezí dobré rovnováhy.
i po dokonalém statickém vyrovnání se hřídel prohýbá (tj. tvoří luk) ve středu kvůli své vlastní hmotnosti. Když se toto prohnutí stane nadměrným, otáčení hřídele způsobí, že se luk zvýší v důsledku odstředivého účinku. Tato deformace nebo bič hřídele vytváří vibrace, které se stávají silnými, když se blíží rychlosti víření. Kritická rychlost, při které k tomuto stavu dochází, závisí na dvou životně důležitých rozměrech, tj.
vzhledem k tomu, že hnací hřídele silničních vozidel jsou dostatečně dlouhé a pracují obecně vysokou rychlostí, může při určité kritické rychlosti dojít k víření. To vytváří ohybová napětí v materiálu, která jsou vyšší než střihová napětí způsobená přenášeným točivým momentem. Zatímco kritická rychlost se zvyšuje s poklesem hmotnosti hřídele, moment setrvačnosti úseku se zvyšuje. Tendence k víření hřídele vrtule by měla být snížena, a proto by měla být trubková a měla by být dokonale vyvážená.
kritická rychlost hřídele vrtule se mění přímo jako průměr trubky a nepřímo jako čtverec délky. Proto se volí průměry co největší a délky co nejkratší, aby se udržela kritická rychlostní frekvence hřídele nad rozsahem rychlosti jízdy. Hřídele vrtule o délce 1,5 m mezi univerzálními klouby způsobují problémy s nevyvážeností. Délky hřídele jsou minimalizovány použitím dlouhého prodlužovacího pouzdra převodovky a středového univerzálního spoje s dvoudílnými vrtulovými hřídeli. Při použití je středový univerzální kloub podepřen středovým opěrným ložiskem, které je izolováno od podvozku vozidla. Trubka hřídele vrtule je obvykle válcována z plochého plechu, narovnáno uvnitř 0.25 mm, run-out a vyvážený do 0.00018 kg-m. To udržuje středovou hmotnost téměř na středu podélné osy, aby se minimalizovalo víření. Kritická rychlost je dána,

hřídele vrtule jsou navrženy tak, že vypočtená kritická rychlost je asi o 60 procent vyšší než otáčky motoru při maximálním výkonu. Hřídele vrtule mohou být také navrženy pro daný točivý moment, což je točivý moment potřebný k jejich namáhání na elastický limit.

mnoho vozidel s pohonem zadních a čtyř kol vyžaduje dlouhý hnací hřídel pro rozpětí mezi převodovkou a konečným pohonem. V těchto situacích je hnací vedení normálně rozděleno a ložisko je namontováno tak, aby podpíralo hřídel v místě dělení (obr. 26.1). Toto ložisko je namontováno v gumě, aby absorbovalo jakékoli vibrace, které by se jinak přenášely na tělo.
přestože je pohyb nápravy omezen na zadní hřídel a jsou namontovány Univerzální klouby, aby se tento pohyb přizpůsobil, jsou na přední hřídeli zapotřebí další klouby, aby se umožnilo mírné ohnutí karoserie vozidla. Je prakticky nemožné udržovat správné úhly pohonu spojek typu hooke namontovaných na dvoudílném uspořádání hřídele, takže jeden nebo více kloubů CV se používá v mnoha uspořádáních.
kompozitní hřídel vrtule znázorněný na obr. 26.2 je alternativou k rozdělenému uspořádání. Trubková hřídel je vyrobena z epoxidové pryskyřice, která je zpevněna skelnými a uhlíkovými vlákny, a je spojena s ocelovým čepem pro připojení k univerzálním spojům. Výhody kompozitního hřídele oproti konvenčnímu uspořádání dvoudílného ocelového hřídele jsou:
(i) snížení hmotnosti asi o 50 procent.
(ii) vysoká vnitřní absorpce nárazů.
(Hi) dobrý hluk, vibrace, tvrdost (NVH) výkon. iv) Výjimečná odolnost proti korozi.
příklad 26.1. Automobilový motor vyvíjí maximální točivý moment 162 Nm. Nízký převodový poměr převodovky je 2,75, zatímco poměr zadní nápravy je 4,25. Efektivní poloměr kola je 0,325 m a koeficient tření mezi pneumatikou a povrchem vozovky je 0,6. Je-li přípustné
smykové napětí 32373 x 104 Pa, určete maximální průměr hřídele za předpokladu, že zatížení je téměř torzní. Jaké je maximální zatížení na každém kole ?
řešení.
celkový převodový poměr = 2,75 x 4,25

obr. 26.1. Vlastnosti hřídele vrtule. A. hřídele vrtule. B. pohyb zadní nápravy.

příklad 26.2. Motor vyvíjí 29,5 kWat 2000 ot / min, když je točivý moment maximální. Spodní převodový poměr je 3: 1 a redukce zadní nápravy je 4,5: 1. Zatížení každé hnací nápravy je 7357,5 N, když je vozidlo plně naloženo. Průměr silničního kola nad pneumatikami, je 0.71 m a koeficient adheze mezi pneumatikou a tyčí je 0,6. Pokud přípustné napětí v materiálu hřídele
nesmí překročit 22072,5 x 104 Pa, najděte Průměr hřídele nápravy.

řešení.


oba dohromady vytvářejí maximální napětí ve středu, což je ve srovnání s konstrukčním stresem příliš menší. Intenzita smykového napětí v důsledku kroucení je opět nejvyšší na povrchu a nula ve středu nápravy. Hřídel je tedy v přímém střihu zcela bezpečná.
průměr nápravy-35,3 mm.Ans.
26.1.2.

Hnací hřídele

tyto hřídele mají poměrně krátkou délku a tam, kde je prostor omezením, jsou vyrobeny pevné, aby poskytovaly vůli pro pohyb suspenze, a jinak se často používá lehký trubkový úsek. Krátká vzdálenost mezi silničním kolem a konečným pouzdrem pohonu v kombinaci s velkým pohybem silničních kol v důsledku vychýlení zavěšení způsobuje maximální úhel pohonu univerzálních kloubů a velkou změnu délky hřídele. Kloub CV na každém konci hnacího hřídele splňuje požadavek na úhel a kloub CV s ponorem pojme změnu délky. Vozidla s pohonem zadních kol, která mají nezávislé zavěšení zadních kol, potřebují hnací hřídel pro připojení silničního kola k pevné konečné hnací sestavě. U těchto vozidel je obvykle na každém konci hnacího hřídele zabudován kloub CV s ponorným typem.
26.1.3.

vibrace vrtulového hřídele

malé osobní a krátké dodávky a nákladní automobily obsahují jediný hnací hřídel s kluzným kloubem na předním konci bez nežádoucích vibrací. Vozidla s delším rozvorem vyžadují delší hřídel vrtule, která má tendenci se za určitých provozních podmínek prohýbat a vířit(obr. 26.3). V důsledku toho jsou v těle vozidla nastaveny rezonanční vibrace, takže tělo vibruje při víření hřídele.
hlavní faktory odpovědné za rezonanční frekvenci hřídele vrtule způsobující vibrace mohou být seskupeny takto :
(i) faktory související s hřídelí vrtule jsou (a) průměr a délka hřídele,
(6) vyvážení sestaveného hřídele a kloubů a (c)odpor hřídele v ohybu.

Obr. 26.3. Jednoduchá jednodílná hřídel vrtule s jedním kluzným kloubem a dvěma univerzálními klouby.
(ii) faktory související s karoserií vozidla jsou
(a)typ a tvar konstrukcí karoserie, výztuž
box-profily atd., (6) umístění součástí uvnitř konstrukce karoserie,
a
(c) vlastnosti vibračního upínání hnacího vedení poskytované držáky motoru a převodovky, izolací panelu pružinových pouzder atd.
rotující hřídel se otáčí, je-li těžiště hmoty hřídele excentrické, díky čemuž má odstředivá síla tendenci sklonit hřídel tak, že obíhá kolem podélné osy hřídele. Excentrické vychýlení hřídele se zvyšuje s nárůstem rychlosti v důsledku toho se také zvyšuje odstředivá síla. Účinek je proto kumulativní a progresivní, dokud se víření nestane kritickým a nezpůsobí násilné vibrace.
činitel odpovědný za posun těžiště vodorovně neseného kruhového hřídele mezi ložisky na jednu stranu středové osy je následující.
(a) prohnutí hřídele mezi středy.
(b) nerovnoměrná tloušťka stěny kolem okolností trubkového bezešvého taženého vrtulového hřídele.
(c) množství svarového kovu nemusí být rovnocenné hmotnosti na opačné straně trubkového hřídele, svinutého z plochého plechu.
(d) excentricita hřídele k ose otáčení způsobená, je-li trubkový hřídel nucen k univerzálním kloubovým vybráním pahýlu-hřídele, které byly otočeny mezi volnými středy.
(e) jsou-li kloubové třmeny a ramena čepu sestaveny velmi mírně na jednu stranu, jsou-li univerzální spoje namontovány na koncích hřídele, které jsou pak uloženy na ložiscích.
(/) pokud vůle mezi drážkami samčího a samičího drážkování umožňuje, aby se hřídel v omezené míře přemísťovala, je-li na jednom konci hřídele použita spojka s kluzným kloubem.
kritická rychlost víření hřídele je nepřímo úměrná čtverci délky hřídele. Například pokud je hřídel s kritickou rychlostí víření 6000 ot / min zdvojnásobena na délku, kritická rychlost víření nového hřídele se sníží na 1500 ot / min, což je čtvrtina této hodnoty. Na druhé straně snížením délky hřídele na polovinu se kritická rychlost zvyšuje na čtyřnásobek, tj. Tím pádem, snížení délky na polovinu staví kritickou rychlost výrazně nad maximální otáčky hřídele vrtule pro vozidlo.
obecně se tuhost hřídele vrtule zvyšuje prodloužením buď zadního konce hlavního hřídele převodovky a skříně (obr. 26.4 A) nebo hřídel pastorku s koncovým pohonem a pouzdro (obr. 26, 4 B). První přístup je společný pro středně velké automobily, a později byl s určitým úspěchem použit na větších autech s odpružením zadní vinuté pružiny s vlečnými rameny a stabilizátory táhel. Na konci hřídele vrtule převodovky je obvykle instalován kluzný kloub, který umožňuje hřídeli vrtule automaticky nastavit jeho délku podle změn vychýlení zavěšení.
dalším způsobem řešení problému vibrací je zvětšení průměru hřídele, ale to zvyšuje jeho pevnost nad rámec požadavků na přenášení točivého momentu. Také to zvyšuje jeho setrvačnost, což je proti zrychlení a zpomalení vozidla. Často přijímaným řešením je použití dělených vrtulových hřídelí nesených mezilehlými nebo středovými ložisky. Tento přístup byl v minulosti také použit u velkých automobilů ke snížení pohonu převodovky (A) z přední převodovky na zadní nápravu. V důsledku toho se sníží výška podlahového tunelu a zabrání se nevýhodám silnější hřídele. “Pokud se toto uspořádání používá na užitkových vozidlech, velké offsety ® mezi středovými liniemi převodovky a pastorkem s koncovým pohonem, středové vedení může být zajištěno ve dvou nebo třech stupních.
souprava.
26.1.4.

dělené vrtulové hřídele a jejich Podpěra

dvoudílné hnací vedení se dvěma hřídeli a mezilehlým nosným ložiskem (obr. 26.5) se obvykle používají u nákladních vozidel s rozvory od 3,4 do 4,8 m. dvoudílný vrtulový hřídel používá tři Univerzální klouby. Primární hřídel vrtule je typu sestavy pevných spojů a trubek a sekundární hřídel vrtule obsahuje kluzný kloub na konci nosného ložiska, který se stará o jakékoli Prodloužení v důsledku pohybu zavěšení. Obecně je primární hřídel v souladu s osou hlavního hřídele převodovky, ale sekundární hřídel je mírně nakloněn, aby protínal pastorek hřídele konečného pohonu zadní nápravy. U vozidel s vysokým podvozkem jsou však obě hřídele namontovány nakloněné, aby se snížil efektivní úhel sklonu hřídele. Když je primární hřídel v souladu s výstupním hřídelem převodovky, univerzální spojky gumového typu se někdy používají k účinnějšímu tlumení přenášených torzních vibrací než běžné ocelové spoje.
u vozidel s rozvory většími než 4,8 m může být vhodnější třídílné hnací vedení se dvěma mezilehlými nosnými ložisky (obr. 26.6). Jsou použity čtyři Univerzální klouby a mezilehlý hřídel leží rovnoběžně s výstupním hřídelem převodovky. Pouze zadní hřídel vrtule opět používá skluz pro přizpůsobení změny délky hřídele.
26.1.5.

mezilehlá nosná ložiska vrtulového hřídele

mezilehlé ložiskové a montážní sestavy jsou zabudovány pro umístění a podporu rozdělených vrtulových hřídelí. Tyto sestavy jsou buď z (i) naklápěcích ložiskových podpěr typu ( ” ) ohebných ložiskových podpěr typu. Samonosné podpěry mezilehlých ložisek se většinou používají u těžkých nákladních automobilů. Jedním typem této podpěry ložiska je dvouřadé kuličkové ložisko s hluboce drážkovanou vnitřní rasou a vnitřně půlkruhovou vnější rasou (obr. 26,7 A). Toto uspořádání kompenzuje jakékoli vychýlení hřídele vnitřním závodem a kuličkami, které se naklánějí kolem pevného kulového sedadla vnějšího závodu.
dalším způsobem je použití jednořadého kuličkového ložiska s hlubokými drážkami se sférickým profilem na obvodu vnějších Ras. Kulový závod je pak uzavřen v ocelovém nosném kroužku, jehož vnitřní profil odpovídá vnější straně ložiska (obr. 26,7 B). Relativní pohyb ložiska a kroužku může absorbovat jakékoli vychýlení. Protože obě výše uvedená uspořádání vyžadují pravidelné mazání, používají se olejová těsnění k zadržení mastnoty a také k udržení nečistot z ložiskových drah.

Obr. 26.4 jednodílná pohonná linka. A. s rozšířeným pouzdrem převodovky.
B.s rozšířeným pouzdrem diferenciálu-

Obr. 26.5. Dvoudílná pohonná linka s jednoduchými mezilehlými nosnými ložisky.

Obr. 26.6. Třídílná pohonná linka se dvěma mezilehlými nosnými ložisky.

obr. 26.7, rozdělené ‘ propeller-hřídel nosné-ložiskové sestavy.
a.Dvouřadá samonastavitelná ložiska užitkových vozidel.
B.Jednořadá samonastavitelná vnější ložiska užitkových vozidel.
C. Heavy-duty Pryž-blok ložiska mount.
D. střední a těžké flexibilní uložení ložiska.
E. Car a van V-sekcí gumové ložisko mount.
F. auto a van double fold gumové ložisko mount.
Flexibilní mezilehlé nosné podpěry se používají jak pro lehká, tak pro těžká vozidla. Tyto typy používají jednořadé kuličkové ložisko s hlubokými drážkami, které zapadá přímo přes jeden z rozdělených hřídelů, a člen, který obklopuje toto ložisko, je uzavřen v ocelovém rámu. Tato sestava je pak přišroubována k podvozku nebo skořepině karoserie pro podporu mezilehlých hřídelí. Gumová montáž funguje jako pružná podpěra pro ložisko, která pojme mírný sklon hřídele. Pružná guma také působí jako tlumič vibrací a izoluje všechny vibrace hřídele vrtule od členů těla.
obrázek 26.7C ilustruje použití pevného pryžového prstencového bloku, který se hodí přes ložiskový náboj pro mimořádně náročné aplikace. Vnitřní ložisko je umístěno pomocí příruby univerzálního kloubu a že vnější ložisko je umístěno pomocí obloženého pouzdra. Tato sestava vyžaduje pravidelné mazání. V současné době většina lehkých a těžkých mezilehlých ložiskových sestav používá předmazaná a utěsněná ložiska s hlubokou drážkou. Prachové přepážky namontované na hřídeli chrání ložisko před štěrkem a vlhkým počasím. Pryžový prvek je spojen jak s vnějším ocelovým pláštěm, tak s vnějším lisováním ložiskové oceli. Ložiskové uspořádání, znázorněné na obr. 26.7 D, se používá pro užitková vozidla. Na každé straně pryžového výlisku je vytvořena štěrbina pro zlepšení flexibility.
ložiskové uspořádání vhodné pro osobní automobily a dodávky je znázorněno na obr. 26.7 e. pryžový prvek používá průřez ve tvaru písmene V, který umožňuje, aby se prvek snadněji složil a pohyboval kolem své střední polohy. To také zlepšuje vlastnosti tlumení vibrací gumové sestavy. Obrázek 26.6F představuje alternativní uspořádání pro lehká vozidla. V této sestavě tvoří tvarovaná pryžová část dvojitá spojovací ramena, která poskytují větší tuhost ložiska a vynikající tlumicí vlastnosti, aniž by ztratily své snadno naklápěcí vlastnosti.