Schroefas en aandrijfas (Automobiel))

aandrijflijn -, differentieel-en Wegwielaandrijvingen

Schroefas verbindt de versnellingsbak met de eindaandrijvingen van het voertuig door middel van een universele koppeling en dient als aandrijfas. Met een universele verbinding kan de aandrijving via een variabele hoek worden overgebracht. Het aandrijfsysteem is een regeling voor het overbrengen van de stuwkracht van de wielen naar de carrosserie van het voertuig. De eindaandrijving is het transmissiesysteem tussen schroefas en differentieel. Het differentieelmechanisme is ingebouwd in het middengedeelte van de eindaandrijving. Hierdoor kunnen de wielen bij verschillende snelheden draaien zonder de aandrijving van het voertuig te verstoren tijdens het draaien. In het geval van achterwielaandrijving, de achteras is “live”, die naast het gewicht van het voertuig bevat een versnelling en as mechanisme om de wielen rijden. Het hoofdstuk behandelt al deze subsystemen voor een achterwielaandrijving. Ook presenteert kort voorwielaandrijving en vierwielaandrijving systemen.
26.1.

schroefas en aandrijfas

Schroefas, ook wel Cardenas genoemd, stuurt vermogen van de versnellingsbak naar de achteras. Normaal gesproken heeft de schacht een buisvormige sectie en is gemaakt in een – of tweedelige constructie. De tweedelige opstelling wordt in het midden ondersteund door een rubber gemonteerd lager. Korte aandrijfassen zijn ingebouwd voor de overbrenging van het vermogen van de eindaandrijving naar de wielen in zowel voor-als achterwielaandrijvingsindelingen.
26.1.1.

Propellerassen

deze as moet sterk zijn om de draaiende werking van het aandrijfkoppel te weerstaan en moet veerkrachtig zijn om de torsieschokken te absorberen. Het moet bestand zijn tegen de natuurlijke neiging om onder zijn eigen gewicht te verzakken, omdat trillingen optreden wanneer het zwaartepunt niet samenvalt met de as van de as.
een schroefas met buisvormige doorsnede wordt normaal gebruikt omdat deze (I) een laag gewicht heeft, (ii) een grote weerstand biedt tegen uitlijnfouten, met name doorzakken, (Hi) een goede torsiesterkte heeft en (iv) een lage weerstand (lage traagheid) biedt tegen veranderingen in de hoeksnelheid, die ontstaan wanneer een haakkoppeling wordt gebruikt om de as te drijven. Aangezien een schroefas vaak draait op hoge snelheid, met name tijdens het gebruik van de overdrive versnelling, moet worden vervaardigd en gerepareerd, voldoen aan ontwerpspecificaties en goede balans grenzen.
zelfs na een perfecte statische uitlijning zakt de as (d.w.z. vormt een boog) in het midden door zijn eigen gewicht. Wanneer deze verzakking overmatig wordt, zorgt de rotatie van de schacht ervoor dat de boog toeneemt als gevolg van het centrifugale effect. Deze vervorming, of zweep van de as, zorgt voor een trilling die ernstig wordt als het de wervelsnelheid nadert. De kritische snelheid waarmee deze toestand optreedt hangt af van twee vitale afmetingen, namelijk de gemiddelde diameter van de buis en de lengte van de as.
aangezien de schroefassen van wegvoertuigen lang genoeg zijn en in het algemeen bij hoge snelheid werken, kan bij een bepaalde kritische snelheid wervelende bewegingen optreden. Dit veroorzaakt buigspanningen in het materiaal die hoger zijn dan de afschuifspanningen veroorzaakt door overgedragen koppel. Terwijl de kritische snelheid toeneemt met de afname van de massa van de as, neemt het traagheidsmoment van de sectie toe. De neiging van de schroefas om te draaien moet worden verminderd en om dit te doen, moet het buisvormig worden gemaakt en moet perfect in evenwicht zijn.
de kritische snelheid van de schroefas varieert direct als de diameter van de buis en omgekeerd als het kwadraat van de lengte. Daarom worden diameters zo groot mogelijk en lengtes zo kort mogelijk gekozen om de kritische toerentalfrequentie van de as boven het rijsnelheidsbereik te houden. Schroefassen van meer dan 1,5 m lengte tussen kruiskoppelingen veroorzaken problemen met het evenwicht. Aslengtes worden geminimaliseerd door het gebruik van een lange transmissie-verlengingsbehuizing en centrale universele verbinding met tweedelige schroefassen. Bij gebruik wordt het middengewricht ondersteund door een middensteunlager die is geïsoleerd van het chassis van het voertuig. De schroefas buis wordt meestal gerold uit platte plaat, rechtgetrokken binnen 0.25 mm, uitloop en gebalanceerd binnen 0,00018 kg-m. Dit houdt de middenmassa bijna op het midden van de lengteas om werveling te minimaliseren. De kritische snelheid wordt gegeven door,

schroefassen zijn zo ontworpen dat het berekende kritische toerental ongeveer 60 procent hoger is dan het motortoerental bij maximaal vermogen. Propellerassen kunnen ook worden ontworpen voor een bepaald koppelvermogen, dat is het koppel dat nodig is om ze te belasten tot de elastische limiet.

veel voertuigen met achter – en vierwielaandrijving hebben een lange schroefas nodig om tussen de versnellingsbak en de eindaandrijving te kunnen rijden. In deze situaties wordt de aandrijflijn gewoonlijk verdeeld en wordt een lager aangebracht ter ondersteuning van de as op het scheidingspunt (Fig. 26.1). Dit lager is gemonteerd in rubber om trillingen te absorberen die anders naar het lichaam zouden worden overgebracht.
hoewel de asbeweging beperkt is tot de achteras en er kruiskoppelingen zijn aangebracht om deze beweging op te vangen, zijn er extra verbindingen op de vooras nodig om de lichte buiging van de voertuigcarrosserie mogelijk te maken. Het is praktisch onmogelijk om de juiste aandrijfhoeken van hooke-type koppelingen gemonteerd op een tweedelige as lay-out, zodat een of meer CV verbindingen worden gebruikt in vele regelingen.
de in Fig. 26.2 is een alternatief voor de verdeelde regeling. De buisvormige as is gemaakt van epoxyhars, dat wordt versterkt door gebruik te maken van glas en koolstofvezels, en gebonden aan een stalen kraan voor aansluiting op de kruiskoppelingen. De voordelen van de samengestelde schacht ten opzichte van een conventionele tweedelige stalen schachtopstelling zijn :
(I) gewichtsvermindering met ongeveer 50%.
(ii)hoge interne schokabsorptie.
(Hi) goede geluid, trillingen, hardheid (NVH) prestaties. (iv) uitzonderlijke corrosiebestendigheid.
voorbeeld 26.1. Een automotor ontwikkelt een maximumkoppel van 162 Nm. De lage overbrengingsverhouding van de transmissie is 2,75, terwijl de achterasverhouding 4,25. De effectieve wielradius is 0,325 m en de wrijvingscoëfficiënt tussen de band en het wegdek is 0,6. Indien de toelaatbare schuifspanning
32373 x 104 Pa bedraagt, moet de maximale asdiameter worden bepaald, ervan uitgaande dat de belasting bijna torsioneel is. Wat is de maximaal toelaatbare belasting op elk wiel ?
oplossing.
totale overbrengingsverhouding = 2,75 x 4,25

Fig. 26.1. Kenmerken van de schroefas. A. schroefassen. B. beweging van de achteras.

voorbeeld 26.2. Een motor ontwikkelt 29,5 kWat 2000 tpm wanneer het koppel maximaal is. De onderste overbrengingsverhouding is 3: 1 en de achterasreductie is 4,5: 1. De belasting op elke aangedreven as is 7357,5 N wanneer de auto volledig is beladen. Diameter van het wiel over de banden, is 0.71 m en de wrijvingscoëfficiënt tussen band en stang is 0,6. Indien de toelaatbare spanning in het materiaal van de as
niet meer dan 22072,5 x 104 Pa mag bedragen, moet de diameter van de as worden bepaald.

oplossing.


beide samen zorgen voor maximale belasting in het centrum, wat te minder is in vergelijking met de ontwerpstress. Ook hier is de sterkte van de afschuifspanning door torsie het hoogst aan het oppervlak en nul in het midden van de as. Zo is de as vrij veilig in directe afschuiving.
Diameter van de as-35,3 mm.Ans.
26.1.2.

aandrijfassen

deze assen zijn relatief kort van lengte en wanneer de ruimte beperkt is, worden ze stevig gemaakt om ruimte te bieden voor de beweging van de ophanging, en anders wordt vaak gebruik gemaakt van het lichtgewicht buisdeel. De korte afstand tussen het wegwiel en de eindaandrijvingsbehuizing, gecombineerd met een grote beweging van het wegwiel als gevolg van vering doorbuiging, veroorzaakt de maximale aandrijfhoek van de kruiskoppelingen en grote variatie van de lengte van de as. Een CV-verbinding aan elk uiteinde van de aandrijfas voldoet aan de hoekvereisten en een inval CV-verbinding is geschikt voor de lengteverandering. Voertuigen met onafhankelijke achterwielophanging hebben een aandrijfas nodig om het wegwiel met de vaste eindaandrijving te verbinden. Bij deze voertuigen is normaal gesproken aan elk uiteinde van de aandrijfas een invallende CV-verbinding aangebracht.
26.1.3.

trillingen van de schroefas

Kleine auto ‘ s, korte bestelwagens en vrachtwagens hebben een enkele schroefas met een scharnier aan de voorzijde zonder ongewenste trillingen. Voertuigen met een langere wielbasis hebben een langere schroefas nodig, die onder bepaalde bedrijfsomstandigheden de neiging heeft te verzakken en te draaien (Fig. 26.3). Als gevolg hiervan worden resonante trillingen in het lichaam van het voertuig ingesteld, zodat het lichaam trilt als de as wervelt.
de belangrijkste factoren die verantwoordelijk zijn voor de resonantiefrequentie van de schroefas die de trillingen veroorzaakt, kunnen als volgt worden ingedeeld: :
I) factoren die verband houden met de schroefas zijn a) De diameter en lengte van de as,
(6) het uitbalanceren van de geassembleerde as en verbindingen, en c) de buigweerstand van de as.

Fig. 26.3. Eenvoudige schroefas uit één stuk met één glijstuk en twee kruiskoppelingen.
(ii) factoren die verband houden met de voertuigcarrosserie zijn
(a) het type en de vorm van de carrosserie, wapening
kokerprofielen, enz.(6) de plaats van de onderdelen in de carrosseriestructuur,
en
(c) de eigenschappen van trillingsklemming van de aandrijflijn door motor-en transmissiebevestigingen, paneelisolatie van veerbussen, enz.
een roterende as draait als het zwaartepunt van de massa van de as excentrisch is, waardoor de centrifugale kracht de AS zo buigt dat deze om de lengteas van de as draait. De excentrische doorbuiging van de as neemt toe met het stijgen van de snelheid waardoor ook de centrifugale kracht toeneemt. Het effect is dus cumulatief en progressief totdat de werveling kritisch wordt en gewelddadige trillingen veroorzaakt.
de factor die verantwoordelijk is voor het verschuiven van het zwaartepunt van een horizontaal ondersteunde cirkelas tussen lagers naar één zijde van de centrale as is als volgt.
(a) het doorzakken van de schacht tussen de middelpunten.
(b) niet-gelijkmatige wanddikte rond de omstandigheden van een naadloze schroefas.
(c) de hoeveelheid lasmetaal mag niet gelijk zijn aan de massa aan de tegenoverliggende zijde van een buisas, opgerold van een platte plaat.
(d) de excentriciteit van de as ten opzichte van de draaias, veroorzaakt door de buisvormige as die wordt geforceerd op de tussen de losse centreerpunten gekeerde spleetas met universele voegas.
(e) indien de scharnieren en de scharnieren zeer licht aan één zijde zijn gemonteerd, wanneer de scharnieren aan de uiteinden van de schacht zijn bevestigd, die vervolgens op lagers worden gedragen.
( / ) indien de afstand tussen de mannelijke en vrouwelijke spline het mogelijk maakt de as in beperkte mate te verschuiven, wanneer aan één uiteinde van de as een scharnierkoppeling wordt gebruikt.
de kritische wervelsnelheid van een as is omgekeerd evenredig met het kwadraat van de lengte van de as. Als bijvoorbeeld een as met een kritische draaisnelheid van 6000 tpm in lengte wordt verdubbeld, vermindert de kritische draaisnelheid van de nieuwe As tot 1500 tpm, het kwart van deze waarde. Door de lengte van de as te halveren neemt het kritische toerental daarentegen toe tot een factor vier, namelijk 24000 toeren per minuut. Het halveren van de lengte brengt de kritische snelheid dus aanzienlijk boven de maximumsnelheid van de schroefas voor een voertuig.
in het algemeen wordt de stijfheid van de schroefas vergroot door ofwel de achterzijde van de hoofdas en de behuizing van de versnellingsbak uit te breiden (Fig. 26.4 A) of de eindaandrijvingsas en-behuizing (Fig. 26,4 B). De eerste aanpak is gebruikelijk voor middelgrote auto ‘s, en de latere is gebruikt met enig succes op grotere auto’ s met achterste schroefveervering met trailing armen en de trekstang Stabilisatoren. Normaal gesproken wordt aan het uiteinde van de aandrijfas van de aandrijfas een slipkoppeling geïnstalleerd, waardoor de schroefas automatisch zijn lengte kan aanpassen aan de vering.
een andere methode om het trillingsprobleem op te lossen is het vergroten van de diameter van de as, maar dit verhoogt de sterkte van de as tot boven het koppel dat nodig is. Ook dit verhoogt de traagheid, die tegen de versnelling en vertraging van het voertuig. Een vaak gebruikte oplossing is het gebruik van verdeelde schroefassen ondersteund door tussen-of middenlagers. Deze aanpak is in het verleden ook toegepast op grote auto ‘ s om de transmissie te verlagen (a) rijden van de voorin gemonteerde versnellingsbak naar de achteras. Hierdoor wordt de vloerplaat tunnelhoogte verminderd en worden de nadelen van een dikkere schacht vermeden. “Wanneer deze opstelling wordt gebruikt op bedrijfsvoertuigen, grote offsets ® tussen versnellingsbak hartlijnen en de eindaandrijving rondsel , hartlijn kan worden voorzien in twee of drie fasen.
rig.
26.1.4.

verdeelde schroefassen en hun steun

tweedelige aandrijflijnen, met twee assen en een tussenliggende steunlager (Fig. 26.5) worden over het algemeen gebruikt op vrachtwagens met wielbasissen van 3,4 tot 4,8 m.de tweedelige schroefassen gebruiken drie kruiskoppelingen. De primaire schroefas is van het vaste-verbindingen-en-buis-assemblage type, en de secundaire schroefas is voorzien van een slip-verbinding aan de steun-dragende einde om te zorgen voor elke uitbreiding als gevolg van ophanging beweging. Over het algemeen is de primaire as in lijn met de hoofdas van de versnellingsbak, maar de secundaire as is enigszins geneigd om de rondselas van de achteras laatste aandrijving te snijden. Bij Voertuigen met een hoog chassis zijn beide assen echter schuin gemonteerd om de effectieve hellingshoek van de as te verminderen. Wanneer de primaire as in lijn is met de uitgaande as van de versnellingsbak, worden rubberachtige universele koppelingen soms gebruikt om overgedragen torsietrillingen effectiever te dempen dan conventionele stalen verbindingen.
voor voertuigen met een wielbasis van meer dan 4,8 m kan een driedelige aandrijflijn met twee tussenliggende steunlagers geschikter zijn (Fig. 26.6). Er worden vier kruiskoppelingen gebruikt en de tussenas ligt evenwijdig aan de uitgaande as van de versnellingsbak. Alleen de achterste schroefas gebruikt opnieuw een slip-joint om verandering in de aslengte aan te passen.
26.1.5.

tussenliggende Ondersteuningslagers

tussenliggende lager-en montageassemblages zijn ingebouwd om de verdeelde schroefassen te positioneren en te ondersteunen. Deze samenstellingen zijn ofwel van (I) zelfrichtende lagersteunen type van ( ” ) flexibel gemonteerde lagersteunen type. Zelfuitlijnende tussenlagersteunen worden meestal gebruikt op zware vrachtwagens. Een type van deze lagersteun is een dubbelrijig kogellager met een diep gegroefde binnenrace en een inwendig halfronde buitenrace (Fig. 26,7 A). Deze regeling compenseert elke asafbuiging door de binnenste race en ballen, die kantelen rond de vaste buitenste race sferische stoel.
een andere methode is het gebruik van een enkelrijig kogellager met diepe groeven met een bolvormig profiel aan de rand van de buitenste races. De balrace wordt dan ingekapseld in een stalen steunring waarvan het interne profiel overeenkomt met de buitenkant van het lager (Fig. 26,7 B). De relatieve beweging van het lager en de ring kan elke verkeerde uitlijning absorberen. Aangezien beide bovengenoemde regelingen periodieke smering vereisen, worden olieafdichtingen gebruikt om het vet vast te houden en ook om vuil uit de lagersporen te houden.

Fig. 26.4 een stuk aandrijflijn. A. met verlengde versnellingsbakbehuizing.
B. met verlengde differentiële behuizing –

Fig. 26.5. Tweedelige aandrijflijn met enkele tussenliggende steunlagers.

Fig. 26.6. Driedelige aandrijflijn met twee tussenliggende steunlagers.

Fig. 26.7, verdeelde ‘ propeller-as steun-dragende assemblages.
A. dubbelrijige zelfrichtende lagersteun voor bedrijfsvoertuigen.
B. eenrijige, zelfuitlijnende, buitenste lagerrace voor bedrijfsvoertuigen.
C. robuuste rubberbloklager.
D. medium-en heavy-duty flexibele lagermontage.
E. rubber met V-doorsnede voor auto ‘ s en bestelwagens.
F. dubbele rubberlagerbevestiging voor auto ‘ s en bestelwagens.
flexibel gemonteerde tussenlagersteunen worden gebruikt voor zowel lichte als zware voertuigen. Deze types maken gebruik van een enkele rij diepgroefkogellager, die direct over een van de verdeelde Assen past, en een lid, dat dit lager omringt, is ingesloten in een stalen frame. Deze assemblage wordt vervolgens aan het chassis of de carrosserie vastgeschroefd om de tussenas te ondersteunen. De rubberen montage fungeert als een flexibele ondersteuning voor het lager, die een lichte kanteling van de as mogelijk maakt. Het flexibele rubber fungeert ook als trillingsdemper en isoleert eventuele schroefastrillingen van de lichaamsdelen.
figuur 26.7C illustreert het gebruik van een massief rubberen ringblok, dat over een lagernaaf past voor extra zware toepassingen. De binnenste lager race wordt geplaatst door de universele-gezamenlijke flens en dat de buitenste lager race wordt geplaatst door een shimmed mouw. Deze assemblage vereist regelmatige smering. Momenteel gebruiken de meeste licht – en heavy-duty intermediate-bearing assemblages pregreased en sealed-for-life diepe groef lagers. Op de as gemonteerde stofschotten beschermen het lager tegen grit en nat weer. Het rubber element is gebonden aan zowel de externe stalen behuizing en aan de buitenste lager-race staal persen. Een lageropstelling, afgebeeld in Fig. 26.7 D, wordt gebruikt voor bedrijfsvoertuigen. Aan elke zijde van de rubberen mallen is een gleuf gemaakt om de flexibiliteit te verbeteren.
een lagering die geschikt is voor auto ‘ s en bestelwagens is afgebeeld in Fig. 26.7 E. Het rubber element maakt gebruik van een v-vormige sectie, die het mogelijk maakt het element te vouwen en bewegen over zijn gemiddelde positie gemakkelijker. Dit verbetert ook de trillingsdempende eigenschappen van het rubberassemblage. Figuur 26.6F is een alternatieve indeling voor lichte voertuigen. In deze assemblage vormt het gegoten rubberen gedeelte dubbele verbindingsarmen, die zorgen voor een grotere stijfheid van het lager en uitstekende dempingseigenschappen, zonder de gemakkelijk kantelende eigenschappen te verliezen.