Wał napędowy i wał napędowy (samochodowy)

napęd linii napędowej, dyferencjału i kół drogowych

wał napędowy łączy skrzynię biegów z końcowymi przekładniami napędowymi pojazdu poprzez przegub uniwersalny i służy jako wał napędowy. Przegub uniwersalny umożliwia przenoszenie napędu pod zmiennym kątem. Układ napędowy jest układem służącym do przekazywania ciągu napędowego z kół jezdnych na nadwozie pojazdu. Ostatnim napędem jest układ przeniesienia napędu między wałem śmigła a dyferencjałem. Mechanizm różnicowy jest wbudowany w środkową część napędu końcowego. Dzięki temu koła mogą obracać się z różnymi prędkościami bez zakłócania napędu pojazdu podczas skręcania. W przypadku napędu na tylne koła tylna oś jest “na żywo”, która oprócz podtrzymywania ciężaru pojazdu zawiera mechanizm zębaty i wał do napędzania kół jezdnych. Rozdział omawia wszystkie te podsystemy dla układu napędu na tylne koła. Przedstawia również krótko Napęd na przednie koła i układy napędowe na cztery koła.
26.1.

Wał napędowy i wał napędowy

Wał Napędowy, czasami nazywany wałem Cardena, przekazuje moc ze skrzyni biegów na tylną oś. Zwykle wał ma przekrój rurowy i jest wykonany w konstrukcji jedno – lub dwuczęściowej. Dwuczęściowy układ jest wsparty w środkowym punkcie przez gumowe łożysko. Krótkie wały napędowe są wbudowane w celu przeniesienia mocy z końcowego zespołu napędowego na koła drogowe zarówno w układzie napędu przedniego, jak i tylnego.
26.1.1.

wały napędowe

wał ten musi być silny, aby wytrzymać skręcanie momentu obrotowego i powinien być odporny na wstrząsy skrętne. Musi wytrzymać naturalną tendencję do ugięcia się pod własnym ciężarem, ponieważ drgania występują, gdy środek ciężkości nie pokrywa się z osią wału.
wał śrubowy o przekroju rurowym jest zwykle używany, ponieważ ma (i) niską wagę, (ii) zapewnia dużą odporność na niewspółosiowość, zwłaszcza ugięcie, (Hi) ma dobrą wytrzymałość na skręcanie i (iv) zapewnia niską odporność (niska bezwładność) na zmiany prędkości kątowej, które powstają, gdy do napędzania wału używane jest sprzęgło typu haki. Ponieważ wał śmigła często obraca się z dużą prędkością, szczególnie podczas używania przekładni nadbiegowej, musi być wyprodukowany i naprawiony, spełniając specyfikacje projektowe i dobre limity wyważenia.
nawet po perfekcyjnym wyrównaniu statycznym, wały są zwisające (tj. tworzy łuk) w Centrum ze względu na własny ciężar. Kiedy to ugięcie staje się nadmierne, obrót wału powoduje wzrost łuku z powodu efektu odśrodkowego. To odkształcenie, lub bicz wału, wytwarza wibracje, które stają się poważne, gdy zbliża się do prędkości wirowania. Prędkość krytyczna, przy której występuje ten stan, zależy od dwóch istotnych wymiarów, tj. średniej średnicy rury i długości wału.
ponieważ wały napędowe pojazdów drogowych są wystarczająco długie i działają ogólnie z dużą prędkością, wirowanie może wystąpić przy pewnej krytycznej prędkości. Powoduje to naprężenia zginające w materiale, które są wyższe niż naprężenia ścinające spowodowane przenoszonym momentem obrotowym. Podczas gdy prędkość krytyczna wzrasta wraz ze spadkiem masy wału, wzrasta moment bezwładności przekroju. Tendencja do wirowania wału śrubowego powinna być zmniejszona, a aby to zrobić, powinna być wykonana rurowo i powinna być idealnie wyważona.
prędkość krytyczna wału śmigła zmienia się bezpośrednio jako średnica rury i odwrotnie jako kwadrat długości. Dlatego średnice są wybierane tak duże, jak to możliwe, a długości tak krótkie, jak to możliwe, aby utrzymać częstotliwość krytycznej prędkości obrotowej wału powyżej zakresu prędkości jazdy. Wały napędowe o długości ponad 1,5 m między przegubami uniwersalnymi powodują problemy z niewyważeniem. Długość wałów jest zminimalizowana dzięki zastosowaniu długiej obudowy przedłużającej przekładnię i centralnego przegubu uniwersalnego z dwuczęściowymi wałami napędowymi. W przypadku stosowania, środkowy przegub uniwersalny jest podparty przez środkowe łożysko podporowe, które jest izolowane od podwozia pojazdu. Rura wału napędowego jest zwykle walcowana z płaskiej blachy, prostowana w granicach 0.25 mm, bicie i wyważenie w granicach 0,00018 kg-m. utrzymuje to masę środkową bardzo blisko środka osi wzdłużnej, aby zminimalizować wir. Prędkość krytyczna jest podana przez,

wały napędowe są tak zaprojektowane, że obliczona prędkość krytyczna jest o około 60 procent wyższa niż prędkość obrotowa silnika przy maksymalnej mocy. Wały śrubowe mogą być również zaprojektowane dla danego momentu obrotowego, który jest momentem wymaganym do naprężenia ich do granicy sprężystości.

wiele pojazdów z napędem na tylne i na cztery koła wymaga długiego wału napędowego, aby rozciągnąć się między skrzynią biegów a napędem końcowym. W takich sytuacjach linia napędowa jest zwykle dzielona, a łożysko jest montowane w celu podparcia wału w punkcie podziału (rys. 26.1). To łożysko jest zamontowane w gumie, aby pochłaniać wszelkie wibracje, które w przeciwnym razie byłyby przenoszone na ciało.
chociaż ruch osi jest ograniczony do tylnego wału, a Przeguby uniwersalne są dopasowane do tego ruchu, potrzebne są dodatkowe przeguby na przednim wale, aby umożliwić lekkie zginanie nadwozia pojazdu. Praktycznie niemożliwe jest utrzymanie prawidłowych kątów jazdy sprzęgieł typu hooke zamontowanych na dwuczęściowym układzie wału, dlatego w wielu układach stosuje się jedno lub więcej przegubów śrubowych.
kompozytowy wał śmigła pokazany na Rys. 26.2 stanowi alternatywę dla układu podzielonego. Wał rurowy wykonany jest z żywicy epoksydowej, która jest wzmocniona włóknami szklanymi i węglowymi i połączona ze stalowym czopem w celu połączenia z przegubami uniwersalnymi. Zalety wału kompozytowego w stosunku do konwencjonalnych dwuczęściowych konstrukcji stalowych to:
(i) zmniejszenie masy o około 50 procent.
(ii) wysoka wewnętrzna amortyzacja.
(Hi) dobry hałas, wibracje, ostrość (NVH) wydajność. (iv) Wyjątkowa odporność na korozję.
przykład 26.1. Silnik samochodowy rozwija maksymalny moment obrotowy 162 Nm. Niskie przełożenie skrzyni biegów wynosi 2,75, natomiast przełożenie tylnej osi wynosi 4,25. Efektywny promień koła wynosi 0,325 m, a współczynnik tarcia między oponą a nawierzchnią drogi wynosi 0,6. Jeżeli dopuszczalne naprężenie ścinające
wynosi 32373 x 104 Pa, należy określić maksymalną średnicę wału, zakładając, że obciążenie jest prawie skrętne. Jakie jest maksymalne dopuszczalne obciążenie każdego koła ?
rozwiązanie.
całkowite przełożenie = 2,75 x 4,25

26.1. Cechy wału napędowego. A. wały napędowe. B. ruch tylnej osi.

przykład 26.2. Silnik rozwija 29,5 kWat 2000 obr / min, gdy moment obrotowy jest maksymalny. Dolne przełożenie wynosi 3:1, a redukcja tylnej osi 4,5: 1. Nacisk na każdą oś napędową wynosi 7357,5 N, gdy samochód jest w pełni załadowany. Średnica Koła Drogowego nad oponami wynosi 0.71 m, a współczynnik przyczepności opony do pręta wynosi 0,6. Jeśli dopuszczalne naprężenie materiału wału
nie może przekraczać 22072,5 x 104 Pa, znajdź średnicę wału osi.

oba razem wytwarzają maksymalne naprężenie w centrum, które jest zbyt mniejsze w porównaniu do naprężeń projektowych. Ponownie intensywność naprężeń ścinających spowodowanych skrętem jest najwyższa na powierzchni i Zerowa W środku osi. W ten sposób wał jest dość bezpieczny w bezpośrednim ścinaniu.
Średnica osi-35,3 mm.
26.1.2.

wały napędowe

wały te mają stosunkowo krótką długość i tam, gdzie przestrzeń jest ograniczeniem, są solidne, aby zapewnić luz dla ruchu zawieszenia, a poza tym często stosuje się lekką sekcję rurową. Niewielka odległość między kołem drogowym a końcową obudową napędu, w połączeniu z dużym ruchem Koła Drogowego spowodowanym ugięciem zawieszenia, powoduje maksymalny kąt jazdy przegubów uniwersalnych i duże zróżnicowanie długości wału. Złącze CV na każdym końcu wału napędowego spełnia wymagania dotyczące kąta, a złącze CV z zagłębieniem umożliwia zmianę długości. Pojazdy z napędem na tylne koła z niezależnym tylnym zawieszeniem potrzebują wału napędowego, aby połączyć koło drogowe ze stałym zespołem napędu końcowego. W tych pojazdach zwykle na każdym końcu wału napędowego wbudowane jest złącze typu CV wgłębne.
26.1.3.

wibracje wału napędowego

Małe samochody i krótkie samochody dostawcze i ciężarowe mają pojedynczy wał napędowy ze złączem ślizgowym z przodu bez niepożądanych wibracji. Pojazdy o większym rozstawie osi wymagają dłuższego wału napędowego, który w pewnych warunkach eksploatacji ma tendencję do zwisania i wirowania (rys. 26.3). W rezultacie drgania rezonansowe są ustawiane w korpusie wehikułu, tak że ciało wibruje podczas wirowania wału.
główne czynniki odpowiedzialne za częstotliwość rezonansową wału śmigła powodującą drgania można pogrupować w następujący sposób :
(i) czynniki związane z wałem śmigła to (a) średnica i długość wału,
(6) wyważenie zmontowanego wału i połączeń oraz (c) Odporność na zginanie wału.

rys. 26.3. Prosty jednoczęściowy wał napędowy z jednym przegubem ślizgowym i dwoma przegubami uniwersalnymi.
(ii) czynnikami związanymi z nadwoziem pojazdu są
(a) rodzaj i kształt konstrukcji nadwozia, wzmocnienie
sekcje skrzyniowe itp., (6) lokalizacja elementów w strukturze nadwozia,
i
(c) Właściwości mocowania drgań linii napędowej zapewniane przez mocowanie silnika i przekładni, izolację panelu tulei sprężynowych itp.
wirujący wał wiruje, jeśli środek ciężkości masy wału jest mimośrodowy, dzięki czemu siła odśrodkowa ma tendencję do ugięcia wału tak, że krąży wokół osi wzdłużnej wału. Mimośrodowe ugięcie wału zwiększa się wraz ze wzrostem prędkości, w wyniku czego wzrasta również siła odśrodkowa. Efekt kumuluje się i postępuje, aż wirowanie stanie się krytyczne, powodując gwałtowne wibracje.
współczynnik odpowiedzialny za przesunięcie środka ciężkości poziomo podpartego wału kołowego między łożyskami na jedną stronę osi środkowej jest następujący.
(a) ugięcie wału między ośrodkami.
(b) niejednolita grubość ścianki wokół okoliczności rurowego wału śrubowego ciągnionego bez szwu.
(c) ilość metalu spoiny nie może być równoważna masie po przeciwnej stronie wału rurowego, zwiniętego z płaskiej blachy.
(d) mimośrodowość wału względem osi obrotu spowodowana, gdy wał rurowy jest wciśnięty do wgłębień wału czopowego z przegubem uniwersalnym, które zostały skręcone między luźnymi środkami.
(e) jeżeli jarzma i ramiona czopów są zamontowane bardzo nieznacznie z jednej strony, gdy Przeguby uniwersalne są zamontowane na końcach wału, które są następnie wsparte na łożyskach.
(/), jeżeli luz między wypustami męskimi i żeńskimi umożliwia przesunięcie wału w ograniczonym zakresie, gdy na jednym końcu wału stosuje się złącze ślizgowe.
krytyczna Prędkość wirowania wału jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu długości wału . Na przykład, jeśli wał o krytycznej prędkości wirowania wynoszącej 6000 obr. / min jest dwukrotnie dłuższy, krytyczna Prędkość wirowania nowego wału zmniejsza się do 1500 obr. / min, czyli jednej czwartej tej wartości. Z drugiej strony, zmniejszając o połowę Długość wału, prędkość krytyczna wzrasta czterokrotnie, tj. 24000 obr. / min. W ten sposób zmniejszenie o połowę długości powoduje, że prędkość krytyczna znacznie przekracza maksymalną prędkość wału napędowego pojazdu.
zasadniczo sztywność wału napędowego zwiększa się poprzez wysunięcie tylnego końca głównego wału przekładni i obudowy (rys. 26.4 A) lub wału i obudowy koła zębatego napędu końcowego (rys. 26.4 B). Poprzednie podejście jest wspólne dla samochodów średniej wielkości, a późniejsze było z powodzeniem stosowane w większych samochodach z tylnym zawieszeniem sprężynowym z ramionami ciągnącymi i stabilizatorami drążka kierowniczego. Przegub ślizgowy jest zwykle instalowany na końcu skrzyni biegów wału napędowego, co umożliwia wałowi napędowemu automatyczną regulację jego długości zgodnie ze zmianami ugięcia zawieszenia.
inną metodą rozwiązania problemu wibracji jest zwiększenie średnicy wału, ale Zwiększa to jego wytrzymałość poza wymaganiami dotyczącymi przenoszenia momentu obrotowego. Zwiększa to również jego bezwładność, co sprzeciwia się przyspieszaniu i zwalnianiu pojazdu. Często stosowanym rozwiązaniem jest zastosowanie podzielonych wałów napędowych wspartych na łożyskach pośrednich lub środkowych. Takie podejście stosowano również w przeszłości w dużych samochodach w celu obniżenia napędu skrzyni biegów (a) z przedniej skrzyni biegów na tylną oś. W rezultacie zmniejsza się wysokość tunelu na płycie podłogowej i unika się wad grubszego wału. “Gdy układ ten jest stosowany w pojazdach użytkowych, Duże przesunięcia ® między liniami centralnymi skrzyni biegów a zębnikiem napędu końcowego, linia środkowa może być dostarczona w dwóch lub trzech etapach.
rig.
26.1.4.

podzielone wały napędowe i ich Podparcie

dwuczęściowe linie napędowe z dwoma wałami i pośrednim łożyskiem podporowym (rys. 26.5) są zwykle stosowane w samochodach ciężarowych o rozstawie osi od 3,4 do 4,8 m. dwuczęściowy wał napędowy wykorzystuje trzy Przeguby uniwersalne. Pierwotny wał śmigła jest typu fixed-joints-and-tube-assembly, a wtórny wał śmigła zawiera przegub ślizgowy na końcu nośnym, aby zadbać o każde przedłużenie spowodowane ruchem zawieszenia. Zasadniczo wał pierwotny jest zgodny z osią wału głównego skrzyni biegów, ale wał wtórny jest lekko nachylony, aby przeciąć wał zębnika napędu końcowego tylnej osi. Jednakże w przypadku pojazdów montowanych na wysokim podwoziu oba wały są zamontowane nachylone w celu zmniejszenia efektywnego kąta nachylenia wału. Gdy wał pierwotny jest zgodny z wałem wyjściowym skrzyni biegów, uniwersalne sprzęgła gumowe są czasami wykorzystywane do skuteczniejszego tłumienia przenoszonych drgań skrętnych niż konwencjonalne połączenia stalowe.
w przypadku pojazdów o rozstawie osi większym niż 4,8 m bardziej odpowiednia może być trzyczęściowa linia napędowa z dwoma pośrednimi łożyskami podporowymi (rys. 26.6). Zastosowano cztery Przeguby uniwersalne, a wał pośredni leży równolegle do wału wyjściowego skrzyni biegów. Tylko tylny wał śmigła ponownie wykorzystuje złącze ślizgowe, aby dostosować się do zmiany długości wału.
26.1.5.

pośrednie łożyska podporowe wału napędowego

pośrednie zespoły łożyskowe i montażowe są wbudowane w celu pozycjonowania i podtrzymywania podzielonych wałów napędowych. Zespoły te należą do typu (i) samonastawnych podpór łożyskowych typu ( ” ) elastycznych podpór łożyskowych. Samonastawne podpory z łożyskami pośrednimi są najczęściej stosowane w ciężkich samochodach ciężarowych. Jednym z typów tego podparcia łożyska jest dwurzędowe łożysko kulkowe z głęboko rowkowanym wyściółką wewnętrzną i wewnętrznie półkolistym wyściółką zewnętrzną (rys. 26,7 A). Taki układ kompensuje wszelkie ugięcia wału przez wewnętrzny wyścig i kulki, które przechylają się wokół nieruchomego sferycznego siedzenia zewnętrznego wyścigu.
inną metodą jest zastosowanie jednorzędowego głęboko rowkowanego łożyska kulkowego o kulistym profilu na obrzeżach zewnętrznych ras. Wyścig kulkowy jest następnie zamknięty w stalowym pierścieniu nośnym, którego wewnętrzny profil pasuje do zewnętrznej części Łożyska (rys. 26.7 B). Względny ruch łożyska i pierścienia może absorbować wszelkie niewspółosiowość. Ponieważ oba powyższe układy wymagają okresowego smarowania, uszczelnienia olejowe są stosowane do zatrzymywania smaru, a także do usuwania brudu z gąsienic łożysk.

rys. 26.4 Jednoczęściowa linia napędowa. A. z przedłużoną obudową skrzyni biegów.
B. z rozszerzoną obudową mechanizmu różnicowego –

rys. 26.5. Dwuczęściowa linia napędowa z pojedynczymi łożyskami podporowymi.

rys. 26.6. Trzyczęściowa linia napędowa z dwoma pośrednimi łożyskami podporowymi.

26.7, zespoły łożysk podporowych wału dzielonego.
A. łożysko wahliwe dwurzędowe do pojazdów użytkowych.
B. samochód dostawczy jednorzędowy samonastawny zewnętrzny wyścig łożysk.
C. wytrzymałe łożysko z gumowym blokiem.
D. elastyczne mocowanie łożyska o średniej i dużej wytrzymałości.
E. Car and van V-sectioned gumowy uchwyt łożyskowy .
F. podwójny gumowy uchwyt łożyska samochodowego i van.
elastyczne wsporniki łożysk pośrednich są stosowane zarówno w lekkich, jak i ciężkich pojazdach. Te typy wykorzystują jednorzędowe głęboko rowkowane łożysko kulkowe, które pasuje bezpośrednio do jednego z podzielonych wałów, a element, który otacza to łożysko, jest zamknięty w stalowej ramie. Zespół ten jest następnie przykręcany do podwozia lub skorupy nadwozia w celu podparcia wałów pośrednich. Gumowe mocowanie działa jak elastyczne podparcie łożyska, które umożliwia lekkie pochylenie wału. Elastyczna guma działa również jako tłumik drgań i izoluje wszelkie drgania wału śmigła od elementów nadwozia.
rys. 26.7C ilustruje zastosowanie solidnego gumowego bloku pierścienia, który pasuje do piasty łożyska w ekstremalnie ciężkich zastosowaniach. Łożysko wewnętrzne znajduje się za pomocą kołnierza z przegubem uniwersalnym, a łożysko zewnętrzne za pomocą tulei dystansowanej. Ten zespół wymaga regularnego smarowania. Obecnie większość lekkich i wytrzymałych zespołów łożysk pośrednich wykorzystuje wstępnie wzmocnione i uszczelnione łożyska zwykłe. Przegrody przeciwpyłowe zamontowane na wale chronią łożysko przed brudem i wilgocią. Gumowy element jest połączony zarówno z zewnętrzną stalową obudową, jak i z zewnętrznym łożyskiem-stalowe tłoczenie. Układ łożysk, pokazany na Fig. 26.7 D, jest używany do pojazdów użytkowych. Gniazdo jest wykonane z każdej strony gumowego formowania, aby poprawić elastyczność.
układ łożysk odpowiedni dla samochodów osobowych i dostawczych przedstawiono na Rys. 26.7 E. element gumowy wykorzystuje sekcję w kształcie litery V, która pozwala elementowi łatwiej złożyć i poruszać się po swojej średniej pozycji. Poprawia to również właściwości tłumiące drgania zespołu gumowego. Rysunek 26.6F stanowi alternatywny układ dla lekkich pojazdów. W tym montażu formowana sekcja gumowa tworzy podwójne ramiona łączące, które zapewniają większą sztywność łożyska i doskonałe właściwości tłumiące, bez utraty jego łatwych właściwości przechylania.