Arborele elicei și arborele de antrenare (auto)

linia de antrenare, diferențialul și tracțiunile roților rutiere

arborele elicei conectează cutia de viteze la angrenajele de antrenare finale ale vehiculului prin articulația universală și servește drept arbore de antrenare. O îmbinare universală permite transmiterea unității printr-un unghi variabil. Sistemul de acționare este un aranjament pentru transmiterea tracțiunii de conducere de la roțile rutiere la caroseria vehiculului. Unitatea finală este sistemul de transmisie între arborele elicei și diferențial. Mecanismul diferențial este încorporat în porțiunea centrală a acționării finale. Acest lucru permite roților să se rotească la viteze diferite, fără a interfera cu propulsia vehiculului în timpul unei viraje. În cazul tracțiunii roților din spate, puntea spate este” vie”, care, pe lângă susținerea greutății vehiculului, conține un mecanism de angrenare și arbore pentru a conduce roțile rutiere. Capitolul tratează toate aceste subsisteme pentru un sistem de tracțiune spate. De asemenea, prezintă pe scurt sisteme de tracțiune față și patru roți.
26.1.

arborele elicei și arborele de antrenare

arborele elicei, uneori numit arbore carden, transmite puterea de la cutia de viteze la puntea spate. În mod normal, arborele are o secțiune tubulară și este realizat într – o construcție din una sau două piese. Aranjamentul din două piese este susținut la punctul de mijloc de un rulment montat din cauciuc. Arborii de antrenare scurți sunt încorporați pentru transmiterea puterii de la ansamblul final de antrenare la roțile de drum, atât în structurile de tracțiune față, cât și în cele din spate.
26.1.1.

arbori de elice

acest arbore trebuie să fie puternic pentru a rezista acțiunii de răsucire a cuplului de antrenare și trebuie să fie rezistent pentru a absorbi șocurile de torsiune. Trebuie să reziste tendinței naturale de a cădea sub propria greutate, deoarece vibrația apare atunci când centrul de greutate nu coincide cu axa arborelui.
un arbore de elice cu secțiune tubulară este utilizat în mod normal, deoarece are (i) greutate redusă, (ii) asigură o rezistență mare la Nealiniere, în special la cădere, (Hi) are o rezistență bună la torsiune și (iv) asigură o rezistență scăzută (inerție scăzută) la modificările vitezei unghiulare, care apar atunci când un cuplaj de tip hookes este utilizat pentru a conduce arborele. Deoarece un arbore de elice se rotește adesea la viteză mare, în special în timpul utilizării angrenajului overdrive, acesta trebuie fabricat și reparat, respectând specificațiile de proiectare și limitele de echilibru bune.
chiar și după o aliniere statică perfectă, arborele scade (adică. formează un arc) în centru datorită propriei greutăți. Când această cădere devine excesivă, rotația arborelui determină creșterea arcului datorită efectului centrifugal. Această deformare, sau biciul arborelui, stabilește o vibrație care devine severă pe măsură ce se apropie de viteza de rotire. Viteza critică la care apare această condiție depinde de două dimensiuni vitale, adică diametrul mediu al tubului și lungimea arborelui.
deoarece arborii elicei vehiculelor rutiere sunt suficient de lungi și funcționează în general la viteză mare, se poate produce o învârtire la o anumită viteză critică. Acest lucru produce tensiuni de îndoire în material care sunt mai mari decât tensiunile de forfecare cauzate de cuplul transmis. În timp ce viteza critică crește odată cu scăderea masei arborelui, momentul de inerție al secțiunii crește. Tendința arborelui elicei de a se învârti ar trebui redusă și, pentru a face acest lucru, ar trebui să fie tubulară și ar trebui să fie perfect echilibrată.
viteza critică a arborelui elicei variază direct ca diametrul tubului și invers ca pătratul lungimii. Prin urmare, diametrele sunt selectate cât mai mari posibil și lungimile cât mai scurte posibil pentru a menține frecvența de viteză critică a arborelui deasupra intervalului de viteză de conducere. Arborii elicei de peste 1,5 m lungime între îmbinările universale provoacă probleme de dezechilibru. Lungimile arborelui sunt reduse la minimum prin utilizarea carcasei lungi de extensie a transmisiei și a articulației universale centrale cu arbori de elice din două piese. Atunci când este utilizată, articulația centrală universală este susținută de un rulment central care este izolat de șasiul vehiculului. Tubulatura arborelui elicei este de obicei rulată din tablă plană, îndreptată în 0.25 mm, run-out și echilibrat în termen de 0,00018 kg-m. Acest lucru menține masa centrală foarte aproape de centrul axei longitudinale pentru a minimiza vârtejul. Viteza critică este dată de,

arborii elicei sunt proiectați astfel încât viteza critică calculată să fie cu aproximativ 60% mai mare decât turația motorului la puterea maximă. Arborii elicei pot fi, de asemenea, proiectați pentru un anumit cuplu de cuplu, care este cuplul necesar pentru a-i stresa până la limita elastică.

multe vehicule cu tracțiune spate și patru roți necesită un arbore de elice lung pentru a se întinde între cutia de viteze și acționarea finală. În aceste situații, linia de antrenare este în mod normal divizată și un lagăr este montat pentru a susține arborele în punctul de divizare (Fig. 26.1). Acest rulment este montat în cauciuc pentru a absorbi orice vibrație care altfel ar fi transmisă corpului.
deși mișcarea osiei este limitată la arborele din spate și îmbinările universale sunt montate pentru a se potrivi acestei mișcări, sunt necesare îmbinări suplimentare pe arborele din față pentru a permite o ușoară îndoire a caroseriei vehiculului. Este practic imposibil să se mențină unghiurile de antrenare corecte ale cuplajelor de tip hooke montate pe un aspect al Arborelui din două piese, astfel încât una sau mai multe îmbinări CV sunt utilizate în multe aranjamente.
arborele elicei compozit prezentat în Fig. 26.2 este o alternativă la aranjamentul divizat. Arborele tubular este realizat din rășină epoxidică, care este întărită prin utilizarea fibrelor de sticlă și carbon și legată de un știft de oțel pentru conectarea la îmbinările universale. Avantajele arborelui compozit față de aranjamentele convenționale ale arborelui din oțel din două piese sunt :
(i) reducerea greutății cu aproximativ 50%.
(ii) absorbție internă ridicată a șocurilor.
(Hi) zgomot bun, vibrații, asprimea (NVH) performanță. (iv) rezistență excepțională la coroziune.
exemplul 26.1. Un motor auto dezvoltă un cuplu maxim de 162 Nm. Raportul de transmisie scăzut al transmisiei este de 2,75, în timp ce raportul punții spate este de 4,25. Raza efectivă a roții este de 0,325 m, iar coeficientul de frecare dintre anvelopă și suprafața drumului este de 0,6. Dacă tensiunea de forfecare
admisă este de 32373 x 104 Pa, determinați diametrul maxim al arborelui, presupunând că sarcina este aproape torsională. Care este sarcina maximă admisă pe fiecare roată ?
soluție.
raport de transmisie Total = 2,75 x 4,25

Fig. 26.1. Caracteristici ale arborelui elicei. A. arbori de elice. B. mișcarea punții spate.

exemplul 26.2. Un motor dezvoltă 29,5 kwla 2000 rpm când cuplul este maxim. Raportul de transmisie inferior este de 3:1, iar reducerea punții spate este de 4,5: 1. Sarcina pe fiecare ax de conducere este de 7357,5 N când mașina este complet încărcată. Diametrul roții peste pneuri, este 0.71 m și coeficientul de aderență între anvelopă și tijă este de 0,6. Dacă tensiunea admisă în materialul arborelui
nu este permisă să depășească 22072,5 x 104 Pa, găsiți diametrul arborelui osiei.

soluție.


ambele împreună produc stres maxim la centru, care este prea puțin în comparație cu stresul de proiectare. Din nou, intensitatea efortului de forfecare datorat torsiunii este cea mai mare la suprafață și zero în centrul osiei. Astfel, arborele este destul de sigur în forfecare directă.
diametrul osiei – 35,3 mm. Ans.
26.1.2.

arbori de antrenare

acești arbori au o lungime relativ scurtă și, acolo unde spațiul este o limitare, sunt făcuți solizi pentru a oferi spațiu pentru mișcarea suspensiei și, în caz contrar, secțiunea tubulară ușoară este adesea utilizată. Distanța scurtă dintre roata de drum și carcasa de antrenare finală, combinată cu o mișcare mare a roții de drum datorită deformării suspensiei, determină unghiul maxim de antrenare al îmbinărilor universale și variația mare a lungimii arborelui. O articulație CV la fiecare capăt al arborelui de antrenare îndeplinește cerința unghiului, iar o articulație CV plonjată găzduiește schimbarea lungimii. Vehiculele cu tracțiune spate care au suspensie spate independentă au nevoie de un arbore de antrenare pentru a conecta roata de drum la ansamblul de antrenare final fix. Pe aceste vehicule, în mod normal, o îmbinare CV de tip plonjare este încorporată la fiecare capăt al arborelui de antrenare.
26.1.3.

vibrația arborelui elicei

autovehiculele mici, camionetele scurte și camioanele încorporează un singur arbore cardanic cu o articulație antiderapantă la capătul frontal, fără a avea vibrații nedorite. Vehiculele cu ampatament mai lung necesită un arbore de elice mai lung, care are tendința de a se deforma și de a se învârti în anumite condiții de funcționare (Fig. 26.3). Ca urmare, vibrațiile rezonante sunt configurate în corpul vehiculului, astfel încât corpul vibrează pe măsură ce arborele se învârte.
principalii factori responsabili de frecvența de rezonanță a arborelui cardanic care provoacă vibrația pot fi grupați după cum urmează :
(i) factorii legați de arborele elicei sunt(a) diametrul și lungimea arborelui,
(6) echilibrarea arborelui asamblat și a îmbinărilor și (c) Rezistența la încovoiere a arborelui.

Fig. 26.3. Arbore de elice simplu dintr-o singură bucată folosind o articulație de alunecare și două îmbinări universale.
(ii) factorii legați de caroseria vehiculului sunt
(a) tipul și forma structurilor caroseriei, secțiunile cutiei de armare
etc., (6) amplasarea componentelor în structura caroseriei,
și
(c) calitățile de prindere a vibrațiilor liniei de antrenare furnizate de suporturile motorului și transmisiei, izolația panoului bucșelor de arc etc.
un arbore rotativ se învârte dacă Centrul de greutate al masei arborelui este excentric datorită căruia forța centrifugă tinde să plece arborele astfel încât să orbiteze în jurul axei longitudinale a arborelui. Deformarea excentrică a arborelui crește odată cu creșterea vitezei, ca urmare crește și forța centrifugă. Prin urmare, efectul este cumulativ și progresiv până când vârtejul devine critic provocând vibrații violente.
factorul responsabil pentru deplasarea centrului de greutate al unui arbore circular susținut orizontal între rulmenți pe o parte a axei centrale este următorul.
(a) căderea arborelui între centre.
(b) grosimea neuniformă a peretelui în jurul circumstanțelor unui arbore elicoidal tubular tras fără sudură.
(c) Cantitatea de metal sudat poate să nu fie echivalentă cu masa de pe partea opusă a unui arbore tubular, înfășurat dintr-o foaie plată.
(d) excentricitatea arborelui față de axa de rotație cauzată în cazul în care arborele tubular este forțat pe adânciturile arborelui cotit universal, care au fost rotite între centrele libere.
(e) dacă jugurile de îmbinare și brațele de trunchi sunt asamblate foarte ușor într-o parte, atunci când îmbinările universale sunt montate la capetele arborelui, care sunt apoi sprijinite pe rulmenți.
( / ) dacă distanța dintre splinele tată și mamă permite deplasarea arborelui într-o măsură limitată, atunci când se utilizează un cuplaj de alunecare la un capăt al arborelui.
viteza critică de rotire a unui arbore este invers proporțională cu pătratul lungimii arborelui. De exemplu, dacă un arbore cu o viteză critică de învârtire de6000 rpm este dublat în lungime, viteza critică de învârtire a noului arbore se reduce la 1500 rpm, sfertul acestei valori. Pe de altă parte, prin reducerea la jumătate a lungimii arborelui, viteza critică crește de patru ori, adică 24000 rpm. Astfel, reducerea la jumătate a lungimii plasează viteza critică considerabil peste viteza maximă a arborelui elicei pentru un vehicul.
în general, rigiditatea arborelui cardanic este mărită prin extinderea capătului posterior al arborelui principal al cutiei de viteze și a carcasei (Fig. 26.4 a) sau arborele și carcasa pinionului de antrenare finală (Fig. 26.4 B). Abordarea anterioară este obișnuită pentru mașinile de dimensiuni medii, iar cea ulterioară a fost utilizată cu un anumit succes la mașinile mai mari cu suspensie cu arc elicoidal spate cu brațe de tracțiune și stabilizatoare ale tijei de legătură. O articulație de alunecare este instalată în mod normal la capătul cutiei de viteze a arborelui elicei, ceea ce permite arborelui elicei să își regleze automat lungimea în conformitate cu modificările de deviere a suspensiei.
o altă metodă de rezolvare a problemei vibrațiilor este prin creșterea diametrului arborelui, dar aceasta crește rezistența acestuia dincolo de cerințele sale de cuplu. De asemenea, aceasta crește inerția sa, care se opune accelerației și decelerării vehiculului. O soluție adoptată frecvent este utilizarea arborilor elicei împărțiți susținuți de rulmenți intermediari sau centrali. Această abordare a fost folosită și în trecut pe mașinile mari pentru a coborî transmisia (a) de la cutia de viteze montată în față la puntea spate. Ca urmare, înălțimea tunelului de pardoseală este redusă, iar dezavantajele unui arbore mai gros sunt evitate. “Atunci când acest aranjament este utilizat pe vehicule comerciale, decalaje mari între liniile centrale ale cutiei de viteze și pinionul final , linia centrală poate fi furnizată în două sau trei etape.
platformă.
26.1.4.

arbori de elice divizați și suportul lor

linii de antrenare din două piese, cu doi arbori și un lagăr intermediar de susținere (Fig, 26.5) sunt utilizate în general pe camioane cu ampatamente de la 3,4 la 4,8 m. arborele elicei din două piese folosește trei îmbinări universale. Arborele elicei primar este de tip fix-articulații-și-tub-asamblare, și arborele elicei secundar încorporează o alunecare-comun la capătul lagărului de sprijin pentru a avea grijă de orice extensie din cauza mișcării suspensiei. În general, arborele primar este în linie cu axa arborelui principal al cutiei de viteze, dar arborele secundar este ușor înclinat să intersecteze arborele pinion al unității finale a punții spate. Cu toate acestea, în cazul vehiculelor cu șasiu înalt, ambii arbori sunt montați Înclinați pentru a reduce unghiul efectiv de înclinare a arborelui. Când arborele primar este în conformitate cu arborele de ieșire al cutiei de viteze, cuplajele universale de tip cauciuc sunt uneori utilizate pentru a umezi vibrațiile torsionale transmise mai eficient decât îmbinările convenționale din oțel.
pentru vehiculele cu ampatamente mai mari de 4,8 m, o linie de antrenare din trei piese cu doi rulmenți intermediari de susținere poate fi mai potrivită (Fig. 26.6). Sunt utilizate patru îmbinări universale, iar arborele intermediar se află paralel cu arborele de ieșire al cutiei de viteze. Numai arborele elicei din spate folosește din nou o articulație de alunecare pentru a se adapta schimbării lungimii arborelui.
26.1.5.

lagărele de sprijin intermediare ale arborelui elicei

ansamblurile intermediare de lagăr și montare sunt încorporate pentru a poziționa și susține arborii elicei divizați. Aceste ansambluri sunt fie de tip (i) suporturi de rulment auto-aliniate de tip ( ” ) suporturi de rulmenți montate flexibil. Suporturile cu rulmenți intermediari auto-aliniați sunt utilizate în cea mai mare parte pe camioanele grele. Un tip al acestui suport de rulment este un rulment cu bile pe două rânduri, cu o cursă interioară cu caneluri adânci și o cursă exterioară semicirculară internă (Fig. 26.7 A). Acest aranjament compensează orice deviere a arborelui prin cursa interioară și bilele, care se înclină în jurul scaunului sferic fix al cursei exterioare.
o altă metodă este utilizarea unui rulment cu bile cu caneluri adânci cu un singur rând, cu un profil sferic la periferia raselor exterioare. Cursa cu bile este apoi încastrată într-un inel de susținere din oțel al cărui profil intern se potrivește cu exteriorul rulmentului (Fig. 26,7 B). Mișcarea relativă a rulmentului și a inelului poate absorbi orice nealiniere. Deoarece ambele aranjamente de mai sus necesită lubrifiere periodică, garniturile de ulei sunt utilizate pentru a reține grăsimea și, de asemenea, pentru a menține murdăria din șinele rulmentului.

Fig. 26.4 o singură bucată drive-line. A. cu carcasă extinsă a cutiei de viteze.
B. cu carcasă diferențială extinsă-

Fig. 26.5. Linie de antrenare din două piese cu rulmenți de susținere intermediari unici.

Fig. 26.6. Trei piese drive-line cu două lagăr suport intermediar.

Fig. 26.7, ansambluri Divided ‘ propeller-ax suport-rulment.
A. suport rulment auto-aliniat pentru vehicule comerciale cu două rânduri.
B. cursă de rulmenți exteriori autoaliniați cu un singur rând pentru vehicule comerciale.
C. suport pentru rulmenți cu bloc de cauciuc greu.
D. suport flexibil pentru rulmenți mediu și greu.
E. auto și van v-secționat suport rulment din cauciuc.
F. auto și van dublu fold cauciuc rulment mount.
suporturile de rulmenți intermediare montate flexibil sunt utilizate atât pentru vehiculele ușoare, cât și pentru cele grele. Aceste tipuri folosesc un rulment cu bile cu un singur rând, care se potrivește direct peste unul dintre arborii împărțiți, iar un element care înconjoară acest rulment este închis într-un cadru de oțel. Acest ansamblu este apoi înșurubat la carcasă sau carcasă pentru a susține arborii intermediari. Montarea din cauciuc acționează ca un suport flexibil pentru rulment, care găzduiește o ușoară înclinare a arborelui. Cauciucul flexibil acționează, de asemenea, ca un amortizor de vibrații și izolează orice vibrații ale arborelui elicei de elementele corpului.
figura 26.7C ilustrează utilizarea unui bloc de inel din cauciuc solid, care se potrivește peste un butuc de rulment pentru aplicații extra-grele. Cursa interioară a rulmentului este amplasată de flanșa articulației universale și că cursa exterioară a rulmentului este poziționată de un manșon strălucitor. Acest ansamblu necesită lubrifiere regulată. În prezent, majoritatea ansamblurilor de rulmenți intermediari ușori și grei folosesc rulmenți cu caneluri adânci pre-degresate și sigilate pe viață. Deflectoarele de praf montate pe arbore protejează rulmentul împotriva pietrișului și a vremii umede. Elementul de cauciuc este legat atât de carcasa exterioară din oțel, cât și de presarea exterioară a oțelului de rulare a rulmentului. Un aranjament de rulment, ilustrat în Fig. 26.7 D, este utilizat pentru vehicule comerciale. Un slot este realizat pe fiecare parte a matriței de cauciuc pentru a îmbunătăți flexibilitatea.
un aspect de rulment adecvat pentru autoturisme și camionete este prezentat în Fig. 26.7 E. elementul de cauciuc folosește o secțiune în formă de V, care permite elementului să se îndoaie și să se deplaseze mai ușor în poziția sa medie. De asemenea, acest lucru îmbunătățește proprietățile de amortizare a vibrațiilor ansamblului de cauciuc. Figura 26.6F reprezintă un aspect alternativ pentru vehiculele ușoare. În acest ansamblu, secțiunea din cauciuc turnat formează brațe duble de legătură, care asigură o rigiditate mai mare a rulmentului și proprietăți excelente de amortizare, fără a pierde caracteristicile sale ușor de înclinat.