9

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

Кафедра автомобілебудування

ДОСЛІДЖЕННЯ КІНЕМАТИКИ КАРДАННОЇ ПЕРЕДАЧІ

ІНСТРУКЦІЯ

до лабораторної роботи з дисциплін “Робочі процеси автомобілів і тракторів”, “Конструювання та розрахунок автомобіля” для студентів базового напрямку 6.0902 "Інженерна механіка" за фаховим скеруванням 7.090211 «Колісні та гусеничні транспортні засоби»

Затверджено на засіданні кафедри “Автомобілебудування”

Львів – 2007

1. Мета і завдання роботи.

Мета роботи – вивчити кінематику карданної передачі автомобіля з карданними шарнірами нерівних кутових швидкостей.

Завдання роботи – визначити кути повороту проміжного і веденого карданного вала в залежності від кута повороту ведучого вала при різних кутах між осями валів.

В результаті проведення роботи студент повинен:

• знати кінематику карданного шарніру нерівних кутових швидкостей;

• вміти забезпечити рівномірне обертання веденого карданного вала при будь-якій кількості карданних шарнірів в карданній передачі;

• набути навички правильного складання елементів карданної передачі автомобіля.

2. Теоретичні положення.

В одинарному карданному шарнірі нерівних кутових швидкостей (рис. 2.1) при рівномірному обертанні ведучого валу 1, ведений вал 2 обертається нерівномірно. Тобто кутові швидкості ведучого і веденого валів різні.

Рис. 2.1. Схема одинарного карданного шарніра.

З теорії механізмів і машин відомо, що співвідношення між кутами повороту ведучого і веденого валів визначається залежністю:

Продиференціювавши цей вираз отримаємо:

Оскільки кутова швидкість ведучого вала ,а веденого , то

Виражаючи кут через кут , отримаємо:

Найбільшого значення відношення досягає при (k = 0,1,2,…n) і дорівнює:

Таким чином можна записати

Тобто при постійній кутовій швидкості ведучого вала , кутова швидкість веденого вала непостійна. Вона то більша, то менша від кутової швидкості ведучого вала і за один оберт ведучого вала 2 її величина змінюється за законом синусоїди, як зображено на рис. 2.2, а.

Причому нерівномірність обертанню веденого вала збільшується зі збільшенням кута  між осями валів.

а

б

Рис.2.2. Зміна кутової швидкості веденого вала за один оберт ведучого (а), та кутове зміщення веденого валу відносно ведучого (б).

При використанні одинарного карданного шарніра нерівних кутових швидкостей для передачі крутного моменту від двигуна з моментом інерції обертових мас І_m (рис. 2.1.) до ведучих коліс внаслідок нерівномірного обертання веденого вала з моментом інерції І_а на ньому виникає інерційний момент, який визначається за другим законом Ньютона:

Значення цього моменту може в кілька разів перевищувати момент, порахований за максимальним крутним моментом двигуна. Це може привести до поломки деталі трансмісії. Для зменшення інерційного моменту можливі два принципові шляхи:

• зменшення моменту інерції деталей, що обертаються нерівномірно (в даному випадку І_а);

• зменшення або ліквідація нерівномірності обертання вала зі значним моментом інерції.

Момент інерції маховика І_а

де u_o і u_k - передавальні числа відповідно головної передачі і коробки передач;

М_а – повна маса автомобіля з вантажем;

r_k – радіус кочення колеса.

Масу автомобіля і вантажу, що він перевозить М_а суттєво змінити неможливо тому зменшити момент інерції І_а не вдається.

Для зменшення T_j ідуть другим шляхом – максимально зменшують нерівномірність обертання веденого вала з моментом інерції І_а.

В трансмісіях сучасних автомобілів використовують в основному дво- і трохшарнірні карданні передачі. Їх компонувальні схеми зображено на рис. 2.3.

Рівномірність обертання веденого вала в них досягається відповідним співвідношенням між кутами зламу  між осями валів і розташуванням вилок карданних шарнірів у певних площинах. Для двошарнірної схеми, зображеної на рис. 2.3 а, маємо:

звідки

Отже для рівномірного обертання веденого вала С необхідно, щоби кути і були однаковими і вилки проміжного вала В були в одній площині.

Якщо б вилки проміжного вала В були розведені на 90, то

Оскільки косинус кута завжди менше одиниці, то добуток двох косинусів тим більше менше одиниці і рівномірність обертання веденого вала в даному випадку досягти неможливо.

A

A

B

C

B

C

а

A

C

B

D

б

в

г

Рис. 2.3. Кінематичні схеми двошарнірних карданних передач з паралельними (а) і непаралельними (б) осями вхідного та вихідного валів і трьохшарнірної (в) карданної передачі.

В трьохшарнірній схемі, що зображена на рис. 2.3, б вилки кожного з проміжних карданних валів В і С лежать в однакових площинах. Для такої схеми:

звідки .

Щоби кути повороту ведучого і веденого валів були однаковими необхідно, щоби виконувалася умова , тобто при кутові швидкості ведучого і веденого валів будуть однакові.

В трьохшарнірній схемі, що зображена на рис. 2.3, г вилки першого проміжного карданного вала В розвернуті на 90 одна відносно одної, а вилки другого проміжного карданного вала С лежать в одній площині. Для такої схеми:

звідки

Тобто синхронність обертання ведучого і веденого валів при такій схемі досягається при

В трьохшарнірній схемі, що зображена на рис. 2.3, г вилки другого проміжного карданного вала С розвернуті на 90 одна відносно одної, а вилки першого проміжного карданного вала В лежать в одній площині. Для такої схеми:

звідки

Тобто синхронність обертання ведучого і веденого валів при такій схемі досягається у разі:

При використанні тришарнірних карданних передач кут роблять, як правило, постійним.

Кути і під час руху автомобіля постійно змінюються. Тому повністю ліквідувати нерівномірності обертання веденого вала в трьохшарнірній передачі неможливо. Однак, чим менший кут , тим нерівномірність менша. Тому рекомендується кут вибирати в межах 1…2.