- Автомобильный справочник
- для настоящих любителей техники
- Приводные валы
- История создания приводных валов
- Системы привода
- Общие показатели для приводных валов
- Угловая скорость
- Максимальный угол в шарнире
- Схемы расположения карданных валов
- Z-схема
- W-схема
- Классификация деталей автотехники по группам и подгруппам
Автомобильный справочник
для настоящих любителей техники
Приводные валы
Крутящий момент, развиваемый двигателем автомобиля, должен передаваться через коробку передач и дифференциал на ведущие колеса, для чего в автомобилях используются приводные валы. При движении автомобиля колеса постоянно перемещаются вверх-вниз, а управляемые передние колеса еще и поворачиваются вправо-влево, что не позволяет применять жесткое соединение приводных валов с другими агрегатами автомобиля. Если двигатель расположен спереди, а ведущие колеса — задние, то в качестве приводного используется вал с карданными шарнирами (карданный вал).
Задача приводного вала — эффективно передавать крутящий момент от одного агрегата к другому, независимо от того, расположены они соосно или со смещением относительно друг друга.
Приводной вал должен работать в широком диапазоне частоты вращения и при этом обеспечивать возможность достаточно больших взаимных перемещений соединяемых элементов во всех плоскостях. Разнообразие требований к шарнирам приводных валов привело к появлению самых разных вариантов привода.
История создания приводных валов
Всерьез о трансмиссии задумались создатели первых автомобилей. Сначала общепринятым был привод на задние колеса, так как решить проблемы переднего привода не удавалось. В случае передних ведущих колес крутящий момент должен равномерно передаваться не только при линейном смещении колеса вверх-вниз, но и при повороте колеса из стороны в сторону.
Для заднего привода передача крутящего момента от двигателя к заднему мосту была реализована с помощью продольного вала с карданными шарнирами. Такой подход к решению проблемы был более простым, ведь углы отклонения таких шарниров небольшие и не влияют на ходовые качества автомобиля.
Изобретение карданного шарнира восходит к XVI столетию; авторами считаются итальянец Джероламо Кардано и англичанин Роберт Гук.
В середине XVI века Кардано создал кольцевой шарнир, в котором корабельный компас оставался в горизонтальном положении, несмотря на морскую качку.
В 1664 году Роберт Гук подтвердил патентом, что его кольцевой шарнир способен соединить концы двух несоосных валов, расположенных под углом друг к другу (рис. 2 «Универсальный шарнир Роберта Гука«).
Термины «карданный шарнир» или «шарнир Гука» и сегодня напоминают об этих двух авторах давнего изобретения.
С появлением переднего привода карданные шарниры использовались и там, но в связи с повышением требований к управляемости и динамике автомобиля поиск более оптимальной передачи крутящего момента привел к появлению шарниров равных угловых скоростей (ШРУС).
На современных легковых автомобилях карданный шарнир применяется только на продольном карданном валу привода задних ведущих колес, хотя и здесь постепенно сдает свои позиции. Различия между карданным шарниром и ШРУСом объясняются в следующих главах.
На грузовых автомобилях карданный шарнир по-прежнему используется на продольном карданном валу привода задних колес, а также в виде сдвоенного карданного шарнира — на поперечных приводных валах.
В декабре 1926 года французские инженеры Пьер Фенай и Жан-Альбер Грегуар получили патент на изобретенный ими шарнир Tracta. Этот шарнир состоял из четырех деталей, соединенных скользящими направляющими. Чтобы не распадаться, он должен был постоянно находиться внутри полусферы.
Шарнир изготавливался на обычных универсальных станках и мог использоваться для передачи большого крутящего момента, поэтому во время Второй мировой войны им оснащались многие французские, английские и американские полноприводные автомобили.
Для шарнира Tracta (рис. 3 «Деталировочный чертеж шарнира Tracta») впервые было использовано определение «гомокинетический», которое и по сей день используется для обозначения шарниров равных угловых скоростей. Сам шарнир сегодня уже не применяется.
Как и в Европе, в Америке тоже пытались решить проблему синхронного вращения, и 4 мая 1923 года Карл Вайсс запатентовал разработанный им вариант такого шарнира (рис. 4 «Чертеж к патенту шарнира Вайсса«).
Этот шарнир изготавливался с 1934 года, но его массовый серийный выпуск начался только после Второй мировой войны. До середины 80-х годов прошлого века он применялся на автомобилях Mercedes-Benz.
В то время, как шарнир Вайсса допускал отклонение не более чем на 20° и применялся на автомобилях с задним приводом, шарнир Tracta мог работать уже под углом до 50°.
В современном автомобилестроении шарнир Вайсса, не в последнюю очередь из-за своей большой удельной массы, практически не применяется.
Самый распространенный в настоящее время ШРУС основан на патенте, который получил инженер Ford Альфред Ганс Рцеппа в июне 1933 года (рис. 5 «Чертеж к патенту шарнира Рцеппа«).
Для достижения современного технического уровня потребовалось много исследовательской работы. Главную роль в этом сыграли английская фирма Hardy Spicer и основанная в 1948 году немецкая компания по производству шарниров Lohr&Bulmkamp.
На базе шарнира Рцеппа, который не допускал осевого смещения, эти две фирмы разработали универсальный ШРУС с возможностью продольного перемещения деталей.
Системы привода
Большая часть выпускаемых сегодня легковых автомобилей оснащается приводными залами с шарнирами равных угловых скоростей. Отдельные схемы привода ведущих колес показаны с гомокинетическими (от греческого homos = одинаковый и kine = двигаться) шарнирами (рис. 6 «Схемы привода ведущих коле»).
При переднем приводе ведущими являются передние колеса. На приводных валах со стороны колеса применяются жесткие ШРУСы (без возможности продольного перемещения деталей), а со стороны коробки передач — универсальные (с возможностью продольного перемещения). Передние колеса — управляемые, поэтому угол поворота в шарнире со стороны колеса должен достигать примерно 50°.
Из-за поперечного расположения двигателя и связанной с этим асимметрии в моторном отсеке приводные валы могут быть разной длины.
При заднем приводе ведущими являются задние колеса. На приводных валах как со стороны колеса, так и со стороны коробки передач применяются универсальные ШРУСы, поскольку в этом случае шарнир — в отличие от переднего привода — должен компенсировать только изменение длины валов из-за хода подвески вверх-вниз.
При полном приводе ведущими являются все колеса. Шарниры приводных валов применяются точно так же, как на описанных выше переднем и заднем приводах. Крутящий момент от силового агрегата на задние или (при расположенном сзади двигателе) на передние колеса передается с помощью продольного вала.
Частота вращения валов в этом случае может достигать 6000 об/мин, поэтому продольные валы оснащаются высокооборотными шарнирами. Далее отдельные типы шарниров рассматриваются более подробно.
Общие показатели для приводных валов
Наряду с передачей усилия задачей приводных валов является и равномерная передача крутящего момента на ведущие колеса.
Угловая скорость
Приводные валы только с одним шарниром вращаются неравномерно.
Если два вала соединить простым карданным шарниром под определенным углом и вращать вал I с постоянной угловой скоростью ω1 то вал II будет вращаться с неравномерной угловой скоростью ω2 (рис. 7 «Приводные валы с одним шарниром«).
Эта неравномерность, часто называемая погрешностью карданного шарнира, выражается в синусоидальном колебании угловой скорости вала II, как показано на графике цикла вращения 360° (рис. 8 «Изменение угловой скорости в зависимости от положения карданного шарнира«).
При 0°, 180° и 360° вилка шарнира на валу I расположена горизонтально и обладает меньшей угловой скоростью, чем в вертикальных положениях 90° и 270°.
Такое ускорение и замедление крестовины шарнира соответственно изменяет и угловую скорость вала II.
Поскольку решению этой проблемы способствуют угловое и параллельное смещение валов (за счет конструктивно обусловленного расположения элементов трансмиссии и достаточно эластичных опор), карданные валы автомобиля всегда оснащаются двумя шарнирами. Это позволяет компенсировать неравномерности вращения вала.
Максимальный угол в шарнире
Максимальный угол отклонения от горизонтали (рис. 9 «Угол в шарнире«) показывает, под каким углом может работать шарнир, соответствуя требованиям по равномерности передачи крутящего момента и долговечности.
В автомобильной технике максимальный угол в шарнире может составлять более 50°.
Схемы расположения карданных валов
Неизбежно возникающую неравномерность вращения можно компенсировать последовательным размещением двух шарниров на одном валу.
При этом различают два варианта их расположения: Z-схема и W-схема.
Z-схема
Z-схема или Z-изгиб представляет собой наиболее распространенный вариант применения карданного вала. В этом случае изгиб происходит только в одной плоскости (рис. 10 «Z-схема«).
Для абсолютно синхронного вращения ведущего и ведомого валов, соединенных карданным валом, вилки шарниров этого общего вала должны находиться в одной плоскости, а углы в шарнирах должны быть одинаковы.
W-схема
Еще одним способом избежать нежелательных колебаний частоты вращения между валами I и II является W-схема их расположения (рис. 11 «W-схема«).
И в этом случае углы в карданных шарнирах должны быть одинаковыми, а их вилки — находиться в одной плоскости.
Общее правило для Z-схемы и W-схемы заключается в том, что карданный вал и соединяемые им концы ведущего и ведомого валов должны лежать в одной вертикальной плоскости.
В случае бокового смещения при использовании Z-схемы достаточно, чтобы пространственный угол оставался минимальным.
Чтобы избежать нежелательных колебаний частоты вращения вала при использовании W-схемы, угол смещения необходимо высчитать заранее (рис. 12 «Боковое смещение«).
Источник
Классификация деталей автотехники по группам и подгруппам
КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ АВТОТЕХНИКИ ПО ГРУППАМ И ПОДГРУППАМ:
1001 Подвеска двигателя (силового агрегата)
1012 Масляный насос грубой очистки (полнопоточный фильтр)
1003 Головка блока цилиндров
1014 Вентиляция (масляного) картера
1005 Коленчатый вал и маховик
1015 Пусковой подогреватель двигателя
1006 Распределительный вал
1016 Привод распределителя зажигания
1017 Фильтр очистки масла (центробежный)
1008 Газопроводы (коллектор выпускной)
1022 Устройство облегчения пуска «термостарт»
11 Система питания двигателя
1102 Дополнительный топливный бак
1117 Фильтр тонкой очистки топлива
1103 Пробка топливного бака
1121 Муфта опережения впрыска топлива
1104 Топливные трубопроводы
1127 Устройства дополнительные карбюратора
1105 Фильтр-отстойник топлива (грубой очистки)
1132 Форсунки электромагнитные
1106 ТННД — Топливный насос низкого давления
1137 Система автоматической очистки воздушного фильтра
1108 Управление карбюратором (акселератор, управление подачей топлива)
1143 Терморегулятор воздуха
1148 Дроссельный патрубок
1110 Ограничитель частоты вращения коленчатого вала двигателя
1111 ТНВД — Топливный насос высокого давления
12 Система выпуска газов двигателя
1203 Трубы и подвеска глушителя
1213 Система рециркуляции отработавших газов
1303 Трубопроводы и шланги системы охлаждения
1311 Бачок расширительный
1314 Масляный радиатор гидроусилителя механизма рулевого управления
1318 Гидромуфта привода вентилятора
1327 Воздуховоды системы охлаждения двигателя
1609 Усилитель привода управления сцеплением
1602 Педаль и привод управления сцеплением
1700 Коробка передач в сборе
1726 Привод вакуумной блокировки межосевого дифференциала
1702 Механизм переключения передач
1703 Механизм управления КПП
1771 Механизм переключения делителя передач
1720 Демультипликатор коробки передач
1772 Привод управления механизмом переключения делителя передач
1722 Механизм переключения передач демультипликатора коробки передач
1800 Раздаточная коробка в сборе
1803 Механизм переключения передач
1801 Подвеска раздаточной коробки
1804 Привод управления механизмом переключения передач
20 Гидравлический привод мостов полуприцепа
2022 Система питания гидравлического привода мостов полуприцепа
2200 Карданные валы (карданная передача трансмиссии)
2205 Карданный вал среднего моста
2201 Карданный вал основной заднего моста
2215 Приводы передних колес (валы карданные полуосей переднего моста)
2202 Основной карданный вал
2217 Приводы задних колес
2203 Карданный вал переднего моста
2218 Привод раздаточной коробки
2204 Карданный вал промежуточный заднего моста
2300 Передний ведущий мост в сборе
2303 Дифференциал и полуоси переднего ведущего моста
2301 Картер переднего ведущего моста (и коробки передач)
2304 Поворотные кулаки переднего ведущего моста
2302 Редуктор переднего ведущего моста (главная передача)
2402 Редуктор заднего моста (главная передача)
2401 Картер заднего моста
2403 Дифференциал и полуоси заднего моста
2500 Средний мост в сборе
2506 Дифференциал межосевой
2501 Картер среднего моста и кожух полуосевой
2509 Механизм блокировки межосевого дифференциала
2502 Редуктор среднего моста (главная передача)
2511 Привод включения блокировки межосевого дифференциала
2503 Дифференциал и полуоси среднего моста
2702 Седельное устройство
2707 Устройство тягово-сцепное
2703 Сцепной механизм седельного устройства
2807 Кронштейн переднего номерного знака
2808 Кронштейн заднего номерного знака
2815 Щит предохранительный
2901 Передняя подвеска в сборе
2913 Дополнительные рессоры
2902 Передние рессоры (пружины передней подвески)
2914 Рычаги задней подвески
2904 Стойки и рычаги подвески
2915 Амортизаторы задней рессоры
2916 Стабилизатор поперечной устойчивости задний
2906 Стабилизатор передней подвески
2918 Задняя балансирная подвеска
2919 Реактивные штанги задней подвески
2912 Задние рессоры (пружины задней подвески)
30 Рулевые тяги. Передняя (и задняя) ось
3000 Передняя ось в сборе
3001 Передняя ось и поворотные кулаки
3010 Кулаки поворотные задней подвески
3106 Покрышки и камеры, шины бескамерные
3113 Ступицы задних колес
3103 Ступицы передних колес
3122 Кран управления давлением к системе накачивания шин
3104 Ступицы задних колес
3124 Подвод воздуха к шинам
3105 Держатель запасного колеса
3125 Трубопроводы системы накачивания шин
3400 Рулевое управление в сборе
3408 Трубопроводы гидроусилителя механизма рулевого управления
3401 Рулевое управление (механизм рулевого управления)
3419 Радиатор масляный гидроусилителя руля
3403 Крепление (колонки) рулевого управления
3422 Вал карданный рулевого управления
3405 Цилиндр силовой гидроусилителя
3430 Клапаны управления гидроусилителем
3407 Насос гидроусилителя механизма рулевого управления
3444 Колонка рулевого управления
3501 Рабочие тормоза (передние ножные)
3521 Соединительная головка пневмотормозов
3502 Задние ножные (рабочие) тормоза (и тормозные барабаны)
3522 Клапаны управления тормозами прицепа
3504 Педаль и привод механизма управления тормозами (привод тормозного крана)
3533 Регуляторы тормозных сил
3505 Главный цилиндр тормоза (гидротормозов)
3534 Регуляторы пневмотормозов
3506 Трубопроводы пневмотормозов
3535 Регулятор тормозного момента гидравлических систем
3536 Аппаратура для обезвоживания сжатого воздуха
3508 Привод стояночного тормоза (управление ручным тормозом)
3537 Краны тормозные с ручным управлением
3509 Компрессор пневмотормозов
3546 Сигнализация прекращения действия тормозов аварийная
3510 Усилитель тормоза вакуумный
3550 Усилитель (гидровакуумный)
3551 Механизм следящий усилителя
3513 Воздушные баллоны пневмотормозов
3552 Трубопровод (гидровакуумного) усилителя
3514 Кран управления пневмотормозами (тормозной кран)
3553 Фильтр воздушный гидроусилителя
3515 Клапан-ограничитель падения давления (контрольно-предохранительная аппаратура)
3560 Трубопроводы пневмотормозов
3518 Клапан ускорительный пневмотормозов
3562 Клапаны обратные /перепускные/
3570 Тормоз вспомогательный
3579 Гидроагрегат антиблокировочной системы
3722 Предохранители (электрических цепей)
3702 Реле-регулятор (напряжения)
3703 Аккумуляторная батарея
3704 Выключатель зажигания (замок зажигания)
3726 Указатели поворота (передние)
3707 Свечи зажигания (запальные) и провода
3730 Электродвигатели (электродвигатель отопителя)
3709 Электрические переключатели (переключатель света центральный)
3733 Блокировочные устройства
3710 Электрические выключатели (ножной переключатель света)
3734 Транзисторный коммутатор
3735 Сигнализация внутренняя
3737 Выключатель массы (батареи)
3713 Освещение щитка приборов
3738 Сигнализация световая
3714 Плафоны внутреннего освещения
3715 Переносная и подкапотная лампы
3741 Электрооборудование предпускового подогревателя
3743 Фары противотуманные
3717 Фонарь освещения номерного знака
3747 Реле разного назначения
3719 Арматура светомаскировочная
3757 Фонари опознавательные
3720 Выключатель сигнала торможения
3801 Щиток приборов (комбинация)
3819 Вал гибкий (спидометра)
3803 Контрольные лампы (Фонари контрольных ламп)
3827 Датчик указателя уровня топлива
3828 Датчик указателя температуры охлаждающей жидкости
3829 Датчик указателя давления масла
3806 Указатель уровня топлива
3807 Приемник указателя температуры воды
3808 Указатель температуры воды
3847 Блок электронного управления
3810 Манометры (указатель давления масла)
3848 Приборы и аппаратура диагностики
3861 Система электронного управления АБС
3862 Датчики антиблокировочной системы тормозов
3814 Индикатор засоренности воздушного фильтра
3868 Искрогасящее устройство
39 Шоферский инструмент и принадлежности
3901 Разный шоферский инструмент
3912 Санитарные принадлежности
3903 Таблички (инструкционные)
3916 Насос для ручного переливания топлива
3906 Комплект запасных частей
3917 Шланг для накачивания шин
3919 Ящик для инструмента
3909 Запасные бачки (для масла)
3924 Специальный инструмент
3925 Тали подъема запасного колеса
3927 Упоры противооткатные
4202 Коробка отбора мощности односкоростная
4222 Кран управления давлением системы накачки шин
4206 Коробка отбора мощности реверсивная односкоростная
4207 Коробка отбора мощности
4224 Головка подвода воздуха к шинам колес
4216 Управление коробкой отбора мощности
4225 Трубопроводы системы накачки шин
4504 Трос и крюк лебедки, цепь
4502 Карданные валы привода лебедки
47 Оборудование дополнительное
4711 Электронагреватели сидений
5000 Кабина (кузов) в сборе
5001 Крепление кабины (кузова)
51 Детали основания (пола) кабины, Пол кузова
5101 Детали пола (основание кузова), пол
5112 Термошумовая изоляция
5109 Коврики пола (и багажника)
5205 Стеклоочиститель и привод
5202 Петли ветрового стекла
5206 Стекла и уплотнение ветрового стекла (детали)
5204 Механический подъемник ветрового стекла
5208 Обмыв ветрового стекла (омыватель)
5301 Каркас и панели передка
5326 Консоль панели приборов
5312 Термоизоляция передка
5403 Окно стенки боковины задка кузова
5402 Обивка боковины кузова
56 Задок кабины (задок кузова)
5612 Термошумовая изоляция задка кузова
5604 Крышка багажника кузова
5613 Крышка люка запасного колеса
5605 Детали багажника (петли и упор крышки)
5629 Воздуховод (вентиляция вытяжная)
5606 Замок, ручка и привод (багажника)
5712 Термошумовая изоляция
5702 Обивка крыши внутренняя
6100 Дверь кабины передняя в сборе
6105 Замок и ручки передней двери
6101 Каркас и панели кабины (детали передней двери)
6106 Навески передней двери
6102 Обивка передней двери
6107 Уплотнение передней двери
6112 Термошумоизоляция передней двери
6104 Механизм перемещения стекла двери (стеклоподъемник)
6114 Подлокотник передней двери
6200 Дверь задняя в сборе
6205 Замок и ручки задней двери
6206 Замок и ручки (навеска задней двери)
6207 Уплотнитель задней двери
6212 Термошумоизоляция задней двери
6204 Стеклоподъемник (механизм перемещения стекла)
6214 Подлокотник задней двери
6300 Дверь задка кузова в сборе
6306 Навеска двери задней (и механизм уравновешивания замка двери задка)
6302 Обивка двери задка кузова
6307 Уплотнитель двери задка кузова
6313 Стеклоочиститель двери задка
6800 Сиденье водителя в сборе (и переднее сиденье)
6823 Подушка заднего сиденья
6824 Механизм регулирования положения заднего сиденья
6803 Подушка сиденья водителя (и переднего сиденья)
6825 Спинка заднего сиденья (основание)
6804 Механизм регулирования сиденья водителя (и переднего сиденья)
6826 Подлокотник заднего сиденья
6805 Спинка сиденья водителя (и переднего сиденья)
6828 Подголовник заднего сиденья
6808 Подголовник сиденья водителя
6841 Остов двухместного сиденья
6842 Обивка двухместного сиденья
6812 Обивка переднего сиденья
6843 Подушка сиденья пассажира
6813 Подушка переднего сиденья
6845 Спинка двухместного сиденья
6814 Механизм регулирования положения переднего сиденья
6815 Спинка переднего сиденья
6871 Остов откидного сиденья
6818 Подголовник переднего сиденья
6873 Подушка откидного сиденья
6875 Спинка откидного сиденья
6822 Обивка заднего сиденья
6900 Сиденье в сборе (переднее)
6904 Механизм регулировки сиденья
6901 Остов сиденья (переднего)
6905 Спинка пассажирского сиденья
6906 Подлокотник переднего сиденья
6903 Каркас переднего пассажирского сиденья
7000 Заднее сиденье в сборе
7003 Каркас подушки заднего сиденья
7001 Остов заднего сиденья
7005 Каркас спинки заднего сиденья
7002 Обивка заднего сиденья
7006 Подлокотник заднего сиденья
7100 Сиденье одноместное в сборе
7300 Сиденье трехместное в сборе
7500 Откидное сиденье в сборе
7802 Накладка перегородки
80 Оборудование специализированное
8005 Сиденье сопровождающего
8008 Ящик для предметов ухода
8036 Крепление возимого оборудования
81 Отопление и вентиляция кабины
8111 Компрессор хладагента
8102 Обогрев ветрового стекла
8103 Распределитель воздухообогрева
8104 Вентиляция кабины (кузова)
8107 Крепление заднего отопителя
8108 Обогрев боковых стекол кузова
8109 Управление отоплением (и вентиляцией)
8121 Аппаратура регулирования контроля кондиционирования воздуха
8110 Отопление кузова заднее
8126 Обогрев стекла окна задка
8201 Зеркало заднего вида
8202 Поручни (держатели) (и крючок для одежды)
8208 Отражатели света (световозвращатели)
8212 Орнамент и декоративные надписи
8204 Противосолнечный козырек
8406 Запор капота (замок и привод замка капота)
8407 Навеска и упор капота
8412 Шумоизоляционная накладка капота
8403 Переднее крыло (и фартук крыла)
8507 Инструментальный ящик платформы
8502 Боковой борт платформы
8503 Задний борт платформы
8511 Брызговики платформы
8504 Передний борт платформы
86 Опрокидывающий механизм-платформа автомобиля-самосвала
Источник