engrenage à cardan

Informations générales sur les engrenages à cardan :

Le pignon intermédiaire sur les voitures sur les tracteurs transmet le couple, si le pignon intermédiaire est placé entre des unités reliées de manière rigide au châssis ou à la carrosserie de la voiture, l'angle entre les axes de leurs arbres lorsque le châssis est déformé ne doit pas dépasser 2-3 degrés . Si en se déplaçant Véhicule une ou les deux unités connectées se déplacent avec les roues (ponts), puis l'angle entre les axes des arbres de ces unités augmente, atteignant dans la plage de 15 à 20 degrés, et dans les véhicules tout-terrain, la limite atteint de 30 à 45 degrés. Les connexions ou transferts intermédiaires comprennent :

Transmissions par cardan de vitesses angulaires égales et inégales

Ils ont les exigences suivantes :

Transmission du couple sans créer de moments de flexion et de torsion supplémentaires

Vibrations et charges axiales

Assurer l'égalité des vitesses angulaires

Fonctionnement silencieux

Les engrenages intermédiaires selon leur objectif, c'est-à-dire selon la transmission du couple, sont divisés en:

Connexions élastiques

engrenages à cardan

Joints homocinétiques

Les entraînements à cardan des voitures et des tracteurs se composent des pièces principales suivantes :

Articulations élastiques (Cardans souples)

Des connexions élastiques sont installées entre les éléments de transmission afin de réduire les charges dynamiques avec une forte augmentation de celles-ci, amortissant les vibrations et les vibrations de torsion, c'est-à-dire pour amortir les fluctuations de charge. En tant qu'élément élastique, des oreillers ou des bagues en caoutchouc sont le plus souvent utilisés. Les liaisons élastiques les plus courantes sont de deux types :

Avec disque élastique

Avec douille en caoutchouc

Avec un disque élastique, il fonctionne de manière satisfaisante sous un angle de 2 à 5 degrés

Avec douilles caoutchouc-métal dont le nombre est choisi de 4 à 8 degrés, selon la valeur du couple transmis et selon le type trottoir conditions de fonctionnement, etc... Angle admissible entre les arbres dans la douille caoutchouc-métal du joint universel augmente à 12 degrés. Les propriétés physiques et mécaniques du caoutchouc utilisé dans les bagues caoutchouc-métal sont les suivantes :

La résistance à la traction doit fournir à partir de 150 kPa

Allongement relatif pas moins de 350%

Cardans asynchrones.

Les engrenages à cardan se composent d'un ou deux joints de cardan. La charnière est une pièce en forme de fourche reliée par des croix et sert à relier les arbres d'entrée et de sortie, ainsi qu'à transmettre le couple.

Les conditions de travail chaîne cinématique sont déterminés par l'angle entre les axes de leurs arbres : plus l'angle est grand, plus les conditions de fonctionnement sont difficiles. L'efficacité diminue fortement en fonction de facteurs externes. Lorsque les arbres sont tournés à un angle, la traverse oscille sur des pointes dans l'angle, ce qui provoque une rotation inégale de l'arbre, avec une rotation uniforme de l'arbre d'entrée. Pour toute position des arbres, l'égalité égale à :

Où sont les coins rotation du maître et de l'esclave. Les fourches intérieures des charnières sont placées sur l'arbre dans le même plan, tout en marquant avec une marque. Si les angles sont les mêmes, c'est-à-dire a1 = a2, alors la rotation synchrone de l'ensemble du système est assurée. Un engrenage à cardan est une combinaison de joints de cardan et d'arbres à cardan, qui est conçue ou sert à connecter des unités de transmission dont les axes ne correspondent pas, ainsi qu'à transmettre le couple. Chaque charnière se compose de fourches, d'une croix, de roulements à aiguilles, dont les verres sont fixés avec des couvercles et des boulons. Un graisseur est parfois prévu dans la croix, et une lubrification longue durée est injectée dans le roulement. Mouvement axial arbres à cardan réalisées grâce à l'utilisation d'un joint mobile, les joints mobiles peuvent être à frottement roulant. Leurs éléments de travail, c'est-à-dire des billes ou des rouleaux, ont une forme de surface cylindrique ou sphérique et se déplacent dans les rainures du profil correspondant.

Dans les conceptions d'engrenages à cardan, les joints mobiles à frottement glissant sont le plus souvent utilisés. Dans ce cas, les arbres sont réalisés avec des profils fendus en développante ou rectangulaires. Pour augmenter la résistance à l'usure, les cannelures sont revêtues de matériaux polymères anti-friction; lors de la rotation ou lors de la transmission de couple sur une longue distance, deux arbres à cardan sont utilisés avec trois charnières et avec un support intermédiaire de l'un des arbres (palier de suspension).

Joints de vitesses angulaires égales - les joints sont principalement utilisés lors de la transmission du couple aux roues directrices entraînées. Dans ce cas, une rotation uniforme des roues est assurée à de grands angles changeants entre les arbres. Lors de l'installation de joints homocinétiques, les vitesses angulaires des arbres reliés par eux seront les mêmes pour n'importe lequel de leurs déplacements angulaires. Les joints homocinétiques (joints synchrones) se distinguent par le type d'éléments de travail, joints à double cardan avec roulements croisés et à aiguilles, joints à rotule à 4, 6 billes, disque. Sur les véhicules tout-terrain, les joints à rotule avec rainures de division et levier de division sont largement utilisés

Agence fédérale pour l'éducation

Académie nationale de l'automobile et de la route de Sibérie (SibADI)

Département "Automobiles et Tracteurs"

ENGRENAGE A CARDAN

Lignes directrices pour la mise en œuvre de travaux de laboratoire sur la discipline "Conception de voitures et de tracteurs" pour les étudiants de la spécialité 190100

Compilé par : A.M. Zarshchikov

LEUR. Knyazev

I.V. Khamov

Maison d'édition - SibADI

Critique doc. ceux. sciences, prof. V.V. Evstifev

Les travaux ont été validés par le conseil scientifique et méthodologique de la spécialité "Automobiles et industrie automobile" comme des lignes directricesà l'accomplissement travail de laboratoire dans la discipline "Conception de voitures et de tracteurs" pour les étudiants de la spécialité 190100.

Engrenage à cardan : Lignes directrices pour la mise en œuvre des travaux de laboratoire dans la discipline "Conception de voitures et de tracteurs" pour les étudiants de la spécialité 190100 / Comp. : A.M. Zarshchikov, I.M. Knyazev, I.V. Khamov - Omsk : Maison d'édition SibADI, 2013.- 18 p.

Les variantes d'engrenages à cardan de la voiture, leur travail sont pris en compte. et des éléments de calcul.

Il. 15. Bibliographie : 3 titres.

© Compilé par : A.M. Zarshchikov, I.M. Knyazev, I.V. Khamov

2013

1. DISPOSITIONS PRINCIPALES ……………………………………...…...4

1.1. Classification des engrenages à cardan ..…..…………………………...4

1.2. Cinématique du joint universel asynchrone de Hooke…………….9

1.3. Fréquence critique de rotation de la chaîne cinématique (KChV) ......... 13

2. ORDRE DES TRAVAUX…………………………………………...15

3. QUESTIONS DE CONTROLE……………………………………………15

RÉFÉRENCES……………………………………….....16

Objectif du travail : étudier le dispositif et le fonctionnement d'une chaîne cinématique automobile.

Equipement : stand avec un modèle de transmission par cardan basé sur le joint asynchrone de Hooke.

DISPOSITIONS PRINCIPALES

1.1. Classification des engrenages à cardan

L'engrenage à cardan sert à transférer le flux de puissance entre les unités de transmission, dont la position linéaire et angulaire mutuelle change pendant le fonctionnement.

Exigences de transmission

Fournir une connexion synchrone des vitesses angulaires de rotation des liaisons menante et menée.

Permettre des angles de déviation entre les axes des arbres dépassant le maximum possible pendant le fonctionnement.

Les vitesses critiques doivent dépasser le maximum possible pendant toute la période de fonctionnement.

Fournir un amortissement partiel des charges dynamiques de transmission.

Pour éviter l'apparition de bruits et de vibrations dans toute la plage de vitesses de fonctionnement.

Classification:

1. Par cinématique :

Joints de vitesses angulaires égales (joints homocinétiques).

Charnières de vitesses angulaires inégales.

2. Par conception :

Avec joints de cardan simples (Fig. 1. Joint de Hooke). Ce sont des rotules de vitesses angulaires inégales (asynchrones).

Un joint homocinétique (joint homocinétique) avec un levier diviseur de type "Rcepp" (Fig. 2.).

Joints à rotule de vitesses angulaires égales avec leviers de division ou rainures de division (Fig. 3).

Riz. 1. Cardan asynchrone Hooke

Riz. 2. Joint homocinétique avec levier diviseur :

1 - arbre entraîné; 2 - levier diviseur; 3 - coupelle sphérique (partie de l'arbre entraîné); 4 - poing sphérique (sur les cannelures de l'arbre d'entraînement); 5 - arbre d'entraînement; 6 – séparateur à bille sphérique ; 7 - ressort de compression pour une installation sans jeu du levier

Les joints homocinétiques les plus utilisés avec des rainures de séparation. Sur les voitures domestiques modernes, la traction avant est réalisée à l'aide de telles charnières. À l'extérieur (près de la roue), un joint à six billes de type "Birfield" est généralement installé. Il vous permet de tourner le volant jusqu'à 45 0 .

Sur la fig. 3a montre un dessin de la charnière, et à la fig. 3b est un schéma de la charnière et du placement de la balle 2 dans le corps 1 et le poing 4. Sous le numéro 3 est représenté un séparateur sphérique, qui s'accouple simultanément avec la surface sphérique du corps 1 le long du rayon R 2 et la surface sphérique du poing 4 le long du rayon R une . L'arbre 5 est relié à transmission finale, et la roue motrice de la voiture est fixée à l'arbre provenant de la caisse 1.

Riz. 3. Joint homocinétique avec rainures de pas

La charnière interne (Fig. 4), également de vitesses angulaires égales, vous permet toujours de modifier la longueur de l'entraînement pour compenser le débattement de la suspension, en se déplaçant longitudinalement. C'est pourquoi on l'appelle universel.

Riz. 4. Joint homocinétique universel interne

Dans celui-ci, le séparateur 4 a des centres différents des sphères externe et interne. De plus, la sphère du séparateur, qui épouse le corps 1, passe dans sa partie étroite dans une surface généralement conique. Les rainures du corps 1 et du poing 3 sont longitudinales, de sorte que la balle non seulement roule, mais glisse également pendant le mouvement longitudinal de l'arbre avec le poing 4. Angle maximum la pente d'une telle charnière, en relation avec ce qui précède, ne dépasse pas 20 0 .

Joints universels à trois goujons de vitesses angulaires égales (Fig. 5) :

Riz. 5. Joint homocinétique à trois goujons

a) dur (ne modifie que l'angle entre les arbres, il se tient donc à l'extérieur (Fig. 5);

b) un joint universel du même type permet à la transmission d'avoir des mouvements longitudinaux pour compenser le mouvement de la suspension.

Les rouleaux 3 sont placés sur trois pointes 2, qui roulent sur la fourche 4. De plus, il est possible de déplacer le rouleau le long de la pointe 2.

Les joints homocinétiques de ce type ont reçu peu de distribution en raison de la charge plus importante des pièces.

Came (fig. 6.) et disque (fig. 7.) SHRUS.

Riz. 6. Joint à came

Riz. 7. Joint homocinétique de disque

3. Rigidité torsionnelle :

Avec charnières rigides.

Avec charnières élastiques (élastiques).

4. Selon l'angle de déviation limite :

Avec cardans pleins (angle de déviation supérieur à 40 0). Ces charnières sont décrites ci-dessus.

Avec joints semi-cardan (les angles ne dépassent pas 1,5 ... 2,0 0, Fig. 8).

Riz. 8. Joint semi-cardan

L'arbre central de la fig. 8. sur les bords a des engrenages qui sont en prise avec accouplements à engrenages, et ceux-ci, à leur tour, recouvrent les engrenages des arbres menant (gauche) et mené (droit) avec leurs dents. Dans chaque engrenage, un léger désalignement est possible, ce qui permet d'obtenir un faible écart angulaire de l'arbre mené par rapport à celui menant. Mais, comme les partenaires d'engrenage sont asymétriques, ils s'usent rapidement et de manière inégale.

Les accouplements flexibles appartiennent également aux joints semi-cardan.

Quatre roues motrices signifie que le couple est fourni à chaque roue. Et pour que la roue puisse bouger et tourner par rapport au corps

En fait, le lecteur fait tourner les roues. Quand à l'écran tableau de bord votre SUV, une image animée de la répartition de la traction le long des essieux et des roues apparaît, elle répète exactement le véritable système d'arbres sous son fond. Ces arbres sont des barres métalliques épaisses ou des tubes avec des charnières aux extrémités. La charnière vous permet de transmettre la rotation sous un angle: les roues, ainsi que la suspension, montent et descendent, et les roues avant tournent également à un angle décent.

LA PREMIÈRE CHAÎNE

Au début, le monde des transmissions était dominé par les courroies en cuir, les mêmes que celles utilisées dans les machines-outils. Aux vitesses alors faibles et à la puissance dérisoire des moteurs, c'était encore bien, mais dès que les vitesses ont augmenté, les chaînes à rouleaux à maillons mobiles, comme les motos, sont devenues populaires. La transmission à l'arrière de la voiture se terminait par un pont conventionnel fixé rigidement au châssis. Au lieu de roues, des pignons d'entraînement étaient fixés à ses extrémités et des pignons entraînés étaient fixés aux roues suspendues à des ressorts. Pour un couple roues arrières il y avait deux ponts - principal et suspendu, et l'affaissement libre des chaînes offrait une certaine mobilité à ces dernières. Il n'était pas question d'entraîner les roues avant pivotantes avec leur aide.

Ce schéma a été rapidement abandonné en raison de son encombrement et de son manque de fiabilité, et ils ont commencé à en proposer des plus avancés.

D'OÙ VIENNENT LES JERKS ?
Par vitesse angulaire inégale, on entend une rotation dans laquelle la roue accélère et décélère continuellement à chaque quart de son tour. En plus des effets néfastes sur pilotage et suspension (à-coups), le travail avec une vitesse angulaire inégale entraîne une usure rapide de l'ensemble de la transmission. La rotation inégale de la transmission est d'autant plus grande que l'angle entre les axes de ses arbres est grand. Dans ce cas, la partie avant de la charnière tourne uniformément.

CARDANO ET LÉONARD

Pensez-y, le principe de la transmission par cardan a été décrit en détail par Girolamo Cardano au 16ème siècle, et pour la première fois il a été mentionné par Léonard de Vinci ! Mais c'est une chose à inventer, et une autre - à incarner dans le métal.

Première arbres à cardan installés sur les voitures déjà dans la première décennie du XXe siècle. De tous les engrenages mobiles utilisés aujourd'hui, l'engrenage à cardan est le plus simple. Quatre roulements à aiguilles et une croix. Sa simplicité est contrebalancée par un inconvénient important : les petits angles de travail. Jusqu'à 12 degrés, il tourne toujours plus ou moins doucement. Ci-dessus - avec des secousses. Peu de gens savent qu'il est nocif pour un cardan de fonctionner même sans différence angulaire: les aiguilles fixes des roulements font des rainures dans les doigts d'appui des croix, privant la connexion de mobilité. Par conséquent, les cardans reçoivent généralement un petit angle de travail (1,5 à 2 °).
Le cardan est bon pour entraîner les roues arrière sédentaires, mais qu'en est-il des roues avant, où les angles de braquage approchent souvent les 30 degrés ?

À essieu avant la célèbre Jeep a vécu pendant de nombreuses années avec des traverses à double cardan. La solution, ingénieuse dans la simplicité - diviser l'angle de travail par deux entre deux charnières - présente deux inconvénients notables : l'encombrement de la structure et tout de même des à-coups avec le volant tourné au maximum. Nous devions proposer quelque chose de radicalement nouveau.

LES PARALLÈLES NE CONVERGENT PAS
Dans les arbres à cardan classiques de la transmission par essieu, deux croix sont utilisées, dont les oreilles sont situées sur le même arbre dans le même plan. Les arbres eux-mêmes sont positionnés, si possible, de sorte que les axes de l'arbre de sortie de la boîte de transfert (ou boîte de vitesses) et l'axe de l'arbre d'entrée train arrièreétaient parallèles. Les mêmes angles d'inclinaison, mais différemment dirigés, des croix de tels arbre à cardan contribuent à la compensation des pulsations angulaires. L'une des raisons de l'émergence des indépendants suspension arrière en ce que leur boîte de vitesses ne bouge presque pas par rapport au reste de la transmission. coins joints de cardan dans ce cas sont inchangés et minimes.

Union des aiguilles. Pas de charnière croix plus simples cardan.
Mais le constructif élémentaire comporte des subtilités opératoires.
Quatre roulements à aiguilles doivent être lubrifiés -
installé en usine ou rempli périodiquement pendant le trajet

Cote à cote. La double croix vous permet de diviser l'angle nuisible
également entre les moitiés de la charnière.
La décision approximative "sur le front" s'est avérée efficace et
assez budget, mais volumineux

LE MONDE DES BALLES GLISSANTES

Pour la première fois, transférez la rotation avec une vitesse angulaire égale et remplacez roulements à cardan boules mobiles ont été devinées par l'inventeur allemand Karl Weiss au début des années 1920. Son invention, le tout premier joint homocinétique, consistait en deux fourches aux extrémités de deux arbres, dans les rainures appariées desquelles roulaient quatre billes. La cinquième boule au centre servait de charnière, par rapport à laquelle les arbres s'inclinaient. Quelque temps plus tard, le brevet Weiss a été acheté par la société de l'inventeur et industriel américain Vincent Hugo Bendix, et jusqu'à présent, nous pouvons voir des joints homocinétiques Bendix-Weiss, par exemple, dans l'essieu avant UAZ.

Cette conception est bien adaptée pour transférer un couple solide dans les véhicules tout-terrain lourds, mais a toujours une faible ressource et des pertes notables à des angles élevés en raison de la petite surface de contact totale (seulement deux billes fonctionnent en même temps). chemin de culture joints d'angle devient une évidence : une augmentation du nombre de pièces en contact.

Bendix familier. Conception de charnière bien connue des propriétaires
UAZ et une bonne moitié des autres SUV.
Simple, technologique et peu coûteux. Un problème - seulement deux balles
transmettre simultanément la rotation, c'est pourquoi la surface de travail est petite

PLUS C'EST MIEUX

En 1936, l'inventeur Alfred Rzepp réussit à atteindre une uniformité sans précédent vitesse angulaire arbres. Les composants du succès sont six billes au lieu de quatre, une charnière sphérique et de longues rainures de guidage. Le plus souvent, nous appelons aujourd'hui cette articulation une articulation homocinétique - une articulation de vitesses angulaires égales. À proprement parler, il y a des secousses à peine perceptibles dans le joint Rzepp, mais elles sont si petites que même avec un angle de travail de 40 degrés, ce qui est énorme selon les normes des entraînements, elles peuvent être négligées. Cependant, ces charnières ont conquis le monde assez lentement: la fabrication de pièces spatiales complexes - cages intérieures et extérieures, séparateur à trous, partenaires sphériques précis - nécessitait l'équipement le plus précis et des matériaux de haute qualité. Mais ce sont les joints homocinétiques Rzeppa et leurs différents descendants (Birfields et GKN) qui dominent désormais la balle dans les systèmes traction intégrale. La «grenade» qui nous est familière dans le lecteur est-elle, l'embrayage à six billes Rzeppov.

LA MALÉDICTION DE KARDAN
Le problème des vitesses angulaires inégales est bien connu Propriétaires de Lada 4×4 et Chevrolet Niva. Joint de cardan entre boîte de vitesses et boîte de transfert l'ancienne version de la transmission, couplée à l'impact de deux essieux à cardan, est à l'origine des vibrations hors route les plus désagréables. L'une des bonnes recettes contre les vibrations - la fixation rigide des unités de transmission les unes aux autres - a été ignorée à Niva, ayant reçu une source indestructible de diverses secousses de transmission. Moins technologique, mais suivant la "règle d'or", UAZ a reçu une transmission monobloc sans joints universels intermédiaires et une transmission calme et sans pulsation.

Sphère dans une sphère. La base de l'invention de Rzepp est
surfaces sphériques glissant les unes dans les autres.
Ils nécessitent un équipement très précis pour les fabriquer.

SUR LE CÔTÉ ET À L'ARRIÈRE

Mais non seulement le SHRUS "Rzeppa" fait tourner les roues des véhicules tout-terrain. La conception ajourée de haute précision bénéficie de la compacité, mais est limitée en termes de couple. En termes simples, il est bien adapté aux VUS et aux multisegments, mais trop cher et peu fiable pour une utilisation dans les véhicules militaires et spéciaux lourds. Pour eux, la simplicité et le bon marché sont importants, et les secousses dans la transmission sont une question secondaire.

Les fabricants de voitures à traction avant, ne voulant pas verser d'argent aux sociétés détentrices des brevets Bendix-Weiss et Reppa, ont développé des conceptions simplifiées. Par exemple, la charnière "Tract" est une combinaison de cames et de douilles reliées par des pièces coulissantes avec de grandes surfaces au sol. Un dispositif similaire a un joint de disque à came domestique, qui est utilisé avec succès sur les véhicules à traction intégrale KAMAZ, KRAZ et URAL. Grand dimensions et l'énorme surface de frottement de telles charnières n'est pas terrible sur les gros équipements à couple moteur élevé, et la ressource limitée en pièces est compensée par leur bon marché et leur facilité de remplacement.

Tricky Thomson. En plaçant une croix dans l'autre,
l'ingénieur Thomson a gagné en taille, mais a perdu en force.
Faites attention au système complexe de leviers de division.

Une autre charnière ersatz porte le nom astucieux de "trépied". Tout est simple ici: trois essieux sortant dans des directions différentes à la fin de l'entraînement sont entraînés le long d'un rouleau à surface sphérique. Les rouleaux s'insèrent dans trois découpes sur la cage extérieure. Le système est simple et fiable, mais s'accommode mal des grands angles. Cependant, le trépied est souvent utilisé comme charnière avant interne. La raison est la même - la relative simplicité et le bon marché.

Trépied. Conception simple avec rouleaux et rainures dans la cage extérieure.
N'a pas peur des lacunes, mais n'aime pas les grands angles.
Fonctionne souvent comme un joint intérieur à traction avant