Transmission par cardan

Informations générales sur les lecteurs cardan:

L'engrenage intermédiaire sur les voitures sur les tracteurs transmet le couple, si l'engrenage intermédiaire est placé entre les unités rigidement reliées au châssis ou à la carrosserie des voitures, l'angle entre les axes de leurs arbres lorsque le châssis est incliné ne doit pas dépasser 2-3 degrés. Si en conduisant 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:

Engrenages à cardan de vitesses angulaires égales et inégales

Les exigences suivantes leur sont imposées:

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 en fonction de leur objectif, c'est-à-dire en fonction de la transmission du couple, sont divisés en:

Connexions élastiques

Transmission par cardan

Joints à vitesse constante

Les entraînements à cardan des voitures et des tracteurs se composent des éléments principaux suivants:

Connexions élastiques (cardans souples)

Des liaisons élastiques sont installées entre les éléments de transmission afin de réduire les charges dynamiques avec une forte augmentation, d'amortir les vibrations et les vibrations de torsion, c'est-à-dire d'amortir les fluctuations de charge. Le plus souvent, des coussins ou des coussinets en caoutchouc sont utilisés comme élément élastique. Les articulations élastiques les plus courantes sont de deux types:

Avec disque élastique

Avec bague en caoutchouc

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

Avec coussinets caoutchouc-métal dont le nombre est choisi de 4 à 8 degrés, en fonction de la valeur du couple transmis et du type surface de la route conditions de fonctionnement, etc. Angle acceptable entre les arbres dans le manchon caoutchouc-métal du cardan augmente à 12 degrés. Les propriétés physiques et mécaniques du caoutchouc utilisé dans les coussinets caoutchouc-métal sont les suivantes:

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

Allongement pas moins de 350%

Cardans asynchrones.

Les entraînements 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 connecter les arbres d'entrée et de sortie, ainsi qu'à transmettre le couple.

Les conditions de travail transmission par cardan 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 tournent à un angle, la traverse bascule sur les 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 est égale:

Où sont les coins tournant le maître et l'esclave. Les fourches intérieures des charnières sont placées sur l'arbre dans un plan, tout en marquant avec une marque. Si les angles sont les mêmes, c'est-à-dire a1 \u003d a2, alors la synchronisation de rotation de l'ensemble du système est assurée. La transmission à cardan est une combinaison d'articulations à cardan et d'arbres à cardan, conçue ou utilisée pour connecter des unités de transmission dont les axes ne coïncident pas, ainsi que pour transmettre le couple. Chaque charnière se compose de fourches, d'une traverse, de roulements à aiguilles dont les verres sont fixés avec des couvercles et des boulons. Un graisseur est parfois fourni dans la croix et de la graisse à long terme est pompée dans le roulement. Mouvement axial arbres à cardan est réalisée grâce à l'utilisation d'une articulation mobile, les articulations mobiles peuvent être à friction de roulement. 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 la conception des entraînements à cardan, les articulations mobiles à friction coulissante sont le plus souvent utilisées. Dans ce cas, les arbres sont réalisés avec des développantes cannelées ou des profils rectangulaires. Pour augmenter la résistance à l'usure, les cannelures sont recouvertes de matériaux polymères antifriction, lors de la rotation ou lors de la transmission du couple sur une longue distance, deux arbres à cardans sont utilisés avec trois charnières et avec un support intermédiaire de l'un des arbres (palier extérieur).

Charnières de vitesses angulaires égales - les charnières sont principalement utilisées pour transmettre le couple aux roues directrices motrices. Dans ce cas, une rotation uniforme des roues est assurée à de grands angles variables entre les arbres. Lors de l'installation du joint homocinétique, les vitesses angulaires des arbres qu'ils connectent seront les mêmes pour tout mouvement angulaire. Les joints homocinétiques (joints synchrones) se distinguent par le type d'éléments de travail, doubles joints universels avec roulements croisés et à aiguilles, rotules à 4, 6 billes, disque. Les joints homocinétiques à rotule avec rainures de division et levier de division sont largement utilisés sur les véhicules tout-terrain

Agence fédérale de l'éducation

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

Département "Voitures et tracteurs"

PIGNON D'ENTRAÎNEMENT

Instructions méthodiques pour la mise en œuvre des travaux de laboratoire sur la discipline "Construction 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 doct. ceux. Sciences, prof. V.V. Evstifeev

Les travaux ont été approuvés par le conseil scientifique et méthodologique de la spécialité "Automobiles et industrie automobile" comme des lignes directrices à la mise en œuvre travail de laboratoire dans la discipline "Construction de voitures et de tracteurs" pour les étudiants de la spécialité 190100.

Transmission par cardan: Instructions méthodiques pour les travaux de laboratoire sur la discipline "Construction 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.

Variantes de transmissions à cardan d'une voiture, leur travail est considéré. et les éléments de calcul.

Il. 15. Bibliographie: 3 titres.

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

2013 G.

1. DISPOSITIONS DE BASE …………………………………… ...… ... 4

1.1. Classification des disques cardan ..… .. ………………………… ... 4

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

1.3. Fréquence critique de rotation de la transmission à cardan (KCHV) ......... 13

2. ORDRE DE CONDUITE DES TRAVAUX ……………………………… ... 15

3. QUESTIONS DE CONTRÔLE ………………………………………… 15

RÉFÉRENCES ……………………………………… ..... 16

But du travail: étudier la structure et le fonctionnement d'une transmission à cardan automobile.

Équipement: un stand avec une maquette d'une transmission à cardan basée sur la charnière asynchrone de Hooke.

DISPOSITIONS DE BASE

1.1. Classification de la transmission

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

Exigences de la chaîne cinématique

Assurer une connexion synchrone des vitesses angulaires de rotation des biellettes motrices et entraînées.

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 durée de fonctionnement.

Fournit un amortissement partiel des charges de transmission dynamiques.

Évitez l'apparition de bruit et de vibrations sur toute la plage de vitesse de fonctionnement.

Classification:

1. Sur la cinématique:

Joints à vitesse égale (joints homocinétiques).

Joints de vitesse angulaires inégaux.

2. Par conception:

Avec joints universels simples (Fig. 1. Joint de Hooke). Ce sont des joints de vitesse angulaire inégale (asynchrone).

Un joint homocinétique (joint homocinétique) avec un levier d'indexation de type «Rcepp» (Fig. 2.).

Rotules de vitesse angulaire égale avec bras d'indexation ou rainures d'indexation (fig. 3).

Figure: 1. Cardan asynchrone de Hooke

Figure: 2. Charnière à vitesses angulaires égales avec levier d'indexation:

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

Les joints homocinétiques avec rainures de division sont les plus répandus. Sur les voitures domestiques modernes, la traction avant est effectuée à l'aide de ces charnières. À l'extérieur (près de la roue) se trouve généralement un joint à six rotules de Beerfield. Il vous permet de tourner la roue directrice jusqu'à 45 0.

En figue. 3a montre un dessin de la charnière, et la Fig. Diagramme 3b de la charnière et de la mise en place de la bille 2 dans le corps 1 et le charnon 4. Sous le numéro 3, un séparateur sphérique est représenté, 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 1 . L'arbre 5 à travers une charnière interne est relié à équipement principale, et la roue motrice de la voiture est fixée à l'arbre provenant du carter 1.

Figure: 3. Joint de vitesses angulaires égales 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 la course de suspension, en se déplaçant longitudinalement. Par conséquent, il est appelé universel.

Figure: 4. SHRUS universel interne

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

Articulations universelles à trois épines de vitesses angulaires égales (fig.5):

Figure: 5. Joint homocinétique à trois goujons

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

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

Les rouleaux 3 sont posés sur trois pointes 2, qui roulent sur la fourche 4. De plus, le rouleau peut se déplacer le long de la pointe 2.

Les joints homocinétiques de ce type ne sont pas largement utilisés en raison de la charge plus élevée sur les pièces.

Joints homocinétiques à came (Fig. 6.) et à disque (Fig. 7.).

Figure: 6. Cam SHRUS

Figure: 7. JOINT CV du disque

3. Par rigidité torsionnelle:

Avec charnières rigides.

Avec charnières élastiques (élastiques).

4. Par l'angle de déviation limite:

Avec arbres à cardans pleins (angle de déflexion 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).

Figure: 8. Joint semi-cardan

L'arbre central de la Fig. 8. sur les bords, il a des roues dentées qui s'engrènent avec accouplements à engrenages, et ceux-ci, à leur tour, chevauchent avec leurs dents les engrenages des arbres d'entraînement (gauche) et mené (droit). Dans chaque engrenage, un léger désalignement est possible, ce qui permet d'obtenir un petit écart angulaire de l'arbre mené par rapport à l'arbre moteur. Mais, comme les partenaires d'engrenage sont biaisés, ils s'usent rapidement et de manière inégale.

Les accouplements élastiques appartiennent également aux joints semi-cardan.

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

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

PREMIERS SHAINS

Au début, le monde de la transmission était dominé par les ceintures en cuir, les mêmes que celles utilisées dans les machines-outils. Avec les vitesses faibles et la puissance ridicule des moteurs, c'était toujours bon, mais à mesure que les vitesses augmentaient, les chaînes à rouleaux à maillons mobiles, comme sur les motos, sont devenues populaires. La transmission à l'arrière de la voiture se terminait par un essieu classique solidaire du châssis. Au lieu de roues, des pignons d'entraînement étaient attachés à ses extrémités, et ceux entraînés étaient attachés aux roues suspendues à des ressorts. Pour un couple roues arrières il y avait deux ponts - menant et suspendu, et l'affaissement libre des chaînes assurait une certaine mobilité de ces dernières. Il était hors de question de conduire les roues pivotantes avant avec leur aide.

Ce système a été rapidement abandonné en raison de sa lourdeur et de son manque de fiabilité, et ils ont commencé à en proposer des plus parfaits.

O SONT LES VESTES?
Une vitesse angulaire inégale fait référence à une rotation dans laquelle la roue est continuellement accélérée et décélérée chaque quart de sa révolution. En plus des effets désagréables sur pilotage et suspension (secousses), le travail avec une vitesse angulaire inégale est lourd d'une usure rapide de toute la transmission. La rotation inégale de la transmission à cardan 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 LEONARDO

Il suffit de penser que le principe de la transmission par cardan a été décrit en détail par Girolamo Cardano au XVIe siècle, et a été mentionné pour la première fois par Léonard de Vinci! Mais c'est une chose à inventer, et une autre: incarner dans le métal.

La première arbres à cardan s'installe dans les voitures dans la première décennie du XXe siècle. De tous les engrenages mobiles utilisés aujourd'hui, le cardan est le plus simple. Quatre roulements à aiguilles et une araignée. Sa simplicité est compensée par un inconvénient important: les petits angles de travail. Jusqu'à 12 degrés, il tourne toujours plus ou moins doucement. Plus haut - avec des secousses. Peu de gens savent que même sans différence angulaire, il est nocif pour le cardan de fonctionner: les aiguilles fixes des roulements font des rainures dans les tiges de support des traverses, privant l'articulation de mobilité. Par conséquent, un petit angle de travail (1,5 à 2 °) est généralement réglé pour les arbres à cardan.
Le cardan convient à la conduite de roues arrière lentes, mais qu'en est-il des roues avant, où les angles de braquage sont souvent proches de 30 degrés?

À essieu avant la Jeep familière a vécu pendant de nombreuses années avec des joints universels doubles. La solution ingénieusement simple - diviser l'angle de travail en deux entre les deux charnières - présente deux inconvénients notables: l'encombrement de la structure et tout de même les saccades avec le volant tourné au maximum. Il fallait trouver quelque chose de radicalement nouveau.

LES PARALLÈLES NE SE CONNECTENT PAS
Dans les arbres à cardan classiques pour essieux moteurs, deux croix sont utilisées, dont les oreilles sont situées sur un 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 de la boîte de vitesses) et l'axe de l'arbre d'entraînement train arrière étaient parallèles. Les mêmes angles d'inclinaison, mais différemment dirigés, des croix de ces arbre à cardan contribuent à la compensation des pulsations angulaires. L'une des raisons de l'émergence de l'indépendance suspension arrière le fait que leur boîte de vitesses se déplace à peine par rapport au reste de la transmission. Coins joints de cardan dans ce cas inchangé et minimal.

Union d'aiguilles. Pas de charnière traverses plus simples cardan.
Mais la construction élémentaire comporte des subtilités opérationnelles.
Quatre roulements à aiguilles nécessitent une lubrification -
réglé en usine ou réapprovisionné périodiquement pendant le trajet

Cote à cote. La double traverse vous permet de diviser l'angle nuisible
également entre les moitiés de la charnière.
Une décision brutale «frontale» s'est avérée efficace et
assez budgétaire, mais encombrant

MONDE DES BOULES GLISSANTES

Transmettre la rotation avec une vitesse angulaire égale pour la première fois et remplacer roulements à cardan L'inventeur allemand Karl Weiss a découvert des balles mobiles 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 quatre billes roulaient. La cinquième boule au centre servait de charnière contre laquelle les arbres s'inclinaient. Quelque temps plus tard, le brevet Weiss est racheté par la société de l'inventeur et industriel américain Vincent Hugo Bendix, et on peut encore voir les joints homocinétiques Bendix-Weiss, par exemple, dans l'essieu avant de l'UAZ.

Cette conception est bien adaptée à la transmission de couple solide dans les véhicules tout-terrain lourds, mais a toujours une faible ressource et des pertes notables à de grands angles en raison de la faible surface de contact totale (seules deux billes fonctionnent en même temps). La voie de l'amélioration joints d'angle devient évidente: une augmentation du nombre de pièces en contact.

Familier Bendix. Conception de charnière bien connue des propriétaires
UAZ et une bonne moitié des autres SUV.
Simple, technologiquement avancé et peu coûteux. Un problème - seulement deux balles
transmettre simultanément la rotation, ce qui rend la surface de travail petite

PLUS GRAND EST MIEUX

En 1936, l'inventeur Alfred Rcepp a réussi à atteindre une uniformité sans précédent vitesse angulaire arbres. Les ingrédients du succès sont six billes au lieu de quatre, une charnière sphérique et de longues rainures de guidage. Le plus souvent, aujourd'hui, nous appelons cette charnière une articulation homocinétique - une charnière de vitesses angulaires égales. À proprement parler, il y a des secousses à peine perceptibles dans la charnière Rceppa, mais elles sont si petites que même avec un angle de fonctionnement énorme de 40 degrés par rapport aux 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, cage à trous, accouplements sphériques précis - nécessitait les équipements les plus précis et des matériaux de haute qualité. Mais ce sont justement les joints homocinétiques "Rceppa" et leurs différents descendants ("Bearfields" et GKN) qui dominent désormais le spectacle dans les systèmes transmission intégrale... La "grenade" qui nous est familière dans le lecteur est celle-ci, l'embrayage à six billes Rceppovska.

LA MALÉDICTION DU CARDAN
Le problème de la vitesse angulaire inégale est bien connu propriétaires de Lada 4 × 4 et Chevrolet niva... Joint de cardan entre la boîte de vitesses et boîte de transfert l'ancienne version de la transmission, couplée à l'influence des deux essieux, est à l'origine des vibrations les plus désagréables d'un SUV. L'une des bonnes recettes contre les vibrations - la fixation rigide des unités de transmission les unes aux autres - a été ignorée dans le Niva, ayant reçu une source indélébile de divers saccades de transmission. Moins technologique, mais suivant la "règle d'or", UAZ a reçu une transmission monobloc sans cardans intermédiaires et une transmission silencieuse, sans pulsations.

Sphère dans la sphère. La base de l'invention de Rcepp est
surfaces sphériques glissant l'une dans l'autre.
Un équipement très précis est nécessaire pour leur fabrication.

CÔTÉ ET ARRIÈRE

Mais pas seulement le joint homocinétique "Rceppa" fait tourner les roues des véhicules tout-terrain. La conception ajourée de haute précision bénéficie de la compacité, mais a un couple limité. En termes simples, il est bien adapté aux SUV et aux multisegments, mais trop cher et peu fiable pour une utilisation dans des véhicules militaires lourds et spéciaux. Pour eux, la simplicité et le faible coût sont importants, et les saccades dans la transmission sont une question secondaire.

Les constructeurs de voitures à traction avant, ne voulant pas payer d'argent aux sociétés propriétaires des brevets "Bendix-Weiss" et "Rceppa", ont développé des conceptions simplifiées. Par exemple, la charnière Tract est une combinaison de cames et de coussinets reliés par des pièces coulissantes avec de grandes surfaces de meulage. Un dispositif similaire a une charnière à disque à came domestique, qui est utilisée avec succès sur les KAMAZ, KRAZ et URAL à traction intégrale. Grand dimensions et l'énorme surface de friction de ces charnières n'est pas terrible sur les gros équipements avec un couple moteur élevé, et la ressource limitée en pièces est compensée par leur bon marché et leur facilité de remplacement.

Sly Thomson. En plaçant une traverse à l'intérieur de l'autre,
l'ingénieur Thomson a gagné en taille, mais a perdu en force.
Faites attention au système complexe de leviers d'indexation.

Une autre charnière ersatz porte le nom rusé de "trépied". Tout est simple ici: trois essieux débordant dans des directions différentes à l'extrémité 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 ne s'entend pas bien avec les grands angles. Cependant, le trépied est souvent utilisé comme charnière interne à l'avant. La raison est toujours la même - simplicité relative et bon marché.

Trépied. Conception simple avec des rouleaux et des rainures dans la cage extérieure.
Je n'ai pas peur des lacunes, mais n'aime pas les grands angles.
Fonctionne souvent comme un joint d'entraînement de roue avant interne