Transmission à cardan
Informations générales sur les entraînements à cardan :
L'engrenage intermédiaire des voitures et des tracteurs transmet le couple ; si l'engrenage intermédiaire est placé entre des unités reliées rigidement au châssis ou à la carrosserie de la voiture, alors l'angle entre les axes de leurs arbres lorsque le châssis est déformé ne doit pas être supérieur à 2- 3 degrés. Si lors d'un déménagement Véhicule une ou les deux unités connectées se déplacent avec les roues (essieux), puis l'angle entre les axes des arbres de ces unités augmente, atteignant 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 à cardan de vitesses angulaires égales et inégales
Les exigences suivantes s'appliquent à eux :
Transmission du couple sans créer de moments de flexion et de torsion supplémentaires
Vibrations et charges axiales
Assurer l’égalité vitesses angulaires
Fonctionnement silencieux
Les engrenages intermédiaires selon leur destination, c'est-à-dire pour la transmission du couple, sont divisés en :
Connexions élastiques
Transmissions à cardan
Joints homocinétiques
Les transmissions à cardan des voitures et des tracteurs se composent des parties principales suivantes :
Articulations élastiques (Cardans souples)
Des connexions élastiques sont installées entre les éléments de transmission afin de réduire les charges dynamiques lors d'une forte augmentation, d'amortir les vibrations et les vibrations de torsion, c'est-à-dire d'amortir les fluctuations de charge. Des coussinets ou des bagues en caoutchouc sont le plus souvent utilisés comme élément élastique. Les articulations élastiques les plus courantes sont de deux types :
Avec disque élastique
Avec douille métal-caoutchouc
Fonctionne de manière satisfaisante avec un disque élastique incliné de 2 à 5 degrés
Avec les bagues en caoutchouc-métal, les nombres sont choisis de 4 à 8 degrés en fonction de la valeur du couple transmis et en fonction du type revêtement de la route sur les conditions d'exploitation, etc. Angle admissible entre les arbres de la bague caoutchouc-métal du cardan augmente jusqu'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 être fournie à partir de 150 kPa
Allongement pas moins de 350 %
Cardans asynchrones.
Les entraînements à cardan se composent d'un ou deux joints universels. 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 fonctionnement des transmissions à cardan sont déterminées par l'angle entre les axes de leurs arbres : plus l'angle est grand, plus les conditions de fonctionnement sont sévères. L'efficacité diminue fortement en fonction de facteurs externes. Lorsque les arbres situés sous un angle tournent, la traverse oscille sur les pointes dans l'angle, ce qui provoque une rotation inégale de l'arbre, tandis que l'arbre d'entrée tourne uniformément. Pour toute position des arbres, l'égalité suivante est satisfaite :
Où sont les coins rotation du maître et de l'esclave. Les fourches internes des charnières sont placées sur l'arbre dans un plan, en les marquant d'un repère. Si les angles sont les mêmes, c'est-à-dire a1 = a2, alors la rotation synchrone de l'ensemble du système est assurée. Une transmission à cardan est une combinaison de joints universels et d'arbres à cardan conçue ou utilisée pour connecter des unités de transmission dont les axes ne coïncident pas et également pour transmettre un couple. Chaque charnière est constituée de fourchettes, d'une croix, de roulements à aiguilles dont les coupelles sont fixées par des couvercles et des boulons. Un graisseur est parfois prévu dans la traverse et du lubrifiant longue durée est pompé dans le roulement. Mouvement axial arbres à cardan s'effectue grâce à l'utilisation d'une liaison mobile, les liaisons mobiles pouvant 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 profilé correspondant.
Dans les conceptions de transmissions à cardan, les articulations mobiles à friction coulissante sont le plus souvent utilisées. Dans ce cas, les arbres sont réalisés avec des cannelures à profil en développante ou rectangulaire. Pour augmenter la résistance à l'usure, les cannelures sont recouvertes de matériaux polymères antifriction ; lors d'une rotation ou d'une transmission de couple sur une longue distance, deux arbres à cardan sont utilisés avec trois charnières et un support intermédiaire pour l'un des arbres (palier suspendu).
Joints homocinétiques - les joints sont principalement utilisés pour transmettre le couple aux roues directrices motrices. Dans ce cas, une rotation uniforme des roues est assurée aux angles de changement importants entre les arbres. Lors de l'installation d'un joint homocinétique, les vitesses angulaires des arbres qu'ils relient seront les mêmes pour tout mouvement angulaire. Les joints homocinétiques (joints synchrones) se distinguent par le type d'éléments de travail, les joints universels doubles avec roulements croisés et à aiguilles, les joints à rotule avec 4, 6 billes et le disque. Sur les véhicules tout-terrain, les joints homocinétiques à rotule avec rainures de séparation et levier de séparation sont largement utilisés.
La transmission intégrale 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, 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 reproduit exactement le véritable système d'arbres sous son bas. Ces arbres sont des tiges ou des tuyaux métalliques épais avec des charnières aux extrémités. La charnière vous permet de transmettre la rotation selon un angle : les roues ainsi que la suspension montent et descendent, et celles avant tournent également selon un angle décent.
PREMIÈRES MANILLES
Au début, le monde des entraînements était dominé par les courroies en cuir, les mêmes que celles utilisées dans les machines-outils. À l'époque où les vitesses étaient faibles et la puissance du moteur ridicule, cela convenait toujours, mais dès que les vitesses ont augmenté, les chaînes à rouleaux avec maillons mobiles, comme celles des motos, sont devenues populaires. La transmission à l'arrière de la voiture se terminait par un pont classique, rigidement fixé au châssis. Au lieu de roues, des pignons d'entraînement étaient fixés à ses extrémités et les pignons entraînés étaient fixés aux roues suspendues à des ressorts. Pour un couple roues arrières il y avait deux essieux - un essieu moteur et un essieu suspendu, et l'affaissement libre des chaînes assurait une certaine mobilité de ces dernières. Il était hors de question de les utiliser pour entraîner les roues avant pivotantes.
Ce système a été rapidement abandonné en raison de sa lourdeur et de son manque de fiabilité, et des systèmes plus avancés ont commencé à être inventés.
D'OÙ VIENNENT LES SECONDES ?
Une vitesse angulaire inégale fait référence à une rotation dans laquelle la roue accélère et décélère continuellement à chaque quart de tour. Outre les effets désagréables sur pilotage et suspension (à-coups), le travail avec une vitesse angulaire inégale entraîne une usure rapide de l'ensemble de la transmission. Plus l'angle entre les axes de ses arbres est grand, plus la rotation inégale de la transmission à cardan est grande. Dans ce cas, la partie avant de la charnière tourne uniformément.
CARDANO ET LÉONARDO
Pensez-y, le principe de la transmission par cardan a été décrit en détail par Girolamo Cardano au 16ème siècle, et il a été mentionné pour la première fois par Léonard de Vinci ! Mais c’est une chose de l’inventer, et une autre de le traduire en métal.
D'abord arbres à cardan s'est déjà installé sur les voitures dans la première décennie du XXe siècle. De tous les engrenages mobiles utilisés aujourd'hui, le cardan est le plus simple. Quatre roulement à aiguilles oui traverser. 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 saccades. Peu de gens savent qu'il est nocif qu'un cardan fonctionne sans aucune différence angulaire : les aiguilles fixes des roulements font des rainures dans les doigts d'appui des traverses, privant l'articulation de mobilité. Par conséquent, les arbres à cardan ont généralement un petit angle de travail (1,5 à 2°).
Le cardan est adapté à l'entraînement des roues arrière lentes, mais qu'en est-il des roues avant, où les angles de braquage approchent souvent les 30 degrés ?
DANS essieu avant La célèbre Jeep est équipée de joints universels doubles depuis de nombreuses années. Une solution ingénieusement simple - diviser l'angle de travail en deux entre deux charnières - présente deux inconvénients notables : l'encombrement de la conception et les mêmes à-coups lorsque le volant est tourné au maximum. Il fallait proposer quelque chose de radicalement nouveau.
LES PARALLÈLES NE CONVERGENT PAS
En ordinaire arbres à cardan Les transmissions d'essieux utilisent deux traverses dont les oreilles d'un même arbre sont situées dans le même plan. Les arbres eux-mêmes sont positionnés, si possible, de manière à ce 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 de transmission boîte de vitesses arrièreétaient parallèles. Angles d'inclinaison identiques mais orientés différemment des traverses de tels arbre à cardan aider à compenser les pulsations angulaires. L'une des raisons de l'émergence d'indépendants suspensions arrière le fait que leur boîte de vitesses ne bouge quasiment pas par rapport au reste de la transmission. Les angles des joints à cardan dans ce cas sont inchangés et minimes.
Union d'aiguilles. Pas de charnière plus simple qu'une croix cardan
Mais la conception de base comporte des subtilités opérationnelles.
Quatre roulements à aiguilles nécessitent une lubrification -
installé en usine ou périodiquement réapprovisionné pendant la conduite
Cote à cote. La double croix vous permet de diviser l'angle nuisible
également entre les moitiés de la charnière.
La solution approximative et frontale s'est avérée efficace et
assez économique, mais encombrant
LE MONDE DES BALLES COULISSANTES
Pour la première fois, transférez la rotation avec une vitesse angulaire égale et remplacez roulements à cardan Les boules mobiles ont été imaginées 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 des rainures appariées sur lesquelles 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 de Weiss a été racheté par la société de l'inventeur et industriel américain Vincent Hugo Bendix, et l'on peut encore voir des joints homocinétiques Bendix-Weiss, par exemple, sur l'essieu avant d'un UAZ.
Cette conception est bien adaptée pour transmettre un couple important dans les véhicules tout-terrain lourds, mais présente toujours une faible ressource et des pertes notables dans les grands angles en raison de la petite surface de contact totale (seulement deux billes fonctionnent en même temps). Voie d'amélioration charnières d'angle est devenu 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, technologiquement avancé 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 obtenir une uniformité sans précédent de la vitesse angulaire des arbres. Les ingrédients du succès sont six billes au lieu de quatre, une forme de joint sphérique et de longues rainures de guidage. Le plus souvent aujourd’hui, nous appelons ce joint particulier un joint homocinétique – un joint homocinétique. À proprement parler, il y a des secousses à peine perceptibles dans la charnière 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 internes et externes, séparateur à trous, raccords sphériques précis - nécessitait les équipements les plus précis et des matériaux de haute qualité. Mais ce sont les joints homocinétiques « Rtseppa » et leurs différents descendants (« Birfields » et GKN) qui font désormais la loi dans les systèmes. transmission intégrale. La « grenade » familière dans le système d’entraînement est la suivante : l’embrayage à six billes Rzepp.
LA MALÉDICTION DE CARDAN
Nous connaissons bien le problème de la vitesse angulaire inégale Propriétaires de Lada 4x4 et Chevrolet Niva. Joint à cardan entre boîte de vitesses et boîte de transfert L'ancienne version de la transmission, couplée à l'influence des arbres de transmission à deux essieux, est la source des vibrations les plus désagréables d'un SUV. Un des bonnes recettes la protection contre les vibrations - fixation rigide des unités de transmission les unes aux autres - a été ignorée dans Niva, ce qui a entraîné une source inextinguible de diverses à-coups de transmission. Moins avancé technologiquement, mais suivant la « règle d'or », l'UAZ a reçu une transmission monobloc sans cardans intermédiaires et une transmission silencieuse et sans pulsations.
Sphère dans une sphère. La base de l'invention de Rzepp est
surfaces sphériques glissant les unes dans les autres.
Pour les fabriquer, il faut un équipement très précis.
SUR LE CÔTÉ ET À L'ARRIÈRE
Mais ce n’est pas seulement le joint homocinétique Rzeppa qui fait tourner les roues des véhicules tout-terrain. La conception avec des pièces ajourées de haute précision bénéficie de la compacité, mais présente des limites en termes de couple. En termes simples, il convient bien aux SUV et aux crossovers, mais il est trop cher et peu fiable pour une utilisation militaire lourde et machines spéciales. Pour eux, la simplicité et le bon marché sont importants, et les à-coups dans la transmission sont une question secondaire.
Les constructeurs de voitures à traction avant, ne voulant pas payer d'argent aux sociétés détentrices des brevets Bendix-Weiss et Rzeppa, ont développé des conceptions simplifiées. Par exemple, la charnière Trakt est une combinaison de cames et de bagues reliées par des pièces coulissantes avec de grandes surfaces au sol. Un dispositif similaire est doté d'un joint à came et disque domestique, utilisé avec succès sur les véhicules à traction intégrale KAMAZ, KRAZ et URAL. Grand dimensions et l'énorme surface de friction de telles charnières n'est pas terrible sur les gros équipements avec un couple moteur élevé, mais ressource limitée les pièces sont compensées par leur faible coût et leur facilité de remplacement.
Thomson délicat. 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 diviseurs.
Une autre charnière ersatz est intelligemment appelée « trépied ». Tout est simple ici : trois qui dépassent différents côtés Les essieux en fin d'entraînement sont portés le long d'un rouleau à surface sphérique. Les rouleaux s'insèrent dans trois découpes de la cage extérieure. Le système est simple et fiable, mais ne fonctionne pas bien avec les grands angles. Cependant, les trépieds sont souvent utilisés comme charnières internes à l'avant. La raison est toujours la même : simplicité relative et faible coût.
Trépied. Conception simple avec rouleaux et rainures dans le boîtier extérieur.
N'a pas peur des interstices, mais n'aime pas les grands coins.
Fonctionne souvent comme un joint interne de traction avant
Agence fédérale pour l'éducation
Académie d'État de l'automobile et des autoroutes de Sibérie (SibADI)
Département "Voitures et Tracteurs"
TRANSMISSION À CARDANES
Lignes directrices pour effectuer des travaux de laboratoire dans la discipline « Conception d'automobiles et de tracteurs » pour les étudiants de la spécialité 190100
Compilé par : A.M. Zarshchikov
EUX. Kniazev
I.V. Khamov
Maison d'édition - SibADI
Critique doc. 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 instructions méthodologiquesà la mise en œuvre travail de laboratoire dans la discipline « Conception d'automobiles et de tracteurs » pour les étudiants de la spécialité 190100.
Entraînement à cardan : Lignes directrices pour effectuer des travaux de laboratoire dans la discipline « Conception d'automobiles et de tracteurs » pour les étudiants de la spécialité 190100/Compilé par : A.M. Zarshchikov, I.M. Knyazev, I.V. Khamov - Omsk : Maison d'édition SibADI, 2013.- 18 p.
Les options pour les transmissions à cardan de la voiture et leur fonctionnement sont prises 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 DE BASE…………………………………...…...4
1.1. Classification des engrenages à cardan..…..…………………………...4
1.2. Cinématique du joint universel asynchrone de Hooke…………….9
1.3. Vitesse de rotation critique de la transmission à cardan (CCV).........13
2. PROCÉDURE DE TRAVAIL……………………………………...15
3. VÉRIFIER LES QUESTIONS……………………………………………………15
LISTE BIBLIOGRAPHIQUE…………………………………………………………….....16
Objet du travail : étudier la structure et le fonctionnement d'une transmission à cardan automobile.
Équipement : stand avec un prototype de transmission à cardan basé sur un joint Hooke asynchrone.
POINTS DE BASE
1.1. Classification des transmissions à cardan
La transmission à cardan sert à transmettre le flux de puissance entre les unités de transmission dont les positions linéaires et angulaires relatives changent pendant le fonctionnement.
Exigences en matière d'entraînement à cardan
Assurer une communication synchrone des vitesses angulaires de rotation des maillons moteurs et menés.
Laissez les angles de déviation entre les axes de l’arbre dépasser le maximum possible pendant le fonctionnement.
Les vitesses de rotation critiques doivent dépasser le maximum possible pendant toute la durée de fonctionnement.
Fournit un amortissement partiel des charges de transmission dynamiques.
Évitez le bruit et les vibrations sur toute la plage de vitesse de fonctionnement.
Classification:
1. Selon la cinématique :
Joints homocinétiques (joints homocinétiques).
Charnières à vitesses angulaires inégales.
2. Par conception :
Avec joints à cardan simples (Fig. 1. Joint de Hooke). Ce sont des joints inégaux (asynchrones).
Joint homocinétique (joint homocinétique) avec levier diviseur de type "Rtsep" (Fig. 2.).
Rotules de vitesses angulaires égales avec leviers diviseurs ou rainures diviseuses (Fig. 3).
Riz. 1. Joint universel asynchrone de Hooke
Riz. 2. Joint homocinétique avec levier diviseur :
1 - arbre mené ; 2 – levier diviseur ; 3 – coupelle sphérique (partie de l'arbre mené) ; 4 – poing sphérique (sur les cannelures de l'arbre de transmission) ; 5 – arbre d'entraînement ; 6 – séparateur à billes sphériques ; 7 – ressort de compression pour une installation sans jeu du levier
Les joints homocinétiques avec rainures de séparation sont les plus répandus. Sur les voitures domestiques modernes, la traction avant s'effectue à l'aide de telles charnières. Un joint à six rotules de type Beerfield est généralement installé à l'extérieur (près de la roue). Il permet de tourner le volant jusqu'à 45 0 .
En figue. 3a montre un dessin de la charnière, et la Fig. 3b schéma de la charnière et placement de la balle 2 dans le corps 1 et le poing 4. Le numéro 3 montre 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. 1 . L'arbre 5 est relié par une charnière interne à transmission finale, et la roue motrice de la voiture est fixée à l'arbre provenant de la carrosserie 1.
Riz. 3. Joint homocinétique avec rainures de pas
La charnière interne (Fig. 4), également de vitesses angulaires égales, permet également 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 pour les sphères externe et interne. De plus, la sphère séparatrice, qui s'accouple avec le corps 1, se transforme généralement dans sa partie étroite en une surface 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. L'angle d'inclinaison maximum d'une telle charnière, en relation avec ce qui précède, ne ne dépasse pas 20 0 .
Joints universels à trois broches de vitesses angulaires égales (Fig. 5) :
Riz. 5. Joint homocinétique à trois pointes
a) dur (cela ne change que l'angle entre les arbres, il se tient donc 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.
Trois pointes 2 sont équipées de rouleaux 3, qui roulent le long de 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 gagné peu de popularité en raison de la charge plus importante exercée sur les pièces.
Came (Fig. 6.) et disque (Fig. 7.) Joints homocinétiques.
Riz. 6. Joint homocinétique à came
Riz. 7. Joint homocinétique à disque
3. Selon la rigidité en torsion :
Avec charnières rigides.
Avec charnières élastiques (élastiques).
4. Selon l'angle de déviation maximum :
Avec arbres à cardan complets (angle de déviation supérieur à 40 0). Ces charnières sont discutées ci-dessus.
Avec joints semi-cardan (les angles ne dépassent pas 1,5...2,0 0, Fig. 8).
Riz. 8. Demi-cardan
L'arbre central de la Fig. 8. comporte des engrenages sur les bords qui s'engrènent avec accouplements à engrenages, et ils chevauchent à leur tour avec leurs dents les engrenages des arbres d'entraînement (à gauche) et mené (à droite). Un léger désalignement est possible dans chaque engrenage, ce qui permet une légère déviation angulaire de l'arbre mené par rapport à l'arbre d'entraînement. Mais comme les engrenages sont de travers, ils s’usent rapidement et de manière inégale.
Les joints demi-cardan comprennent également des accouplements élastiques.
