全輪駆動とは、各車輪にトルクが供給されることを意味します。 さらに、ホイールが本体に対して移動および回転できるようにするため、
実際には、駆動装置が車輪を回転させます。 画面上にあるとき ダッシュボード SUV では、車軸と車輪に沿ったトラクションの分布を示すアニメーション画像が表示され、その底部にある実際のシャフト システムが正確に再現されます。 これらのシャフトは、端にヒンジが付いた太い金属棒またはパイプです。 ヒンジを使用すると、回転を斜めに伝えることができます。サスペンションとともに車輪が上下に動き、前輪も適切な角度で回転します。
最初の束縛
当初、ドライブの世界は工作機械で使用されているのと同じ革ベルトが主流でした。 当時の低速ととんでもないエンジンパワーでは、これでもまだ適切でしたが、速度が上がるとすぐに、オートバイのような可動リンクを備えたローラーチェーンが普及しました。 車の後部のトランスミッションは、フレームにしっかりと取り付けられた従来のブリッジで終わりました。 車輪の代わりに駆動スプロケットがその両端に取り付けられ、従動スプロケットはバネで吊り下げられた車輪に取り付けられました。 カップル向け 後輪ドライブアクスルとサスペンションアクスルの2つの車軸があり、チェーンの自由なたるみにより後者のある程度の可動性が確保されました。 前輪の回転にそれらを使用することは問題外でした。
このスキームは面倒で信頼性が低いためすぐに放棄され、より高度なスキームが発明され始めました。
ジャークはどこから来たのですか？
不等角速度とは、ホイールが回転の 4 分の 1 ごとに連続的に加速および減速する回転を指します。 不快な影響に加えて、 操舵およびサスペンション（ジャーク）、不均一な角速度での作業は、トランスミッション全体の急速な摩耗を伴います。 回転ムラ カルダン伝達シャフトの軸間の角度が大きくなる。 この場合、ヒンジの先端部分は均等に回転します。
カルダーノとレオナルド
考えてみてください、カルダン伝達の原理は 16 世紀にジローラモ カルダーノによって詳細に説明され、レオナルド ダ ヴィンチによって初めて言及されました。 しかし、それを発明することと、それを金属に変換することはまったく別のことです。
初め カルダンシャフトすでに 20 世紀の最初の 10 年間に自動車に落ち着いていました。 今日使用されているすべての可動歯車の中で、カルダンが最も単純です。 4つのニードルベアリングとクロス。 その単純さは、小さな作動角という 1 つの重要な欠点によって補われています。 12 度までは、まだ多少スムーズに回転します。 より高い - ジャークで。 角度差がまったくない状態でカルダンが動作することが有害であることを知っている人はほとんどいません。ベアリングの固定針が横材の支持フィンガーに溝を作り、関節の可動性を奪います。 したがって、カルダン シャフトには通常、小さい (1.5 ～ 2°) 作動角が与えられます。
カルダンはゆっくりと動く後輪の運転に適していますが、ステアリング角度が 30 度に近づくことが多い前輪の場合はどうでしょうか?
で フロントアクスル有名なジープには長年にわたりデュアル ユニバーサル ジョイントが搭載されています。 2 つのヒンジの間で作動角を半分に分割するという独創的でシンプルな解決策には、2 つの顕著な欠点があります。それは、デザインがかさばることと、ステアリングホイールを最大限に回転させたときの同じガクガク音です。 根本的に新しいものを考え出す必要がありました。
並列は収束しない
普通に カルダンシャフトアクスル ドライブは 2 つの横材を使用し、同じシャフト上のその耳が同じ平面上にあります。 シャフト自体は、可能であれば、トランスファー ケース (またはギアボックス) の出力シャフトの軸とドライブ シャフトの軸が一致するように配置されます。 リアギアボックス平行していました。 そのようなものの桟の傾斜角は同一であるが、異なる方向を向いている。 カルダンシャフト角脈動を補償するのに役立ちます。 独立系企業が出現した理由の一つは、 リアサスペンション彼らのギアボックスはトランスミッションの残りの部分に対してほとんど動かないという事実。 この場合のカルダンジョイントの角度は変化せず、最小限です。
針の結合。 ヒンジなし クロスよりシンプルカルダン
ただし、基本設計には運用上の微妙な点が伴います。
4 つのニードルベアリングには潤滑が必要です -
工場で取り付けられるか、走行中に定期的に補充される
並んで。 ダブルクロスで有害な角度を分割可能
ヒンジの半分の間も均等になります。
大まかな正面からの解決策が効果的であることが判明し、
非常に予算に優しいが、かさばる
スライディングボールの世界
初めて等しい角速度で回転を伝達し、置き換えます カルダンベアリング可動ボールは、1920 年代初頭にドイツの発明家カール ヴァイスによって推測されました。 彼の発明である最初の CV ジョイントは、2 つのシャフトの端にある 2 つのフォークで構成されており、その対の溝の中で 4 つのボールが回転します。 中央の 5 番目のボールはヒンジとして機能し、それに対してシャフトが傾きました。 しばらくして、ワイスの特許はアメリカの発明家で実業家のビンセント・ヒューゴ・ベンディックスの会社に買収され、例えばUAZの前車軸には今でもベンディックス・ワイスのCVジョイントを見ることができます。
この設計は、重量のあるオフロード車両で大きなトルクを伝達するのに適していますが、それでも総接触面が小さいため、リソースが少なく、大きな角度で顕著な損失が発生します (同時に動作するボールは 2 つだけです)。 改善への道 コーナーヒンジ明らかに接触部品の数が増えました。
おなじみのベンディックス。 オーナーによく知られたヒンジのデザイン
UAZと他のSUVの半分。
シンプルで、技術的に進歩しており、安価です。 問題が 1 つあります。ボールが 2 つだけです
同時に回転を伝達するため、作業面が小さくなります
多ければ多いほど良い
1936 年、発明者のアルフレッド・ゼップは、シャフトの角速度の前例のない均一性を達成することに成功しました。 成功の要素は、4 個ではなく 6 個のボール、球面ジョイント形状、および長いガイド溝です。 今日、ほとんどの場合、このジョイントは CV ジョイント (同等のジョイント) と呼ばれています。 角速度。 厳密に言うと、Rzepp ヒンジにはほとんど目立った動きはありませんが、非常に小さいため、ドライブの基準からすると大きな作動角 40 度であっても無視できます。 しかし、これらのヒンジが世界を征服するのはかなりゆっくりでした。複雑な空間部品 (内部および外部ケージ、穴のあるセパレーター、正確な球面嵌合) の製造には、最も精密な装置と高品質の材料が必要でした。 しかし、現在システムのねぐらを支配しているのは、「Rtseppa」CV ジョイントとそのさまざまな子孫 (「Birfields」および GKN) です。 全輪駆動。 ドライブでおなじみの「手榴弾」がこれ、Rzepp 6 ボール クラッチです。
カルダンの呪い
私たちは角速度が不均一であるという問題をよく知っています。 Ladaオーナー 4×4と シボレー ニーバ。 ギアボックスとの間のカルダンジョイント トランスファーケース古いバージョンのトランスミッションは、2 つのアクスル ドライブ シャフトの影響と相まって、SUV で最も不快な振動の原因となります。 の一つ 良いレシピ Niva では、振動に対する対策 (トランスミッション ユニットの相互の強固な固定) が無視され、その結果、さまざまなトランスミッションのジャークの根絶不可能な原因が生じました。 技術的にはそれほど進歩していませんが、「黄金律」に従って、UAZ は中間カルダンのないモノブロックトランスミッションと、静かで脈動のないトランスミッションを受け取りました。
球の中の球。 Rzepp の発明の基礎は次のとおりです。
球面が互いに滑り込みます。
製作には非常に精密な設備が必要です。
側面と背面へ
しかし、オフロード車の車輪を回転させるのは Rzeppa CV ジョイントだけではありません。 高精度の透かし彫り部品を使用した設計は、コンパクトさの利点を享受できますが、トルクの点で制限があります。 簡単に言うと、SUV やクロスオーバーには適していますが、軍用や重装備で使用するには高価すぎて信頼性が低くなります。 特殊な機械。 彼らにとってはシンプルさと安さが重要であり、トランスミッションのぎくしゃく感は二の次です。
前輪駆動車のメーカーは、Bendix-Weiss と Rzeppa の特許を所有する企業にお金を払いたくないため、簡素化された設計を開発しました。 たとえば、Trakt ヒンジはカムとブッシュを組み合わせたもので、接地面が広い摺動部品で接続されています。 同様の装置には国産のカムディスクジョイントがあり、全輪駆動のKAMAZ、KRAZ、URAL車両で使用されています。 大きい 寸法そして、そのようなヒンジの巨大な摩擦面は、エンジントルクの高い大型機器ではそれほどひどいことではありませんが、 限られた資源部品はその低コストと交換の容易さによって補われます。
トリッキーなトムソン。 一方のクロスをもう一方のクロスの内側に配置すると、
エンジニアのトムソンは体が大きくなりましたが、力は失われました。
分割レバーの複雑なシステムに注目してください。
もう 1 つのエルザッツ ヒンジは、巧みに「三脚」と呼ばれています。 ここではすべてがシンプルです: 3 つが突き出ています 異なる側面ドライブの端の車軸は、球面のローラーに沿って運ばれます。 ローラーは外側のケージの 3 つの切り欠きに収まります。 このシステムはシンプルで信頼性がありますが、大きな角度ではうまく機能しません。 ただし、三脚は前面の内部ヒンジとして使用されることがよくあります。 理由は依然として同じです - 比較的シンプルで低コストです。
三脚。 外筒にローラーと溝を設けたシンプルなデザイン。
隙間は怖くないが、大きなコーナーは好きではない。
多くの場合、内部の前輪駆動ジョイントとして機能します
カルダン伝達
カルダン ドライブに関する一般情報:
車やトラクターの中間ギアはトルクを伝達します。中間ギアが車両のフレームまたはボディにしっかりと接続されたユニットの間に配置されている場合、フレームが歪んだときのシャフトの軸間の角度は 2 度以下である必要があります。 3度。 移動するときの場合 車両接続された一方または両方のユニットが車輪 (車軸) と一緒に動くと、これらのユニットのシャフトの軸間の角度が増加して 15 度から 20 度に達し、オフロード車ではその限界が 30 度から 45 度に達します。 中間接続または転送には次のものが含まれます。
等しい角速度と不等な角速度のカルダン伝達
これらには次の要件が適用されます。
追加の曲げモーメントやねじりモーメントを発生させずにトルクを伝達
振動とアキシアル荷重
角速度の均一性の確保
静かな動作
中間歯車は、トルクの伝達という目的に応じて次のように分類されます。
伸縮性のある接続
カルダントランスミッション
等速ジョイント
車やトラクターのカルダントランスミッションは、次の主要部品で構成されています。
弾性ジョイント（ソフトジンバル）
急激な増加時の動的荷重を軽減し、振動やねじり振動を減衰させる、つまり荷重変動を抑えるために、伝達要素間に弾性接続が取り付けられています。 ゴム製のパッドまたはブッシュが弾性要素として最もよく使用されます。 最も一般的な弾性ジョイントには 2 つのタイプがあります。
弾性ディスク付き
ゴムメタルブッシュ付き
2 ～ 5 度の角度で弾性ディスクを使用すると良好に動作します
ゴムメタルブッシュの場合、伝達されるトルクの値とタイプに応じて、数値は4〜8度から選択されます。 路面動作条件などについて 許容角度カルダンのゴムと金属のブッシュ内のシャフト間の角度は 12 度に増加します。 ゴム金属ブッシュに使用されるゴムの物理的および機械的特性は次のとおりです。
引張強さは150 kPa以上でなければなりません
伸び350%以上
非同期カルダン。
カルダン ドライブは 1 つまたは 2 つのユニバーサル ジョイントで構成されます。 ヒンジは十字でつながったフォーク状の部品で、入力軸と出力軸を接続し、トルクを伝達する役割を果たします。
カルダントランスミッションの動作条件は、シャフトの軸間の角度によって決まります。角度が大きいほど、動作条件は厳しくなります。 に応じて効率が大幅に低下します。 外部要因。 角度を付けて配置された軸が回転すると、入力軸は等速回転しますが、その角度内で桟がスパイク上で振れ、軸の回転に偏りが生じます。 シャフトのどの位置でも、次の等式が満たされます。
角はどこですか マスターとスレーブの回転。 ヒンジの内部フォークはシャフト上の同一平面上に配置され、マークが付けられます。 角度が同じ場合、つまり a1 = a2 の場合、システム全体の同期回転が保証されます。 カルダントランスミッションは、軸が一致しないトランスミッションユニットを接続し、トルクを伝達するために設計または使用されるユニバーサルジョイントとカルダンシャフトの組み合わせです。 各ヒンジはフォーク、クロス、ニードルベアリングで構成され、カップはカバーとボルトで固定されています。 横材に給油器が設けられていることもあり、長期にわたる潤滑油が軸受内に注入されます。 カルダン シャフトの軸方向の移動は、回転摩擦を伴う可動ジョイントを使用して実行されます。 それらの作動要素、つまりボールまたはローラーは円筒形または球面の形状を持ち、対応するプロファイルの溝内で動きます。
カルダン トランスミッションの設計では、滑り摩擦を伴う可動ジョイントが最もよく使用されます。 この場合、シャフトはインボリュートまたは長方形のプロファイルのスプラインで作成されます。 耐摩耗性を高めるために、スプラインは減摩ポリマー材料でコーティングされており、長距離にわたって回転またはトルクを伝達する場合は、2 つのカルダン シャフトと 3 つのヒンジ、およびシャフトの 1 つの中間サポート (サスペンション ベアリング) が使用されます。
等速ジョイント - ジョイントは主に駆動操向輪にトルクを伝達するために使用されます。 この場合、シャフト間の大きな変化角でもホイールの均一な回転が保証されます。 CV ジョイントを取り付ける場合、接続するシャフトの角速度は、どの角運動に対しても同じになります。 CV ジョイント (同期ジョイント) は、作動要素の種類、クロス ベアリングとニードル ベアリングを備えたダブル ユニバーサル ジョイント、4 個、6 個のボールを備えたボール ジョイント、およびディスクによって区別されます。 オフロード車では、分割溝と分割レバーを備えたボール CV ジョイントが広く使用されています。
連邦教育庁
シベリア州立自動車道路アカデミー (SibADI)
「自動車とトラクター」の部門
カルダン伝達
専門学生向け「自動車およびトラクターの設計」分野での実験作業を行うためのガイドライン 190100
編集者: A.M.
彼ら。 クニャゼフ
I.V. ハモフ
出版社 - SibADI
査読者博士。 それらの。 科学、教授。 V.V. エフスティフェエフ
この研究は、専門分野「自動車と自動車産業」の科学および方法論評議会によって次のように承認されました。 方法論的な指示実装まで 実験室での仕事専門190100の学生向けの「自動車とトラクターの設計」という分野で。
カルダンドライブ:専門学生のための「自動車とトラクターの設計」分野での実験作業のガイドライン 190100/編集者: A.M. ザルシコフ、I.M. クニャゼフ、I.V. ハモフ - オムスク: SibADI Publishing House、2013.- 18 p。
車のカルダントランスミッションのオプションとその操作が考慮されます。 そして計算の要素。
イル。 15. 参考文献: 3 タイトル。
© 編集者：A.M. ザルシコフ、I.M. クニャゼフ、I.V. ハモフ
2013年
1. 基本条項……………………………………………………4
1.1. カルダン歯車の分類....................................................................................4
1.2. フックの非同期自在継手の運動学………………9
1.3. カルダントランスミッション (CCV) の臨界回転速度....................................13
2. 作業手順……………………………………………………15
3. 確認事項……………………………………………………………………15
書誌リスト…………………………………………………………………………16
研究の目的: 自動車のカルダン トランスミッションの構造と動作を研究すること。
装備: 非同期フック ジョイントに基づくカルダン トランスミッションのプロトタイプを備えたスタンド。
基本的なポイント
1.1. カルダンドライブの分類
カルダントランスミッションは、動作中に相対的な直線位置および角度位置が変化するトランスミッションユニット間でパワーフローを伝達する役割を果たします。
カルダンドライブの要件
駆動リンクと従動リンクの回転角速度の同期通信を確保します。
動作中、シャフト軸間の偏差角度が可能な最大値を超えないようにしてください。
臨界回転速度は、動作期間全体を通じて可能な最大値を超えなければなりません。
動的伝達負荷の部分的な減衰を提供します。
動作速度範囲全体にわたって騒音や振動を避けてください。
分類：
1. 運動学によると:
等速ジョイント（CVジョイント）。
角速度が異なるヒンジ。
2. 設計上:
単純なカルダン ジョイント (図 1. フックのジョイント) を使用します。 不等速ジョイント（非同期）です。
「Rtsep」型ディバイディングレバーを備えた等速ジョイント（CVジョイント）（図2）。
分割レバーまたは分割溝を備えた等しい角速度のボール ジョイント (図 3)。
米。 1. フック型非同期自在継手
米。 2.ディバイディングレバー付き等速ジョイント：
1 - 被駆動シャフト; 2 – 分割レバー; 3 – 球面カップ (被駆動シャフトの一部)。 4 – 球面フィスト（ドライブシャフトのスプライン上）。 5 – ドライブシャフト。 6 – 球状ボールセパレーター。 7 – レバーをバックラッシュなく取り付けるための圧縮スプリング
最も一般的なのは、分割溝を備えた CV ジョイントです。 最近の国産車では、まさにそのようなヒンジを使用して前輪駆動が実行されます。 ビアフィールド タイプの 6 ボール ジョイントは通常、外側 (ホイールの近く) に取り付けられます。 ステアリングホイールを最大 45 0 まで回転させることができます。
図では、 図３ａはヒンジの図を示し、図３ｂはヒンジの図を示す。 図 3b は、ヒンジと本体 1 および拳 4 内のボール 2 の配置を示す図です。番号 3 は、半径に沿って本体 1 の球面と同時に嵌合する球状セパレーターを示しています。 R２と拳４の半径に沿った球面 R 1. シャフト 5 は内部ヒンジを介して接続されています。 ファイナルドライブ、車の駆動輪は本体 1 から出ているシャフトに取り付けられています。
米。 3. ピッチ溝付き等速ジョイント
同様に角速度が等しい内部ヒンジ (図 4) を使用すると、ドライブの長さを変更してサスペンションの移動量を補正し、縦方向に移動することもできます。 それがユニバーサルと呼ばれる理由です。
米。 4. 内部ユニバーサルCVジョイント
その中で、セパレータ４は、外球と内球の中心が異なる。 さらに、本体１と嵌合するセパレータ球は、その狭い部分が一般に円錐面に変形する。 本体 1 と拳 3 の溝は縦方向であるため、ボールは転がるだけでなく、拳 4 によるシャフトの長手方向の移動中に滑ります。このようなヒンジの最大傾斜角度は、上記に関連して、 20 0 を超えないこと。
等角速度の 3 ピン ユニバーサル ジョイント (図 5):
米。 5. 3 スパイク CV ジョイント
a) 硬い（シャフト間の角度を変えるだけなので、外側に立っています（図5））。
b) 同じタイプのユニバーサルジョイントにより、サスペンションからの動きを補償するためにドライブの長手方向の動きが可能になります。
３本のスパイク２にはローラー３が取り付けられており、ローラー３はフォーク４に沿って転動する。また、ローラーをスパイク２に沿って移動させることも可能である。
このタイプの CV ジョイントは、部品にかかる負荷が大きいため、あまり普及していません。
カム (図 6.) およびディスク (図 7.) CV ジョイント。
米。 6. カムCVジョイント
米。 7. ディスクCVジョイント
3. ねじり剛性によると:
剛性の高いヒンジ付き。
エラスティック（弾性）ヒンジ付き。
4. 最大偏角に応じて：
フルカルダンシャフト付き（偏向角40°以上）。 これらのヒンジについては上で説明しました。
セミカルダンジョイント付き（角度は1.5...2.0 0を超えない、図8）。
米。 8. ハーフカルダンジョイント
図の真ん中のシャフトです。 8. 端に歯車があり、 ギアカップリング、そしてそれらは、今度は、ドライブ（左側）シャフトとドリブン（右側）シャフトの歯車に歯を重ねます。 各歯車装置ではわずかな位置ずれが発生する可能性があり、これにより、駆動シャフトに対する被駆動シャフトのわずかな角度偏差が許容されます。 しかし、ギアメイトが歪んでいるため、急速かつ不均一に摩耗します。
ハーフカルダンジョイントには弾性カップリングも含まれます。
