Выбор основных параметров карданной передачи

Длина и сечение карданного вала

В процессе эскизного проектирования автомобиля предварительно определяют необходимую длину карданного вала. Зная величину максимального крутящего момента, нагружающего карданную передачу, можно предварительно определить сечение карданного вала. Для этого используют данные по существующим конструкциям. Размеры сечения труб регламентированы по ГОСТ.

Под длиной карданного вала понимают расстояние между центрами шипов крестовин карданных шарниров, установленных на концах данного вала. Допустимую длину карданного вала определяют исходя из критической частоты вращения последнего. Под критической частотой вращения понимают частоту, при которой происходит потеря устойчивости прямолинейной формы оси вращающегося вала. Критическая частота вращения карданного вала (мин^-1)

где D и d — соответственно наружный и внутренний диаметры карданного вала, см.

В соответствии с ОСТ 37.001.053—74 «Валы карданные. Технические требования к установке. Нормы дисбаланса» допустимой является длина, при которой максимальная частота вращения карданного вала, соответствующая максимальной скорости движения автомобиля, не превышает 70 % расчетной критической частоты вращения вала. Исходя из этого, допустимую длинувала рассчитывают в следующем порядке.

1) Определяют максимальную частоту вращения карданного вала

где и_в-к — передаточное число от карданного вала к ведущим колесам; — максимальная скорость движения автомобиля, км/ч.

2) Находят расчетный крутящий момент на карданном валу на низшей передаче в коробке передач

где М_еmах — максимальный крутящий момент двигателя; — передаточное число коробки передач на низшей передаче,

3) Выбирают размеры наружного и внутреннего диаметров карданного вала. Для этого используют данные ГОСТ 5005—82, в которой приведены размеры сечений труб и значения крутящих моментов, соответствующие статистическим уровням напряжений кручения в карданных валах грузовых
(τ_к= 100…120 МПа) и легковых (τ_к = 25…55 МПа) автомобилей.

4) Определяют допустимую длину карданного вала (в см)

.

Основные размеры крестовин и вилок карданного шарнира стандартизованы и должны выбираться из числа указанных в отраслевом стандарте ОСТ 37.001.068—76 «Шарниры карданные неравных угловых скоростей. Основные размеры и технические требования».

В качестве определяющего размера карданного шарнира можно принять размер H между торцами крестовин.

Рис. Основные размеры карданного шарнира

Значение H должно быть равно или больше меньшей из величин

или

где М —расчетный крутящий момент на карданном валу на низшей передаче в коробке передач;  — вес, приходящийся на мост, к которому подводится момент через рассчитываемую карданную передачу, при полной нагрузке автомобиля, кН;  — коэффициент сцепления шин с дорогой,  — 0,85;  — передаточное число главной передачи.

Определенный таким образом размер Н соответствует карданным шар­нирам автомобилей с карбюраторными двигателями. Если же крутящий мо­мент передается от дизеля, то необходимо величину М умножить на коэф­фициент, равный 1,2. Зная размер H, выбирают соответствующий типоразмер карданного шарнира. Предварительный выбор типоразмера шарнира можно также производить, ориентируясь на уже имеющиеся конструкции.

Предварительный выбор вида шлицевого соединения вилки карданного шарнира с валом и его параметров производят, ориентируясь на данные существующих конструкций. Выбранные параметры должны соответствовать ГОСТ 6033—80, ГОСТ 1139—80 или Отраслевой нормали автомобилестроенияОН 025 333—69. После выбораразмеров деталей карданной передачи выполняютпроверочные расчеты.

При расчете крестовины карданного шарнира определяют следующие параметры.

1)Расчетный крутящий момент Мна карданном валу.

При расчете карданных передач автомобилей с колесной формулой 4×2, а также карданных передач, расположенных между коробкой передач и раздаточной коробкой или проходным мостом тележки, в качестве расчетного принимают меньший из двух моментов на карданном валу: определенного по двигателю и по сцеплению ведущих колес . При расчете карданных передач многоприводных автомобилей, расположенных после раздаточной коробки, в качестве расчетного момента карданной передачи принимают .2

2) Условно сосредоточенную нормальную силу, действующую в сере­дине шипа,

где М — в Нм; l_к — расстояние между серединами игольчатых роликов противоположно расположенных карданных подшипников, мм;  — угол установки карданного вала.

3) Напряжение изгиба шипа в сечении А—А

где h — плечо силы F_ш, мм (определяется исходя из того, что сила приложена в середине игольчатого ролика карданного подшипника); — момент сопротивления сечения шипа, мм³, для шипа без отверстия для смазывания
= 0,1 , для шипа с отверстием d₀ для смазывания

Оценку напряженного состояния шипа при изгибе производят, сопо­ставляя значения  со средним статистическим уровнем напряжений изгиба в выполненных конструкциях ( 200...300 МПа).

4) Напряжение среза шипа в сеченииА—А

или

Напряжения среза шипа в выполненных конструкциях находятся в пределах

В вилке шарнира возникают напряжения изгиба и кручения. Под дей­ствием силы , приложенной на плече а, напряжение изгиба

Напряжение кручения в опасном сечении Б—Б, возникающее под действием силы , приложенной на плече с,

Моменты сопротивления зависят от формы опасного сечения Б—Б. Во многих случаях оно может быть заменено прямоугольником с размерами b и l.

Напряжения в выполненных конструкциях находятся в следующих пределах: σ_и = 50...80 МПа; τ_к = 80...160 МПа.