Приводной вал , карданный вал , приводной вал , хвостовой вал ( австралийский английский ), карданный вал ( пропеллерный вал ) или карданный вал (по имени Джироламо Кардано ) — компонент для передачи механической мощности , крутящего момента и вращения, обычно используемый для соединения других компонентов трансмиссия , которую нельзя подключить напрямую из-за расстояния или необходимости обеспечить относительное перемещение между ними.
Будучи носителями крутящего момента, приводные валы подвергаются напряжению кручения и сдвига , эквивалентному разнице между входным крутящим моментом и нагрузкой. Поэтому они должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать нагрузку, избегая при этом слишком большого дополнительного веса, поскольку это, в свою очередь, увеличит их инерцию .
Чтобы обеспечить возможность изменения соосности и расстояния между ведущим и ведомым компонентами, приводные валы часто включают в себя один или несколько универсальных шарниров , кулачковых или тряпичных соединений , а иногда и шлицевое или призматическое соединение .
Термин карданный вал впервые появился в середине 19 века. В переиздании патента Стовера 1861 года на строгальный и согласующий станок этот термин используется для обозначения вала с ременным приводом, которым приводится в движение станок. [1] Этот термин не используется в его оригинальном патенте. [2] Еще одно раннее использование этого термина происходит в переиздании патента 1861 года на конную косилку Уоткинса и Брайсона . [3] Здесь этот термин относится к валу, передающему мощность от колес машины к зубчатой передаче, которая приводит в действие режущий механизм.
В 1890-х годах этот термин стал использоваться в смысле, более близком к современному. В 1891 году, например, Баттлс называл вал между трансмиссией и ведущими тележками своего локомотива Climax приводным валом, [4] а Стиллман называл вал, соединяющий коленчатый вал с задней осью своего велосипеда с приводом от вала, приводным валом. приводной вал. [5] В 1899 году Бьюки использовал этот термин для описания вала, передающего мощность от колеса к ведомому механизму с помощью универсального шарнира в своей книге «Лошадиная сила» . [6] В том же году Кларк описал свой морской велосипед, используя этот термин для обозначения вала с зубчатой передачей, передающего мощность через универсальный шарнир на карданный вал. [7] Кромптон использовал этот термин для обозначения вала между трансмиссией своего парового автомобиля 1903 года и ведомой осью. [8]
Компания-новатор автомобильной промышленности Autocar первой применила приводной вал в автомобиле с бензиновым двигателем. [9] Построенный в 1901 году, этот автомобиль сегодня находится в коллекции Смитсоновского института . [10]
Автомобиль может использовать продольный вал для передачи мощности от двигателя/трансмиссии на другой конец транспортного средства, прежде чем она поступит на колеса. Пара коротких приводных валов обычно используется для передачи мощности от центрального дифференциала , трансмиссии или коробки передач на колеса.
В автомобилях с передним расположением двигателя и задним приводом также требуется более длинный приводной вал для передачи мощности по всей длине автомобиля. Доминируют две формы: торсионная трубка с одним универсальным шарниром и более распространенный привод Гочкиса с двумя или более шарнирами. Эта система стала известна как Système Panhard в честь автомобильной компании Panhard et Levassor, которая ее запатентовала.
Большинство этих автомобилей имеют сцепление и коробку передач (или трансмиссию), установленные непосредственно на двигателе, с приводным валом, ведущим к главной передаче на заднем мосту. Когда автомобиль стоит, приводной вал не вращается. Некоторые автомобили (как правило, спортивные автомобили, такие как Chevrolet Corvette C5 / C6 / C7 , Alfa Romeo Alfetta и Porsche 924/944/928 ), стремясь улучшить баланс веса между передней и задней частью, используют заднюю коробку передач . В некоторых моделях, отличных от Porsche, сцепление и трансмиссия размещаются в задней части автомобиля, а приводной вал - между ними и двигателем. В этом случае приводной вал постоянно вращается вместе с двигателем, даже когда автомобиль стоит и выключена передача. Однако в моделях Porsche 924/944/928 сцепление установлено в задней части двигателя в колоколообразном корпусе, а приводной вал от выхода сцепления, расположенный внутри полой защитной торсионной трубки, передает мощность на заднюю установленную коробку передач ( трансмиссия + дифференциал). Таким образом, карданный вал Porsche вращается только тогда, когда вращаются задние колеса, поскольку установленная на двигателе муфта может отделить вращение коленчатого вала двигателя от карданного вала. Так, в случае с Porsche, когда водитель использует сцепление при быстром переключении передач вверх или вниз (механическая коробка передач), двигатель может свободно вращаться при нажатии на педаль акселератора, поскольку при выключенном сцеплении инерция двигателя и маховика относительно мала и не отягощен дополнительной инерцией вращения карданного вала. Торсионная трубка Porsche прочно прикреплена как к колоколу двигателя, так и к картеру коробки передач, фиксируя длину и соосность колокола и коробки передач и значительно сводя к минимуму реактивный момент заднего привода от поворота коробки передач в любой плоскости.
Приводной вал, соединяющий задний дифференциал с задним колесом, можно назвать полувалом. Название происходит от того факта, что два таких вала необходимы для образования одной задней оси .
В ранних автомобилях вместо приводного вала часто использовались механизмы цепной или ременной передачи . Некоторые использовали электрические генераторы и двигатели для передачи мощности на колеса.
В британском английском термин « приводной вал» ограничивается поперечным валом, который передает мощность на колеса, особенно на передние колеса. Вал, соединяющий коробку передач с задним дифференциалом, называется «карданным валом», или «карданным валом». Карданный вал в сборе состоит из карданного вала, скользящего шарнира и одного или нескольких универсальных шарниров. Там, где двигатель и мосты отделены друг от друга, как на полноприводных и заднеприводных автомобилях, именно карданный вал служит для передачи движущей силы, создаваемой двигателем, на оси.
В автомобильной промышленности используется несколько различных типов приводного вала:
Приводной вал со скользящей трубкой представляет собой новый тип, повышающий безопасность при столкновении. Его можно сжать для поглощения энергии в случае аварии, поэтому он также известен как «складной приводной вал».
Они произошли от переднемоторной и заднеприводной компоновки. Между трансмиссией и бортовыми передачами на обеих осях была размещена новая форма трансмиссии, называемая раздаточной коробкой . Это разделяло привод на две оси и могло также включать понижающие передачи, собачью муфту или дифференциал. Использовалось как минимум два приводных вала, по одному от раздаточной коробки на каждую ось. В некоторых более крупных автомобилях раздаточная коробка устанавливалась по центру и приводилась в движение коротким приводным валом. В автомобилях размером с Land Rover приводной вал передней оси заметно короче и имеет более крутой шарнир, чем задний вал, что усложняет инженерную задачу создания надежного приводного вала и может включать более сложную форму. универсального шарнира.
Современные легкие автомобили с полным приводом (особенно Audi или Fiat Panda ) могут использовать систему, которая больше напоминает переднеприводную компоновку. Трансмиссия и главная передача передней оси объединены в один корпус рядом с двигателем, а единственный приводной вал проходит по всей длине автомобиля к задней оси. Это предпочтительная конструкция, в которой крутящий момент переносится на передние колеса, чтобы обеспечить управляемость, как у легкового автомобиля, или когда производитель желает производить как полноприводные, так и переднеприводные автомобили со многими общими компонентами.
Автомобильная промышленность также использует приводные валы на испытательных заводах.
На стенде для испытаний двигателей приводной вал используется для передачи определенной скорости или крутящего момента от двигателя внутреннего сгорания на динамометрический стенд .
«Защита вала» используется при соединении вала для защиты от контакта с приводным валом и для обнаружения неисправности вала.
На стенде для испытаний трансмиссии приводной вал соединяет тягач с трансмиссией.
Приводной вал автомобиля обычно может прослужить около 120 000 километров. Однако, если на автомобиле наблюдается какой-либо из перечисленных ниже признаков, водителям следует как можно скорее проверить его. [11]
Стояночный тормоз карданного вала воздействует на приводной вал, а не на колеса. [12] Эти тормоза обычно используются на небольших грузовиках. Этот тип тормоза склонен к выходу из строя и приводил к инцидентам, когда грузовик уходил на уклон, что приводило к выдаче предупреждений безопасности. [13] Тяжелые автомобили, оснащенные стояночным тормозом этого типа, обычно имеют рукоятку с храповым механизмом, аналогичную автомобильному ручному или стояночному тормозу , а не кнопку или рычаг пневматического тормоза .
Факторы риска для водителей включают парковку на крутом склоне при большой нагрузке, недостаточное нажатие на тормоз, изменение нагрузки или баланса нагрузки при парковке на склоне или парковку, когда одна сторона автомобиля может соскользнуть. Использование колодок на колесах является одним из способов предотвращения движения автомобиля на склоне.
Приводные валы использовались на мотоциклах еще до Первой мировой войны, например, на бельгийском мотоцикле FN 1903 года и мотоцикле Стюарта Тернера Stellar 1912 года. В качестве альтернативы цепным и ременным передачам приводные валы обеспечивают длительный срок службы, чистоту и относительное обслуживание. бесплатная операция. Недостатком карданной передачи на мотоцикле является то, что для поворота мощности на 90° от вала к заднему колесу необходима косозубая , спирально-коническая или подобная передача , теряя при этом некоторую мощность.
BMW производит мотоциклы с валовым приводом с 1923 года; и Moto Guzzi производят V-образные двухцилиндровые двигатели с валовым приводом с 1960-х годов. Британская компания Triumph и основные японские бренды Honda , Suzuki , Kawasaki и Yamaha производят мотоциклы с валовым приводом.
Мотороллеры Lambretta от типов A до LD имеют валовой привод [14], скутер NSU Prima также имеет валовой привод [15].
Мотоциклетные двигатели, расположенные таким образом, что коленчатый вал расположен продольно и параллельно раме, часто используются в мотоциклах с приводом от вала. Для этого требуется только один поворот на 90° при передаче мощности, а не два. Мотоциклы Moto Guzzi и BMW, а также серии Triumph Rocket III и Honda ST используют эту компоновку двигателя.
Мотоциклы с карданным валом подвержены эффекту вала , когда шасси поднимается при подаче мощности. Этому эффекту, противоположному эффекту, наблюдаемому у мотоциклов с цепным приводом, противодействуют такие системы, как Paralever от BMW, CARC от Moto Guzzi и Tetra Lever от Kawasaki .
На судне с механическим приводом приводной вал или гребной вал обычно соединяет гребной винт снаружи судна с приводным механизмом внутри, проходя по крайней мере через одно уплотнение вала или сальниковую коробку в том месте, где он пересекает корпус . Тяга, осевая сила, создаваемая гребным винтом, передается на судно упорным блоком или упорным подшипником, который на всех лодках, кроме самых маленьких, встроен в главный двигатель или коробку передач. Валы могут быть изготовлены из нержавеющей стали [16] или композитных [17] материалов в зависимости от типа судна, на котором они будут установлены.
Часть трансмиссии, которая соединяется непосредственно с гребным винтом, называется хвостовым валом. [18]
Локомотивы Shay , Climax и Heisler , представленные в конце 19 века, использовали игольчатые приводы для передачи мощности от центрально установленного многоцилиндрового двигателя к каждой тележке, поддерживающей двигатель. На каждом из этих паровозов с зубчатой передачей один конец каждого приводного вала был соединен с ведомой тележкой через универсальный шарнир , а другой конец приводился в движение коленчатым валом , трансмиссией или другой тележкой через второй универсальный шарнир. Привод иглы также имеет возможность скользить вдоль, эффективно изменяя свою длину. Это необходимо для того, чтобы тележки могли вращаться при прохождении поворота.
Карданные валы используются в некоторых тепловозах (в основном дизель-гидравлических, таких как British Rail Class 52 ) и некоторых электровозах (например, British Rail Class 91 ). Они также широко используются в дизельных агрегатах .
Приводной вал служил альтернативой цепной передаче в велосипедах на протяжении прошлого столетия, но так и не стал очень популярным. Велосипед с приводом от вала (или «Акатен» от одного из первых производителей) имеет несколько преимуществ и недостатков:
Приводные валы — это один из способов передачи мощности от двигателя и механизма отбора мощности на дополнительное оборудование, установленное на автомобиле, например воздушный компрессор . Приводные валы используются, когда рядом с двигателем недостаточно места для дополнительного аксессуара; вал перекрывает зазор между механизмом отбора мощности двигателя и аксессуаром, позволяя устанавливать аксессуар в другом месте автомобиля. [19]
В настоящее время существуют новые возможности для процесса производства приводных валов. Процесс производства накальной намотки приобретает все большую популярность для создания композитных приводных валов. Несколько компаний автомобильной промышленности стремятся использовать эти знания в своих крупносерийных производствах. [ нужна цитата ]
