ШРУС (также называемый ШРУС ) — это механическая муфта , которая позволяет валам свободно вращаться (без заметного увеличения трения или люфта ) и компенсирует угол между двумя валами в определенном диапазоне для поддержания та же скорость.
ШРУСы обычно используются в переднеприводных автомобилях, где они используются для передачи мощности двигателя на колеса, даже если угол карданного вала изменяется из-за работы подвески .
Предшественником ШРУСа был универсальный шарнир (также называемый карданным шарниром ), который был изобретен Джероламо Кардано в 16 веке. Универсальные шарниры просты в изготовлении и выдерживают большие усилия, однако по мере увеличения угла срабатывания универсальные шарниры часто становятся «зазубренными» и их трудно поворачивать.
Первым типом шарнира равных угловых скоростей был двойной кардан , изобретенный Робертом Гуком в 17 веке. В этой конструкции используются два универсальных шарнира, смещенные на 90 градусов, что компенсирует изменения скорости в каждом шарнире.
С тех пор было изобретено множество других типов шарниров равных угловых скоростей.
.gif/1280px-Double_Cardan_Joint_(animated).gif)
Двойные карданы аналогичны двойным карданам , за исключением того, что длина промежуточного вала укорочена, остались только вилки; это эффективно позволяет монтировать два шарнира Гука спина к спине. DCJ обычно используются в рулевых колонках, поскольку они устраняют необходимость правильной фазировки универсальных шарниров на концах промежуточного вала (IS), что упрощает компоновку IS вокруг других компонентов в моторном отсеке автомобиля. Они также используются для замены шарниров равных угловых скоростей типа Rzeppa в приложениях, где распространены большие углы шарнирного сочленения или импульсивные крутящие нагрузки, например, карданные валы и полуоси прочных полноприводных автомобилей. Для двойных карданных шарниров требуется центрирующий элемент, который будет поддерживать равные углы между ведомым и ведущим валами для обеспечения вращения с постоянной скоростью. [1] [2] Это центрирующее устройство требует дополнительного крутящего момента для ускорения внутренних частей шарнира и создает дополнительную вибрацию на более высоких скоростях. [3]
Соединение Tracta работает по принципу двойного шпунтового соединения. Он состоит всего из четырех отдельных частей: двух вилок (так называемых вилок, одной ведущей и одной ведомой) и двух полусферических скользящих частей (одна называется охватываемым или вертлюгом с прорезями, а другая называется охватывающим или прорезным вертлюгом), которые сцепляются в плавающем (подвижном) ) связь. Каждая губка траверсы входит в круговую канавку, выполненную на промежуточных элементах. Оба промежуточных элемента поочередно соединяются между собой поворотным шпунтом и рифленым соединением. Когда входной и выходной валы наклонены под некоторым рабочим углом друг к другу, ведущий промежуточный элемент ускоряется и замедляется при каждом обороте. Поскольку центральное соединение гребня и паза сдвинуто по фазе с губками вилки на четверть оборота, соответствующие колебания скорости ведомых промежуточных и выходных элементов губок точно противодействуют и нейтрализуют изменение скорости входной полуэлемента. Таким образом, изменение выходной скорости идентично изменению входного привода, обеспечивая вращение с постоянной скоростью. [4]
Сустав Рзеппы (изобретен Альфредом Х. Рзеппой в 1926 году) состоит из сферической внутренней оболочки с 6 канавками и аналогичной охватывающей внешней оболочки. Каждая канавка направляет один шарик . Входной вал помещается в центре большой стальной звездообразной «шестерни», расположенной внутри круглой клетки. Клетка имеет сферическую форму, но с открытыми концами и обычно имеет шесть отверстий по периметру. Эта клетка и шестерня помещаются в чашку с канавками, к которой прикреплен шлицевой и резьбовой вал. Шесть больших стальных шариков находятся внутри канавок чашки и входят в отверстия клетки, расположенные в канавках звездообразной шестерни. Выходной вал на чашке затем проходит через подшипник колеса и фиксируется осевой гайкой.
Этот шарнир может выдерживать большие изменения угла, когда передние колеса поворачиваются системой рулевого управления; типичные суставы Жеппы допускают угол сочленения 45–48 °, а некоторые - 54 °. [5] На «внешнем» конце карданного вала используется немного другой узел. Конец приводного вала имеет шлицы и входит во внешний «шарнир». Обычно он удерживается на месте стопорным кольцом .
Шарнир Бирфилда представляет собой тип шарнира равных скоростей, основанный на шарнире Рзеппы, но в котором шесть шариков удерживаются с помощью эллиптических направляющих, а не клетки. Они обладают повышенным КПД и широко используются в современных автомобилях для подвесных шарниров карданного вала. [6] Шарнир Birfield был разработан компанией Birfield Industries и получил широкое распространение при разработке переднеприводных автомобилей, таких как Mini . [7]
Триподные шарниры используются на внутреннем конце карданных валов автомобилей. Соединения были разработаны Мишелем Ореном из Glaenzer Spicer из Пуасси , Франция . Этот шарнир имеет прикрепленную к валу трехточечную траверсу, на концах которой имеются бочкообразные роликоподшипники. Они помещаются в чашку с тремя соответствующими канавками, прикрепленную к дифференциалу . Поскольку существенное движение происходит только по одной оси, эта простая схема работает хорошо. Они также допускают осевое «плунжерное» перемещение вала, поэтому раскачивание двигателя и другие эффекты не вызывают предварительной нагрузки на подшипники. Типичный шарнир штатива имеет ход погружения до 50 мм и угловое сочленение 26 градусов. [8] Треногий шарнир не имеет такого большого углового диапазона, как многие другие типы шарниров, но, как правило, он дешевле и более эффективен. В связи с этим он обычно используется в конфигурациях заднеприводных автомобилей или на внутренней стороне переднеприводных автомобилей, где требуемый диапазон движения ниже.
Шарнир Вайса состоит из двух одинаковых шаровых сердечников, которые (обычно) надежно расположены четырьмя шариками. Оба шарнира центрируются с помощью шарика с отверстием посередине. Два шарика на кольцевых направляющих передают крутящий момент, а два других предварительно нагружают шарнир и обеспечивают отсутствие люфта при изменении направления нагрузки.
Его конструкция отличается от конструкции Rzeppa тем, что шарики плотно прилегают между двумя половинами муфты и сепаратор не используется. Центральный шар вращается на штифте, вставленном во внешнее кольцо, и служит фиксирующим средством для четырех других шариков. Когда оба вала расположены на одной линии, то есть под углом 180 градусов, шарики лежат в плоскости, составляющей 90 градусов к валам. Если ведущий вал останется в исходном положении, то любое движение ведомого вала приведет к смещению шариков на половину углового расстояния. Например, когда ведомый вал перемещается на угол 20 градусов, угол между двумя валами уменьшается до 160 градусов. Шарики сдвинутся на 10 градусов в одном направлении, а угол между ведущим валом и плоскостью, в которой лежат шарики, уменьшится до 80 градусов. Это действие удовлетворяет требованию, чтобы шарики лежали в плоскости, разделяющей угол привода пополам. Этот тип соединения Вейса известен как соединение Бендикса-Вайса.
Самым совершенным плунжерным шарниром, работающим по принципу Вайса, является шестишаровой звездчатый шарнир Курта Энке. В этом типе для передачи крутящего момента используются только три шарика, а остальные три центрируют и удерживают его вместе. Шарики предварительно нагружены, а соединение полностью герметизировано. [9] [10]
Шарнир Томпсона (также известный как муфта Томпсона ) объединяет два карданных шарнира друг в друге, чтобы исключить промежуточный вал. [11] Для обеспечения совмещения входного и выходного валов добавлена управляющая вилка. В траверсе управления используется сферический ножничный механизм пантографа , который делит угол между входным и выходным валами пополам и поддерживает шарниры при относительном фазовом угле, равном нулю. Соосность обеспечивает постоянную угловую скорость при всех углах соединения. Устранение промежуточного вала и поддержание выравнивания входных валов в гомокинетической плоскости значительно снижает наведенные напряжения сдвига и вибрацию , присущие двойным карданным валам . [12] [13] [14] Хотя геометрическая конфигурация не поддерживает постоянную скорость вилки управления, которая выравнивает карданные шарниры, вилка управления имеет минимальную инерцию и генерирует небольшую вибрацию. Постоянное использование стандартной муфты Томпсона под прямым углом в ноль градусов приведет к чрезмерному износу и повреждению соединения; Минимальное смещение в 2 градуса между входным и выходным валами необходимо для уменьшения износа вилки управления. [15] Изменение входных и выходных хомутов таким образом, чтобы они не были перпендикулярны соответствующим валам, может изменить или устранить «недопустимые» углы. [16]
Новаторской особенностью муфты является метод геометрического ограничения пары карточных соединений внутри узла с использованием, например, сферического ножничного соединения с четырьмя стержнями (сферический пантограф), и это первая муфта, обладающая такой комбинацией свойств. [17]
Ранние переднеприводные автомобили (такие как Citroen Traction Avant 1930-х годов ) и передние оси внедорожных полноприводных автомобилей использовали универсальные шарниры, а не ШРУСы. Среди первых автомобилей, в которых использовались ШРУСы, были Tracta 1926 года , DKW F1 1931 года и Adler Trumpf 1932 года , все они были переднеприводными и использовали конструкцию шарнира Tracta по лицензии. [18] [19] ШРУСы позволяли плавно передавать мощность в более широком диапазоне рабочих углов (например, когда подвеска сжимается под действием силы поворота или неровности дороги).
Современные заднеприводные автомобили с независимой задней подвеской обычно используют ШРУСы на концах полуосей и все чаще используют их на хвостовом валу . [ нужна цитата ]
Над ШРУСом обычно устанавливают отдельную гибкую крышку, чтобы защитить его от посторонних частиц и предотвратить вытекание смазки. [20] Этот чехол обычно изготавливается из резины и называется «чехлом CV» или «крахмой CV». Трещины и трещины в чехле будут способствовать попаданию загрязнений, что приведет к быстрому износу соединения или его полному выходу из строя. Цельнометаллический кардан или ШРУС, расположенный внутри и защищенный цельной осью (корпусом), может оказаться желательным в суровых условиях эксплуатации, где резина склонна к физическим или химическим повреждениям. Для защиты резиновых чехлов CV можно использовать металлическую броню и кевларовые рукава/покрытия.
ШРУС обычно смазывается смазкой с дисульфидом молибдена . Шесть сфер ограничены воротами, предотвращающими падение сфер, когда валы идеально выровнены.
Особые инструкции: Непрерывная работа муфты TCVJ при температуре 0 градусов не рекомендуется, так как это приведет к чрезмерному износу подшипников и повреждению муфты. Для максимальной эффективности и срока службы муфты TCVJ рекомендуется использовать минимальный рабочий угол 2,0 градуса.
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )