TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele Hnací hřídele Kloubový hnací hřídel = Transmise = Přenáší točivý moment mezi dvěma převodovými ústrojími = Převodové ústrojí na výstupu je obvykle pohyblivé po definované dráze (pohyb v čase nestacionární) Důvody využití kloubových hnacích hřídelů v konstrukci KDMS - Přenos momentu mezi polohově variabilními převodovými ústrojími - Přenos momentu mezi konstrukčně vzdálenými ústrojími Požadavky kladené na kloubové hnací hřídele - Přenos momentu s vysokou účinností - Přenos momentu s konstantním převodem - Dlouhá životnost - Provoz bez údržby (s minimální údržbou) - Nízký moment setrvačnosti Rozdělení kloubových hnacích hřídelů podle polohy v HÚ - Podélné (spojovací) rovnoběžné s podélnou osou vozidla propojují převodovou a rozvodovou skříň - Příčné (pokud není náprava tuhá) Propojují diferenciál s hnacími koly Rozdělení kloubových hnacích hřídelů podle převodu - S konstantním převodem (stejnoběžné - homokinetické) - S periodicky proměnlivým převodem (Kardanovy) Kloubový hřídel MOTOR
o
P
Rozvodovka
Křížový kloub
Kolo Křížový kloub
Pavel Němeček 2009
1/18
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele
Podélné hnací hřídele (spojovací hřídele) Složení Kardanova hřídele - Vstupní hřídel s unášečem - Spojovací hřídel (tenkostěnná trubka) s drážkováním pro připojení unášeče na jedné straně a s pevným připojením unášeče na straně druhé - Výstupní hřídel s unášečem - Kříže pro propojení unášečů Délka spojovacího hřídele omezena ohybovými kmity Kritická úhlová frekvence (plný hřídel) : (dutý hřídel) :
ω krit = 1,28.10 4 ω krit = 1,28.10
4
D l2
(D
2
+ d2
)
l2
Spojovací hřídel je třeba konstruovat s frekvencí otáčení max. (0,6÷0,8)ωkrit Frekvence otáčení ω dána parametry HÚ. Spojovací hřídele nutno kvalitně vyvažovat. Buzení vibrací : proměnlivé ω2 spojovacího hřídele Délka hřídele dána : 1) ωkrit (vibrační omezení) 2) vzdáleností spojovaných částí HÚ (podmínka funkce HÚ) Podmínka 2 je konstrukční (povinná) a pokud zároveň nevyhoví podmínka 1, je nutno hřídel rozdělit nebo podepřít ložiskem. Podpěrné ložisko výrazně snižuje vibrace. Nutná podmínka správné funkce : Přední a zadní unášeč (vidlice) musí ležet v téže rovině. Namáhání spojovacího hřídele - krut – únavové namáhání při proměnlivém ω2 - otlačení – v drážkování – únavové namáhání při proměnlivém ω2 - ohyb – ve vidlicích unášečů – únavové namáhání při proměnlivém ω2 - ohyb + krut ve vlastním hřídeli
Pavel Němeček 2009
2/18
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele
Kardanův kloub ϕ2 ∩
∩
BA = B′A′
B B/
a α
A A/
ϕ1
b
∩
α
ϕ2
A) Pohyb
B
B→B/ = B→C→B/
CT
Trajektorie výstupních vidlic
C
a
BT B/
ϕ1
B O
CT
α
BCT = BO . tgϕ1 BBT = BO . tgϕ2
(1) (2)
BCT = BBT . cosα
(3)
Dosazením (1) a (2) do (3) BO tgϕ1 = BO tgϕ2 cosα ⇓
A ϕ1
∩
Platí : AA′ = BC
A/
BT
ϕ 2 = arctg
Trajektorie vstupních vidlic
Pavel Němeček 2009
tgϕ1 = tgϕ2 cosα
3/18
tgϕ 1 cos α
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele
60
0 2 - 01
30 0 -30 -60 0
30
60
90
120
150
180
ϕ1 α=0 α = 60
Převodový poměr
i=
α = 10 α = 70
α = 20 α = 80
ω 2 dϕ 2 = = ω1 dϕ 1 ⎛
α = 30 α = 85
α = 40 α = 90
1 cosα = 1 − sin 2 α . cos2 ϕ 1 tg 2ϕ 1 ⎞ 2 ⎜⎜ 1 + ⎟⎟ cosα cos ϕ 1 2 α cos ⎝ ⎠
Pavel Němeček 2009
4/18
α = 50
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele
převodový poměr i
6 5 4 3 2 1 0 0
30
60
90
120
150
180
ϕ1 α= 0
α = 10
α = 20
α = 30
α = 70
α = 80
α = 85
α = 90
Zrychlení ε2 =
dω 2 dω 2 dϕ 1 dω 2 . .ω 1 = = dt dϕ 1 dt dϕ 1
− cos α . sin 2 α . sin 2ϕ 1 ε2 = ω 1 (t ) cos α
Pavel Němeček 2009
5/18
α = 40
α = 50
α = 60
úhlové zrychlení ⎠ ⎠
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele
10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10
ω1 = konst.
0
30
60
90
120
150
180
ϕ1 α= 0
α = 10
α = 20
α = 30
α = 70
α = 80
α = 85
α = 90
Energetická rovnováha
P1 = P2
Mk1 = Mk 2 − I2ε 2
Pavel Němeček 2009
6/18
α = 40
α = 50
α = 60
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele
Pavel Němeček 2009
7/18
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele Příčné hnací hřídele Úkol : -
přenášet hnací moment z diferenciálu na hnací kola vyrovnávat rozdíly délek náprav při propružení
Řídicí náprava - umožnit řiditelnost a přenos momentu s konstantním převodem Příčné hnací hřídele z hlediska kinematiky (především řídicí nápravy): - dvojité křížové klouby – nákladní automobily - stejnoběžné klouby – osobní automobily Stejnoběžné (Homokinetické) klouby – přenáší v jediném kloubu moment s konstantním převodem (i = 1) mezi různoběžnými hřídeli Podmínka stejnoběžnosti : moment je přenášen v rovině jejíž sklon je poloviční úhlu sklonu hřídelů. Stejnoběžný kloub : - pevný - na straně kola - posuvný – na straně převodů Druhy stejnoběžných kloubů:
Pavel Němeček 2009
8/18
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele •
Rzeppa (Birfieldův) kloub (nejrozšířenější – 6 kuliček) (do 50o)
Pavel Němeček 2009
9/18
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele
Pavel Němeček 2009
10/18
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele •
Bendix (Weissův) kulový kloub (4 kuličky) (do 20o)
Pavel Němeček 2009
11/18
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele
Pavel Němeček 2009
12/18
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele •
Tripodový kloub (do 25o)
Pavel Němeček 2009
13/18
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele
Pavel Němeček 2009
14/18
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele
Pavel Němeček 2009
15/18
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele Poloosy Přenáší kroutící moment z diferenciálu na hnací kola. Síla na kole se vyjádří : M M max i P i Rη K FK = (1 + η ) rd
s uzávěrkou diferenciálu : M M max i P i Rη K FK = rd
Další síly závisí na konstrukci nápravy. Výpočet se provádí pro : 1) přímou jízdu FK ; FZ ; MK 2) brždění FB ; FZ 3) průjezd zatáčkou FK ; FB ; FY ; FZ 4) přejezd nerovnosti – nutno počítat se setrvačnými silami – reprezentují se dynamickým součinitelem 1,5 ÷ 2
Typy poloos a) neodlehčená poloosa
Ložiska posazena přímo na poloose Obvodová síla ozubeného kola přenesená na kolo vytváří ohybový moment Na poloosu působí všechny vnější a vnitřní síly V současné době se prakticky nepoužívá
Pavel Němeček 2009
16/18
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele b) poloodlehčené poloosy (polo-plovoucí – SEMI FLOATING))
Vnitřní ložisko je posazeno na skříň diferenciálu Poloosou jsou zachyceny všechny vnější síly c) odlehčené poloosy (THREE QUARTER FLOATING) tříčtvrtinově plovoucí
Q C
B A
Rozšířené u osobních i nákladních automobilů Vnější ložisko uloženo v tělese nápravy Vnitřní ložisko v tělese diferenciálu Pro B = 0 se bude FK a FZ přenášet na těleso nápravy (nikoliv na poloosu) Ohybový moment FY nepřenese jedno ložisko (působí momentem FY . rd) Pro B ≠ 0 zachycuje poloosa navíc ohybové momenty od FK a FZ, a u diferenciálu vzniká B reakce : Q= FZ2 + FK2 C
Pavel Němeček 2009
17/18
TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 3 – Hnací hřídele d) odlehčené poloosy (FULL FLOATING)
C
L
Síly FZ ; FK ; FY se přenášejí na těleso nápravy a nezatěžují poloosu FY bude zachyceno momentem na ložiskách :
L=
Pavel Němeček 2009
18/18
FY rd C
