ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3
ВИВЧЕННЯ ПРИСТРОЇ Карданні передачі
Мета роботи: вивчити призначення, пристрій, кінематичні залежності карданних шарнірів, вивчити поняття критичної часті обертання карданного валу. Карданні механізми (кардани) являють собою пристрої, які здатні передавати обертаючий момент або обертальний рух від одного вала до іншого при фіксованих або змінних кутах перетину їх осей. За кінематиці карданні шарніри ділять на шарніри нерівних (асинхронні), рівних (синхронні) частот обертання і карданні механізми працюють на частотах обертання близьких до постійного.
Кінематичні залежності карданних шарнірів нерівних кутових швидкостей
Малюнок 1 - Схема карданного шарніра.
Залежність між кутами повороту ведучого і веденого валів має наступний вигляд:
tgα 2 = tgα 1 cos QUOTE
, (1.1)
де QUOTE
- Кут між ведучим і веденим валами;
α 1 - кут повороту ведучої вилки щодо положення, при якому вона перпендикулярна до площини, утвореною кутом шарніра;
α 2 - кут повороту веденої вилки відносно площини утвореною кутом шарніра;
Ставлення частот обертання ведучої і веденої вилки одно:
QUOTE
, (1.2)
Амплітуда коливань кута повороту виникають при обертанні карданного шарніра, що працює при деякому вугіллі:
A = arctg QUOTE
(QUOTE 
(1.3)
Для забезпечення однакових частот обертання ведучого валу QUOTE
, І вала агрегату QUOTE 
, Який наводиться карданної передачею, застосовують передачі з парним числом шарнірів. При використанні парного числа шарнірів вал агрегату буде обертатися з тією ж частотою, що і провідний вал.
Результати розрахунків кута повороту і відносини частот обертання веденого вала в залежності від кута повороту ведучої вилки наведені в таблиці 1
ВИВЧЕННЯ ПРИСТРОЇ Карданні передачі
Мета роботи: вивчити призначення, пристрій, кінематичні залежності карданних шарнірів, вивчити поняття критичної часті обертання карданного валу. Карданні механізми (кардани) являють собою пристрої, які здатні передавати обертаючий момент або обертальний рух від одного вала до іншого при фіксованих або змінних кутах перетину їх осей. За кінематиці карданні шарніри ділять на шарніри нерівних (асинхронні), рівних (синхронні) частот обертання і карданні механізми працюють на частотах обертання близьких до постійного.
Кінематичні залежності карданних шарнірів нерівних кутових швидкостей
Малюнок 1 - Схема карданного шарніра.
Залежність між кутами повороту ведучого і веденого валів має наступний вигляд:
tgα 2 = tgα 1 cos QUOTE
де QUOTE
α 1 - кут повороту ведучої вилки щодо положення, при якому вона перпендикулярна до площини, утвореною кутом шарніра;
α 2 - кут повороту веденої вилки відносно площини утвореною кутом шарніра;
Ставлення частот обертання ведучої і веденої вилки одно:
QUOTE
Амплітуда коливань кута повороту виникають при обертанні карданного шарніра, що працює при деякому вугіллі:
A = arctg QUOTE
Для забезпечення однакових частот обертання ведучого валу QUOTE
Результати розрахунків кута повороту і відносини частот обертання веденого вала в залежності від кута повороту ведучої вилки наведені в таблиці 1
Таблиця 1 - Результати розрахунків для кута QUOTE = 20 °
Амплітуда коливань кута повороту:
A = arctg QUOTE
(QUOTE 
= 1,78 °
Критична частота обертання
Вали, обертаючись з певною частотою, можуть стати динамічно нестійкими. У результаті чого можуть з'явиться коливання настільки великої амплітуди, що відбудеться поломка вала. Критична частота обертання збігається з частотою власних коливань неврівноваженого валу.
При критичній частоті обертання може відбутися самозбудження коливань і прогин збільшиться на стільки, що демпфування буде вже недостатньо.
Для круглого трубчастого валу можна користуватися наступною формулою
(Е = 204 ГПа, щільність матеріалу 7780 кг/м3):
Nкр = 1,185 * 108 QUOTE
(1.4)
де D - зовнішній діаметр валу, мм;
d - внутрішній діаметр валу, мм;
LK - довжина валу між опорами (центрами універсальних шарнірів), м.
Отримане за цією формулою значення критичної частоти обертання відповідає найменшою частотою.
Порядок виконання теоретичних розрахунків
Критична частота обертання карданної передачі:
Максимальна частота обертання карданної передачі:
nmax = QUOTE
(1.45
де VAmax - максимальна швидкість руху автомобіля, км / год;
U0 - передаточне число головної передачі.
QUOTE
- Динамічний радіус колеса, м.
Для автомобіля ГАЗ-24
VAmax = 145 км / год, U0 = 4,1, QUOTE
= 0,31 м.
nmax = QUOTE
= 5082 об / хв
Коефіцієнт запасу по критичної частоті:
ККР = QUOTE
| α 1 | α 2 | α 2 - α 1 | |
| 0 | 0,00 | 0,00 | 1,064 |
| 30 | 28,48 | 1,52 | 1,033 |
| 45 | 43,22 | 1,78 | 1,002 |
| 60 | 58,43 | 1,57 | 0,971 |
| 90 | 90,00 | 0,00 | 0,940 |
| 120 | 121,57 | -1,57 | 0,971 |
| 135 | 136,78 | -1,78 | 1,002 |
| 150 | 151,52 | -1,52 | 1,033 |
| 180 | 180,00 | 0,00 | 1,064 |
A = arctg QUOTE
Критична частота обертання
Вали, обертаючись з певною частотою, можуть стати динамічно нестійкими. У результаті чого можуть з'явиться коливання настільки великої амплітуди, що відбудеться поломка вала. Критична частота обертання збігається з частотою власних коливань неврівноваженого валу.
При критичній частоті обертання може відбутися самозбудження коливань і прогин збільшиться на стільки, що демпфування буде вже недостатньо.
Для круглого трубчастого валу можна користуватися наступною формулою
(Е = 204 ГПа, щільність матеріалу 7780 кг/м3):
Nкр = 1,185 * 108 QUOTE
де D - зовнішній діаметр валу, мм;
d - внутрішній діаметр валу, мм;
LK - довжина валу між опорами (центрами універсальних шарнірів), м.
Отримане за цією формулою значення критичної частоти обертання відповідає найменшою частотою.
Порядок виконання теоретичних розрахунків
Критична частота обертання карданної передачі:
Максимальна частота обертання карданної передачі:
nmax = QUOTE
де VAmax - максимальна швидкість руху автомобіля, км / год;
U0 - передаточне число головної передачі.
QUOTE
Для автомобіля ГАЗ-24
VAmax = 145 км / год, U0 = 4,1, QUOTE
nmax = QUOTE
Коефіцієнт запасу по критичної частоті:
ККР = QUOTE
ККР = QUOTE 
= 1,41