Eugen Klein GmbH   Gelenkwellen Klein Gelenkwellen
    Старт Технические сведения Выбор карданных валов
Deutsch (Deutschland)English (United Kingdom)French (Fr)Italian - ItalyNederlands - nl-NLEspañol(Spanish Formal International)Russian (CIS)
Klein Gelenkwellen
Выбор карданных валов

Определение параметров карданного вала зависит от большого коли-
чества факторов. Нижеприведенные правила служат лишь для пред-
варительного выбора. В случае затруднений при определении параметров Вам будет необходима наша консультация. Вам также может оказаться полезным опросный лист, который Вы найдёте в разделе 13.

8.1 Выбор валов для стационарных приводов

Узлом, определяющим ресурс карданного вала, является, как правило, подшипник шарнира. Поэтому выбор типоразмера кардного вала целесообразно производить исходя из крутящего момента предаваемого подшипниками. В основе нижеследующего расчёта лежит обычный расчёт роликового подшипника, причём предполагается, что осциллирующее движение заменяется вращением.

Характеристикой передающей способности подшипника является коэффициент грузоподъёмности шарнира T = C • R, где С – динамическая грузоподъёмность подшипника и R – расстояние центра подшипника от центра шарнира. Коэффициент грузоподъёмности шарнира указан в тех. паспорте на вал. Terf  - расчетное значение – можно определить по следующей формуле. Формула предназначена для равномерного режима работы, т.е. когда крутящий момент Md сохраняется в течение ресурса Lh при числе оборотов n  и угле в шарнире ß.

Terf = Formel 14
Terf = Требуемый коэффициент грузоподъемности шарнира
K = Коэффициент динамических нагрузок. См. таблицу.
ß = Угол в шарнире в ° (Grad). При углах < 3° их принимают равными ß = 3° .
M = Передаваемый крутящий момент в Nm
Lherf = Требуемый срок службы в часах. Этого значения  срока службы должны достигать  минимум 90% от всех валов. Среднее значение Lh всех валов тогда больше в 5 раз.
n = Число оборотов вала в min-1

Коэффициенты динамических нагрузок

Приводной агрегат K с эластичным сцеплением K без эластичного сцепления
Электромоторы
Моторы с гидротрансформат.
Дизель-моторы с 1-3 цил.
4 и больше   цилиндров
Оттомоторы 1-3 цилиндр.
 4 и больше   цилиндров
Компрессоры 1-3 цил.
4 и больше   цилиндров

1
1
2
1,5
1,5
1,25
1,25
1,15
1
1
2,5
2,0
2,0
1,75
1,75
1,5

Пример:

Рабочая машина с малым моментом инерции масс воспринимающая при n = 1450 мин -1 крутящий момент 1000 Нм должна приводиться в действие электромотором посредством вала, который работает под углом 7 °. Срок службы должен быть 2000 час. Какой типоразмер вала необходим?

Расчёт:

Для электромотора и рабочей машины, работающих без ударных нагрузок, К= 1. Тогда

Formel 15

Итак, Т = 1339 Нм. Из справочника выбирают вал с ближайшим большим типоразмером. Если, например должен применяться вал исполнения 008, то выбирают исполнение 008 195 с коэффициентом грузоподъёмности 1460 Нм.

Для этого типоразмера проверяется, выполняется ли неравенство Formel 16

1000 Nm • 1,0 < 1460 Nm • cos 7° = 1449,1 Nm

 

Условие выполняется, и вал может быть использован. Его срок службы будет составлять:

Formel 17

Во многих случаях применения, особенно в автомобилях, значения момента, числа оборотов и/или угла в шарнире не постоянны. В этом случае необходимо попытаться образовать группы в которых объединены моменты, обороты и углы и определить их временные составляющие.

Для уже определённого типоразмера вала сроки службы рассчитываются по каждой группе:

Formel 18

 

 

где:

Lhn = Срок службы группы n, причём n = 1, 2, 3...n
Mn = Момент, соответствующий группе n
Tvorh = Грузоподъёмность оцениваемого типоразмера.
nn = Обороты, соответствующие группе n
ßn = Угол, соответствующий группе n

Другие коэффициенты – см. выше.

Исходя из сроков службы каждой группы, определяется общий срок службы:

Formel 19

где:
q = Временные составляющие в %
Lh1...Lhn =  Срок службы в часах.

8.2 Выбор валов для приводов автомобилей

Ниже приведены обозначения, применяемые в этом разделе:

MFG = Крутящий момент без остаточной деформации (из каталога)
MX = Общий расчетный момент карданного вала.
MA,MB,MC = Расчётный момент для валов A, B, C
Mmot. = Общий долевой момент двигателя на валу
Mmot max = Max. крутящий момент двигателя
MRad x = Общий долевой момент сцепления колеса  на валу
s = Запас работоспособности  подшипника = 1,5 < s <2,0
k = Коэффициент динамических нагрузок (см. табл. выше)
µR = Коэффициент сцепления колес = 0,6 < µ < 1,0
= Общий КПД передачи
G = КПД коробки передач
V = КПД раздаточной коробки
A = КПД осевой передачи
iW = Расчётная величина передаточного числа гидротрансфоматора
iWF = Передаточное число гидротрансформатора в момент запуска
iG max = Коробка передач max. передаточное число (1 передача)
iG min = Коробка передач min. передаточное число ( n передача)
iV max = Раздаточная коробка, передаточное число (1 передача)
iV min = Раздаточная коробка, передаточное число (n передача)
iA = Передаточное число осевой передачи
V = Передаточное соотношение крутящих моментов двигателяTmot V / Tmot H
Rdyn = Динамический радиус качения шины
GV = Нагрузка на передний мост; общая нагрузка передней оси
GV1 = Нагрузка на передний мост 1-я ось
GV2 = Нагрузка на передний мост 2-я ось
GH = Нагрузка на задний мост; общая нагрузка задней  оси
GH1 = Нагрузка на задний мост 1-я ось
GH2 = Нагрузка на задний мост 2-я ось

Крутящий момент без остаточной деформации MFG приведен в нашем каталоге. Этот момент может передаваться карданным валом лишь кратковременно с ограниченной частотой вращения при угле в шарнире = 0°.

При угле в шарнире ߺ крутящий момент без остаточной деформации уменьшается на значение cos ߺ.

Крутящий момент без остаточной деформации MFG должен быть существенно больше общего расчетного момента  карданного вала. 

MFG 1,5 · Mx

Расчётный момент карданного вала Mx для валов между мотором и осевыми передачами определяется исходя из крутящего момента, поступающего от двигателя Mmotx, и момента MRad x, действующего от сцепления колеса. В первом приближении:

Mx = ½ (Mmotx + Mradx)

При расчёте карданных валов, находящихся между мотором и коробкой передач, необходимо принимать во внимание большое влияние составляющей числа оборотов и коэффициента динамических нагрузок  двигателя.

 

Если в автомобиле установлен гидротрансформатор (преобразователь), то необходимо принимать во внимание:

Если карданный вал расположен между мотором с преобразователем и коробкой передач, то коэффициент динамических нагрузок  принимают равным к = 1. Если карданный вал расположен между мотором и коробкой передач с присоединенным перед ней преобразователем, товоздействие  момента колеса = 0.


Если iWF < 1,4 , то его влиянием можно пренебречь, при этом  iW = 1.

Если iWF > 1,4, то его влияние учитывается коэффициентом  0,76, при

этом iW = 0,76 • iWF.

8.3 Схема  выбора валов для приводов автомобилей, эксплуатируемых в нормальных условиях.

Автомобили с колёсной формулой 4 x 2

Bild: Straßenfahrzeuge 4 x 2

Определение крутящего момента карданного вала A между мотором 1 и коробкой передач 2.

Formel 20

Определение крутящего момента карданного вала или карданной передачи B между коробкой передач 2 и дифференциалом 4.

Formel 21

Автомобили с колёсной формулой 6 x 2

Bild: Straßenfahrzeuge 6 x 2

Определение крутящего момента карданного вала A между мотором 1 и коробкой передач 2.

Formel 22

Определение крутящего момента карданного вала или карданной линии B между коробкой 2 и дифференциалом 4.

Formel 23

Автомобили с колёсной формулой 6x 4

Bild: Straßenfahrzeuge 6 x 4

и автомобили с колёсной формулой 8 x 4

Bild: Straßenfahrzeuge 8 x 4

Определение крутящего момента MA карданного вала A между мотором 1 и коробкой передач 2.

Formel 24

Определение крутящего момента MB карданного вала или карданной передачи B между коробкой передач 2 и дифференциалом 4.

Formel 25

Определение крутящего момента MB' карданного вала B между дифференциалами 4.

Formel 26

Полноприводные автомобили с колёсной формулой 4 x 4

Bild: Straßenfahrzeuge 4 x 4

Определение крутящего момента MA карданного вала A между мотором 1 и коробкой передач 2.

Formel 27

Определение крутящего момента MA карданного вала A'  между коробкой передач 2 и раздаточной коробкой 3.

Formel 28

Определение крутящего момента MB карданного вала или карданной передачи B между раздаточной коробкой 3 и дифференциалом 4.

Formel 29

Определение крутящего момента MC карданного вала C между раздаточной коробкой 3 и дифференциалом 4.

Formel 30

Полноприводные автомобили с колёсной формулой 6 x 6

Bild: Straßenfahrzeuge 6 x 6

Определение крутящего момента MA карданного вала A между мотором 1 и коробкой передач 2.

Formel 31

Определение крутящего момента MA карданного вала A'  между коробкой передач 2 и раздаточной коробкой 3.

Formel 32

Определение крутящего момента MB карданного вала или карданной линии B между раздаточной коробкой 3 и дифференциалом 4.

Formel 33

Определение крутящего момента MB' карданного вала B' между дифференциалами 4.

Formel 34

Определение крутящего момента MC карданного вала C между раздаточной коробкой 3 и дифференциалом 4.

Formel 35

Приведенная методика расчетов позволяет избежать грубых ошибок в выборе карданных валов. Не приняты во внимание такие важные влияния на срок службы, как угол в шарнире, частота вращения, степень загрузки, влияние загрязнений, температура, и т.д. Так, например, деление пополам угла в шарнире вдаёт увеличение срока службы в 2 раза. См. раздел 9.1.

Поэтому используйте опросный лист, приведенный в разделе  13. Используя имеющиеся у нас расчётные программы, мы поможем Вам подобрать правильный типоразмер карданного вала.

 

8.4 Критическая частота вращения

Карданный вал, рассчитанный на основании  пп. 8.1, 8.2 или 8.3 необходимо проверить на критическую частоту вращения.

В большинстве случаев карданные валы эксплуатируются при частоте вращения ниже критической. Критическая частота вращения для карданных валов со стальной трубой рассчитывается по формуле
Formel 36

при этом  D = наружный диаметр трубы, d = внутренний диаметр трубы, l0 = расстояние между шарниров или между шарнирами или промежуточными опорами (Все размеры – в мм).

Если вал изготовлен в специальном исполнении в виде стержня (прутка), то критическая частота вращения вычисляется по формуле

Formel 37

при этом  D = наружный диаметр стержня, l0 = расстояние между шарнирами (Все размеры – в мм).

Указанные уравнения справедливы только для гладких труб или стержней. Из-за зазоров в подшипниках, в шлицевом соединении или дополнительных масс, карданные валы работают при 80-90% критической частоты. Т.к. эксплуатационная частота должны быть на 10-20% ниже критической, ее выбирают, исходя из неравенства

nBetrieb 0,6... 0,7 nkrit

Максимальная эксплуатационная частота вращения может быть также определена из нижеследующих диаграмм

 

Рис 24

Карданные валы со стальной трубой

Bild 24 a

Карданные валы со стальным стержнем

Bild 24 b

Если максимальная эксплуатационная частота вращения оказывается меньше, чем необходимо, то следует выбрать больший диаметр трубы или остановиться на карданной передаче с промежуточным опорой.

8.5 Балансировка карданных валов

Карданные валы приводов автомобилей подвергаются динамической балансировке. Балансировка – это выравнивание весов эксцентрично вращающихся масс в карданном вале с целью достижения плавности его хода и снижения нагрузки в шарнирах и в опорах соединённых с ним агрегатов (Рис. 25).

Рис. 25

Bild 25

 

Определение дисбаланса:

Дисбаланс U = u • r  в  г•мм

где u = единичная несбалансированная масса по радиусу r

Cмещение центра тяжести

Formel 38 

 

где G - вес балансируемой детали

Величины допускаемого дисбаланса

Практика показывает, что увеличение числа оборотов может допускать небольшое смещение центра тяжести. Поэтому произведение числа оборотов на смещение центра тяжести целесообразно принять как меру допустимого дисбаланса. Из этого исходят также ДИН ИСО 1940 «Требования к качеству балансировки роторов». В них в одной таблице для различных деталей приведены так называемые «степени качества», причем при их определении исходят из того, что различные балансируемые тела (колёса, диски, колёсные пары, кривошипно-шатунные механизмы, валы) одной закрытой машинной группы, например, грузовых автомобилей, нецелесообразно балансировать по различным степеням качества.

В соответствии с ДИН ИСО 1940 для карданных валов должна приниматься степень качества балансировки G 40  ( · = 40 mm/s)), а для карданных валов с особыми требованиями - G 16  ( · = 16 mm/s).

Если клиент не предъявляет других требований, валы балансируют при максимальных рабочих оборотах по степени качества G 16. Допустимый остаточный дисбаланс определяется из следующего соотношения:

Formel 39 в граммах на сторону    

где:
u = допустимые несбалансированные единичные массы в граммах на сторону
G = вес вала в kg
nWucht = число оборотов при балансировке в min-1
d =диаметр трубы в mm

Пример: Вал весом 44 kg, nWucht = 3500 min-1
Труба Ø 90:
u = 99363 • 44 / ( 3500 • 90 ) = 13,8 g несбалансированные единичные массы  на сторону

Так как при повторной установке вала в балансировочный станок из – за биений получают измененные  данные, значения уравнения соответствуют  только 65% значений, допускаемым ДИН ИСО 1940. При новой установке допускаются значения, составляющие 135% от значения ДИН ИСО 1940, т.е. примерно удвоенное значение из выражения .

8.6 Моменты инерции масс, влияние числа оборотов и угла в шарнире.

Для того, чтобы достичь необходимой плавности хода карданного вала, момент инерции масс середины между шарнирами не должен быть очень большим. Момент инерции масс зависит от момента инерции масс середины, числа оборотов n и угла в шарнире р. Допустимая величина момента инерции масс возрастает с увеличением передающей способность шарнира, это значит, что с возрастанием коэффициента грузоподъёмности шарнира Т допустимый момент инерции масс также возрастает.

Для карданных валов грузовых автомобилей в зависимости от предъявляемых требований, особенностей монтажа и подвески  принят специальный момент инерции масс составляющий,

M spez. = 0,04 bis 0,06 Nm/Nm. Если играет роль шум (автобусы), то для  M spez.выбирают меньшие значения, если шумы имеют второстепенное значение, то Mspez может быть больше.

M spez. представляет собой отношение момента инерции масс середины и коэффициента грузоподъёмности шарнира Т.

M spez. = M / T

причём, M = · Jm

где

 
к предыдущей странице
 к началу раздела  к следующей странице
 
Eugen Klein GmbH   Gelenkwellen   Parkstraße 27-29      73734 Esslingen a.N. 
Fon +49 (0)711 3 80 05-12     Fax +49 (0)711 3 80 05-49    info@klein-gelenkwellen.de
upseits Webagentur