Оптовый магазин

Главное меню

Главная
Ремонт карданных валов
Ремонт турбин
Ремонт и детали СХТ
Запасные части к валам
Карданные валы
ОПТ Магазин
Ремонт погрузчиков
Балансировка роторов
Техническая библиотека
О фирме
Новости
Для СТО
Контакты
English version

Расчет карданных валов

Определение размеров карданного вала зависит от большого количества факторов. Нижеприведенные правила служат лишь для предварительного выбора. В исключительных случаях Вам будет необходима наша консультация.

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 предаваемого крутящего момента 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 β

Terf = 

Terf = Требуемый коэффициент грузоподъемности шарнира

K = Коэффициент ударных нагрузок. См. таблицу

β = Угол в шарнире в ° (Grad). При углах < 3° их принимают равными β = 3° .

M = Передаваемый крутящий момент в Nm

Lherf = Требуемый срок службы в часах. Его значение должно составлять минимум 90% от сроков службы всех валов.

Среднее значение Lh всех валов тогда больше в 5 раз.

n = Число оборотов вала в min-1


Коэффициенты ударных нагрузок
Приводной агрегатK с демпферомK без демпфера
Электромоторы
Моторы с гидротрансформатором
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

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

1000 Nm · 1,0 < 1460 Nm · cos 7° = 1449,1 Nm
Условие выполняется и вал может быть использован. Его срок службы будет составлять:

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:

где,
Lhn = Срок службы группы n, причём n = 1, 2, 3...n
Mn = Момент, соответствующий группе n
Tvorh = Производительность рассчитанного типоразмера.
nn = Обороты, соответствующие группе n
βn = Угол, соответствующий группе n

Другие коэффициенты - см. выше.
Исходя из сроков службы каждой группы, определяется общий срок службы:

где,
q = Временная составляющая в %
Lh1...Lhn = Срок службы группы n в часах.
2. Выбор валов для приводов автомобилей.

Ниже приведены буквенные обозначения, применяемые в этом разделе:MFG = Максимальный рабочий момент (из каталога)

MX = Общий расчетный момент карданного вала.
MA,MB,MC = Расчётный момент для валов A, B, C
Mmot. = Крутящий момент двигателя на валу
Mmot max = Max. крутящий момент двигателя
MRad x = М на валу по сцепному весу
s = Запас прочности подшипника = 1,5 < s <2,0
k = Коэффициент вибрации (см. табл. выше)
µR = Коэффициент сцепления колес = 0,6 < µ < 1,0
η= КПД карданной передачи
ηG = КПД коробки передач
ηV = КПД раздаточной коробки
ηA = КПД моста
iW = Расчётная величина передаточного числа гидротрансфоматора
iWF = Передаточное число гидротрансформатора в момент торможения до полной остановки
iG max = Передаточное число понижающей передачи коробки передач
iG min = Передаточное число повышающей передачи коробки передач
iV max = Передаточное число низшей передачи раздаточной коробки
iV min = Передаточное число высшей передачи раздаточной коробки
iA = Передаточное число моста
V = Передаточное соотношение вращающего момента 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

Максимальный рабочий момент 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 β° максимальный рабочий момент уменьшается на значение величины коэффициента cos β°.
Максимальный рабочий момент 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, определяемого по сцепному весу. В первом приближении:

Mx = 1/2· (Mmotx + Mradx )

При расчёте карданных валов, находящихся между мотором и коробкой передач, необходимо принимать во внимание большое влияние составляющей числа оборотов и коэффициента неравномерности работы двигателя.
Если в автомобиле установлен преобразователь, то необходимо принимать во внимание:

Если карданный вал расположен между мотором с преобразователем и коробкой передач, то коэффициент неравномерности принимают равным s = 1. Если карданный вал расположен между мотором и коробкой передач с присоединенным к ней преобразователем, то влияние неравномерности момента колеса не учитывается.

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

Автомобили с колёсной формулой 4 x 2

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

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

Автомобили с колёсной формулой 6 x 2

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

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

Автомобили с колёсной формулой 6x 4

и автомобили с колёсной формулой 8 x 4

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

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

Определение крутящего момента MB' карданного вала B между средним и задним мостами 4.

Полноприводные автомобили с колёсной формулой 4 x 4

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

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

Определение крутящего момента MB карданного вала или карданной передачи B между раздаточной коробкой 2 и задним мостом 4.

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

Полноприводные автомобили с колёсной формулой 6 x 6

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

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

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

Определение крутящего момента MB' карданного вала B' между средним и задним мостами 4.

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

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, уменьшение угла в шарнире даёт увеличение срока службы в 2 раза.

4. Критическая частота вращения


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

при этом D = наружный диаметр трубы, d = внутренний диаметр трубы, l0 = расстояние между осями шарниров или между осью шарнира и осью промежуточной опоры (Все размеры - в мм).

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

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

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

Карданные валы со стальным стержнем

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

Определение дисбаланса:
Дисбаланс U = u · r в г·мм
где u = единичная несбалансированная масса по радиусу r
Смещение центра тяжести

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 (ε*ω = 40 mm/s), а для карданных валов с особыми требованиями - G 16 (ε*ω = 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:

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
u = 99363 · 44 / ( 3500 · 90 ) = 13,8 g несбалансированные единичные массы на сторону
Так как при повторной установке вала в балансировочную установку из - за биений получают измененные данные, только 65% значений, полученных по вышеуказанному выражению, соответствуют значениям, допускаемым ДИН ИСО 1940. При повторной установке допускаются значения, составляющие 135% от значений ДИН ИСО 1940, т.е. в 2 раза больше, чем получено из уравнения.
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 грузоподъемности шарнира, это значит, что с возрастанием коэффициента грузоподъемности шарнира Т допустимый момент инерции масс также возрастает.

Момент инерции масс для карданных валов грузовых автомобилей является величиной специфической и составляет, в зависимости от предъявляемых требований, особенностей монтажа и подвески Mε spez. = 0,04 bis 0,06 Nm/Nm.

Если играет роль шум (автобусы), то для Mε spez. выбирают меньшие значения, если шумы имеют второстепенное значение, тоMε spez может быть больше.
Mε  spez представляет собой отношение момента инерции масс середины и коэффициента грузоподъемности шарнира Т.
Mε  spez. = Mε / T
причём, Mε =ε · Jm , где

в этой формуле β =угол в шарнире, α= угол поворота карданного вала (ε max при α45°) n = число оборотов в min-1 und Jm = момент инерции масс середины между шарнирами вала в Nms2
По вышеуказанным формулам рассчитаны нормативные значения max. n x β - для карданных валов со средней длиной в 1,5 м. См. таблицу.
Типоразмер валаnmax
[ min-1 ]
n x β
[ min-1 · Grad ]
196
200
253
375
376
411
490
491
590
600
610
620
680
700
710
5500
5500
5000
4800
4800
4600
4400
4500
4000
4200
4000
4000
3800
3700
3600
28000
34000
24000
21000
19000
19000
17500
17500
16000
18000
17000
16000
15000
16000
14000
Насколько указанные значения могут быть превышены, зависит от требований к плавности хода и многих других граничных условий. При благоприятных условиях они могут быть увеличены до 50%.

7. Мероприятия для увеличения плавности хода

Для уменьшения звукового излучения (шумов от коробки передач или от осей ) карданный вал может быть исполнен с вмонтированной внутрь трубы специальной картонной трубой. Это помогает эффективно подавлять высокие частоты.


"Грокард"    ©   2000 - 2016