Схема карданной передачи


Устройство карданных передач - примеры конструкций. Кардан автомобилей ГАЗ, ВАЗ и ЗИЛ

Конструкция карданной передачи короткобазного автомобиля

На рисунке 1 представлена карданная передача короткобазного автомобиля ограниченной проходимости.

Карданная передача одновальная, двухшарнирная, с карданами неравных угловых скоростей. Передача состоит из трубчатого карданного вала 8, к одному концу которого приварена вилка 9, а к другому концу наконечник 5 со шлицами. Наконечник соединен с подвижной в осевом направлении шлицевой втулкой 4, приваренной к вилке 3 карданного шарнира. Такое подвижное шлицевое соединение называется компенсирующим устройством. Оно обеспечивает изменение длины карданной передачи при перемещении ведущего моста относительно коробки передач во время движения автомобиля. Шлицевое соединение смазывают через масленку. Оно уплотняется манжетой 6 и защищается от грязи резиновым гофрированным чехлом 7.

Рисунок 1 — Карданная передача короткобазного автомобиля

1, 3, 9, 10 — вилки; 2 — крестовина; 4 — втулка; 5 — наконечник; 6 — манжета; 7 — чехол; 8 — вал

Вилки 3 и 9 соединяются с вилками 1 и 10 карданных шарниров крестовинами 2 и игольчатыми подшипниками, которые смазываются через масленку в крестовине. Каждый подшипник состоит из стального стакана с иголками, закрепленного в проушине вилки и уплотненного манжетой для удержания смазочного материала и защиты от воды и грязи. Вилки 1 и 10 через свои фланцы болтами прикрепляются к фланцам, которые установлены на концах валов карданной и главной передач. При таком фланцевом креплении карданной передачи очень удобны ее монтаж и демонтаж на автомобиле.

Конструкция карданной передачи легкового автомобиля ГАЗ

В легковых автомобилях ГАЗ, имеющих удлинитель в коробке передач, применяют одновальную карданную передачу, двухшарнирную, с карданами неравных угловых скоростей.

Карданная передача (рисунок 2) включает в себя карданный вал 5 и два карданных шарнира. Вилка 3 карданного шарнира установлена подвижно в осевом направлении на шлицах вторичного вала 2 коробки передач 1, что компенсирует изменение расстояния между коробкой передач и задним ведущим мостом при движении автомобиля.

Рисунок 2 — Карданная передача легковых автомобилей ГАЗ

1 — коробка передач; 2 — вторичный вал; 3, 4, 7, 9 — вилки; 5 — карданный вал; 6 — балансировочная пластина; 8 — крестовина; 10 — игольчатый подшипник

Другая вилка 4 карданного шарнира приварена к стальному трубчатому карданному валу 5. К другому концу карданного вала также приварена вилка 7, которая соединяется с вилкой 9 крестовиной 8 с игольчатыми подшипниками 10. Вилка 9 связана с валом главной передачи заднего ведущего моста.

Для уменьшения вибраций карданной передачи, возникающих при движении автомобиля, к карданному валу привариваются в определенных местах балансировочные пластины 6, уменьшающие его дисбаланс.

Конструкция карданных передач грузовых автомобилей ЗИЛ

Карданная передача грузовых автомобилей ЗИЛ ограниченной проходимости показана на рисунке 3. Карданная передача двухвальная, трехшарнирная, с карданными шарнирами неравных угловых скоростей.

Передача включает основной 6 и промежуточный 1 карданные валы, соединенные между собой, с коробкой передач и задним мостом карданными шарнирами 5, промежуточную опору 3 и компенсирующее устройство 10.

Рисунок 3 — Карданная передача грузовых автомобилей ЗИЛ ограниченной проходимости

1, 6 — карданные валы; 2 — втулка; 3 — промежуточная опора; 4 — кронштейн; 5 — карданный шарнир; 7 — обойма; 8 — подшипник; 9 — крышка; 10 — компенсирующее устройство

Промежуточная опора представляет собой шариковый подшипник 8, установленный на промежуточном

Кардан: устройство, принцип работы, классификация

Сегодня без карданного вала не сможет обойтись ни одна конструкция полноприводного или заднеприводного автомобиля. Он выполняет простую, но очень значимую задачу – передает крутящий момент от раздаточной коробки или коробки передач на передние или задние колеса.

Кардан был придуман и сконструирован еще в XVI веке, но применять его начали только после масштабного производства новых автомобилей. Стоит отметить, что пионером в испытании и внедрении, стал французский автомобильный концерт Renault.

Что такое карданный вал и для чего он нужен?

Карданный вал (КВ) – это механическое устройство, передающее крутящий момент от раздаточной коробки или коробки передач на ведущие оси автомобиля. По сути, без этого полезного устройства, невозможно было бы создать полноприводный автомобиль.

Расположения карданных валов

Как было указано выше, впервые кардан применили на автомобилях марки Рено. Создателем транспортных средств являлся конструктор по имени Луи Рено. После установки передачи, получилось решить ряд важных задач:

  1. Мягкая передача крутящего момента – изначально, механическое устройство позволило без проблем обеспечить передачу крутящего момента от коробки к задним колесам, при перемене углов между валами. На тот момент это было очень важное открытие, так как на неровной дороге, автомобиль подвергался сильнейшим вибрациям.
  2. Плавность хода – первые машины не отличались плавностью хода, особенно по ухабам и неровностям. Мягкая передача крутящего момента, позволил максимально эффективно передавать тягу к заднему мосту, обеспечивая тем самым плавное движение.

Хотя с момента первых конструкций прошло много времени, сам механизм сильно изменился, его главные задачи не поменялись. Спустя почти столетие, механизм кардана усовершенствовали, и сегодня он зависит не только от типа авто, но и его предназначения.

Карданный вал (КВ) применяется не только при конструировании ходовой части авто. Конструкция настолько универсальная, что может применяться в различных сферах деятельности человека. Например, при конструировании рулевого привода с регулировкой.

Банальным примером конструкции является головка ручного инструмента, которая может поворачиваться под углом и позволяет крутить гайки и болты в труднодоступных местах. Любая механическая конструкция, где нужно передать крутящий момент под определенными углами, использует кардан, как наиболее удобное средство.

Устройство и принцип работы карданной передачи

Классическая карданная передача сильно изменилась и имеет отличительные черты. Принято выделять четыре основных элемента конструкции:

  1. Центральная труба – или на техническом языке «центральный вал». Это конструкция полой трубы из крепкого металлического сплава.
  2. Крестовины и наконечники – это специальное приспособление, изготовленное в виде креста, которое отвечает за контроль вращающихся элементов кардана. Простыми словами, крестовина контролирует углы переменного наклона, которые не должны быть в диапазоне от 0 до 20 градусов.
  3. Вилка – это промежуточное соединение, между основным валом и промежуточным. Прямая функция — это компенсация расстояния по высоте межу валами, когда автомобиль передвигается по ухабам и ямам.
  4. Промежуточный подшипник – это очень важный элемент конструкции, который поддерживает основной вал, при этом позволяет ему вращаться в необходимом направлении. В зависимости от типа кардана, промежуточных подшипников может быть два и более.

Это основные элементы устройства передачи. Конечно, кроме них существует много дополнительных механизмов – различные крепления, подвижные фланцы, уплотнители, защитные муфты и прочее.

Устройство карданной передачи

Конструкция передачи не сложная. В большинстве случаев, механизм крепится при помощи шлицевого соединения к коробке передач (при этом неважно какой, автоматической или механической). Каждая коробка передач имеет на своем подвижном конце отверстия с внутренними креплениями. Механизм работы шлицов сконструировано таким образом, чтобы они могли смещаться при движении машины.

Дальше устанавливается подшипник КВ, который крепится к кузову автомобиля при помощи специального кронштейна. Он служит дополнительным креплением и исключает смещение механизма при нагрузках и езде. К вилке КВ крепится крестовина с игольчатыми или другими подшипниками. Эта конструкция позволяет правильно передавать крутящий момент при различных изгибах кардана.

Когда водитель включает передачу и нажимает на газ, крутящий момент переходит на скользящую вилку и дальше поступает через крестообразный шарнир к главной передачи и колесам. Наиболее продуктивными являются углы шарнира от 0 до 20 градусов. Если по причине неисправности, происходит отклонение, может начаться сильный износ всего механизма или поломка. Наглядно принцип работы показан на видео, ниже.

Классификация карданов

В конструкции современных авто используется несколько видов карданных валов. Они могут отличаться не только от производителя, но и типа автомобиля. На некоторых одинаковых моделях могут устанавливать разные типы передач.

В зависимости от конструкции карданные передачи могут быть:

  1. Одновальные – более мощный тип, часто устанавливают на полноприводные или заднеприводные автомобили. Такой механизм позволяет максимально быстро передать крутящий момент на колеса.
  2. Многовальные — это более сложный, но хрупкий механизм, который присутствует на большинстве легковых переднеприводных авто. Дополнительно к основному валу, добавляется промежуточный (где и нужен подшипник).
Работа многовальной карданной передачи

По количеству опор валов бывают следующие виды:

  1. Двухопорные – не имеют подвесного подшипника, крепится на грузовые автомобили или полноприводные транспортные средства.
  2. Трехопорные – имеют один подшипник, который соединяет промежуточный вал и основной. Применяется для большинства автомобилей.
  3. Четырехопорные – имеют несколько промежуточных валов, соединенных двумя подшипниками. Редкая разновидность, устанавливается на некоторых джипах марки Lexus и Chrysler.

По особенностям конструкции можно выделить следующие модели:

  1. С шарниром НУС (неравных угловых скоростей) – стандартная схема, устанавливаемая на большинстве авто с задним приводом колес.
  2. ШРУС – современная карданная передача, которая сохраняет равность угловых скоростей.
  3. Упругие полукарданные шарниры.
  4. Жесткие полукарданные шарниры.

На большинство современных переднеприводных авто, устанавливается кардан типа ШРУС. Он более удобен и менее подвержен вибрациям, что имеет важное значение для легковых машин. Однако, такая система и более сложная, она не дешевая в обслуживании и при неправильном уходе может легко сломаться.

Основные неисправности, их признаки

Самым прочным механизмом в конструкции является сам вал. Его отливают из крепкого сплава, который способен выдерживать предельные нагрузки. Поэтому нужно сильно постараться, чтобы повредить его. Как правило, это механические повреждения при ДТП.

В целом основные неисправности можно разделить на несколько видов:

  1. Вибрация – при трогании с места или в движении могут возникать сильные или слабые вибрации. Это первый признак повреждения подшипников крестовины. Также, проблема может говорить о неправильной балансировке вала, такое случается после его механического повреждения.
  2. Стук – характерный стук при движении с места, будет означать, что болты крепления или шлицы износились. В таком случае, лучше всего сразу обратиться на СТО, дабы проверить целостность соединения.
  3. Течь масла – можно обнаружить небольшие масляные капельки в местах расположение подшипников и сальников.
  4. Скрипы – они могут появляться в момент нажатия педали газа. В большинстве случаев, скрипы могут быть связаны с неисправностями шарниров. С появлением коррозии, крестовины может заклинивать, что приводит к повреждению подшипника.
  5. Неисправность подвижного подшипника – выявить проблему можно по характерному шуршанию в области движущей части вала. При нормальной работе, механизм не должен издавать никаких звуков, все движения плавные. Если слышно шуршание, скорей всего выходит из строя подшипник. Проблема решается только полной заменой неисправной части.

В редких случаях, когда происходит механическое повреждение основного вала, сильная вибрация может исходить из-за его неправильной геометрии. Некоторые умельцы, рекомендуют вручную исправить геометрию трубы, но это неверное решение, которое может привести к быстрому износу всей конструкции. Лучшим решением будет полная замена поврежденных элементов.

Преимущества и недостатки

Главным преимуществом кардана, является его способность выдерживать предельные нагрузки и передавать крутящий момент. Его конструкция позволяет исключить почти все вибрации автомобиля передвигающегося по неровностям, не говоря уже о хорошей трассе.

Конечно, КВ обладает и рядом минусов. К основным недостаткам можно отнести:

  1. Большая масса –  прибавляет лишние килограммы автомобилю, снижая его скоростные характеристики.
  2. Громоздкость – карданный вал габаритная механическая конструкция, для которой приходится создавать отдельное пространство под днищем транспортного средства, что влияет на клиренс.

Стоит отметить, что первые модификации карданной передачи имели еще один отличительный минус – шум и вибрации. Но сегодня, современные звукоизолирующие материалы, позволяют избавиться от посторонних шумов и небольших вибраций при нормальной работе передачи.

Заключение

Стандартный кардан имеет ряд технологических недоработок. К ним можно отнести быстрый механический износ деталей. Это происходит из-за изменения скорости вращения валов по ходу движения автомобиля. В целом, развитие карданных валов с каждым годом более заметно. Уже сегодня начали появляться модификации, которые объединяют в себе обычный вал и ШРУСы. Такие системы, начали устанавливать на дорогие внедорожники, а классические модели уходят потихоньку в прошлое!

Карданная передача. Назначение и общее устройство

Видео: Что такое карданная передача? Принцип работы, строение и основные неисправности. Разборка, сборка. Карданная передача, полуоси, ШРУС

Карданная передача служит для передачи крутящего момента от коробки передач или от раздаточной коробки к ведущему мосту автомобиля при изменяющихся углах между валами этих агрегатов. Такая передача нужна потому, что угол наклона карданного вала, соединяющего ведущий мост с коробкой передач или с раздаточной коробкой, во время движения автомобиля изменяется, так как ведущий мост прикреплен к раме автомобиля на рессорах и может относительно нее перемещаться.

Состоит карданная передача из карданов (карданных шарниров) и валов. Кардан является основным механизмом, который передает крутящий момент от одного вала к другому.

Основные части кардана: крестовина 16 и две вилки 7 и 15 с проушинами. Шипы 17 крестовины входят в проушины вилок и закрепляются в них шарнирно при помощи стальных стаканов 9 с игольчатыми подшипниками 10, защищаемых от проникновения грязи и утечки смазки сальниками 13. Смазываются подшипники через масленку 8, от которой масло к подшипникам подается по каналу 19, просверленному в крестовине. Для устранения чрезмерного давления смазки в крестовине установлен предохранительный клапан 18.

Рис. Устройство кардана: 1 — карданный вал; 2 — крышка сальника; 3 — сальник; 4 — шлицевый наконечник вала; 5 — шайбы сальника; 6 — масленка скользящей вилки кардана; 7 и 15 — вилки; 8 — масленка крестовины; 9 — стакан игольчатого подшипника; 10 — игольчатый подшипник; 11 — опорное кольцо подшипника; 12 — корпус подшипника; 13 — сальник; 14 — корпус сальника; 16 — крестовина; 17 — шип; 18 — предохранительный клапан; 19 — канал для масла; 20 — пластина крепления стакана подшипника; 21 — стопорная пластина; 22 — стяжной хомутик; 23 — резиновый гофрированный чехол

Крестовина кардана может свободно поворачиваться на некоторый угол относительно вилки одного вала, а вилка другого вала также может поворачиваться относительно крестовины.

Шлицевое соединение одной из вилок кардана с валом образует скользящее соединение, вследствие чего длина карданной передачи может изменяться при взаимных перемещениях коробки передач (раздатючной коробки) и ведущего моста.

Для уменьшения трения шлицевое соединение смазывается, через масленку 6.

Шлицевое соединение предохраняется от грязи и утечки смазки сальником 3 с крышкой 2. Для этой же цели используется резиновый гофрированный чехол 23, закрепляемый на карданном валу и подвижной вилке кардана стяжными хомутиками 22.

В карданной передаче, включающей только один кардан, скорость вращения ведомого вала при равномерном вращении ведущего непостоянна. Эта неравномерность резко возрастает с увеличением угла между ведомым и ведущим валами. Во избежание неравномерности вращения в автомобилях применяют двойную карданную передачу, т.е. вал с двумя карданами. В такой передаче при условии установки вилок обоих карданов на валу в одной плоскости неравномерность вращения, создаваемая первым карданом, выравнивается вторым карданом.

Для обеспечения равномерности вращения валов скользящие вилки карданов при сборке должны устанавливаться так, чтобы стрелки, имеющиеся на валах и вилках, находились в одной плоскости. Собранные карданные валы при помощи болтов крепятся фланцами вилок к фланцам валов коробки передач, раздаточной коробки и ведущих мостов.

Карданные валы изготавливаются трубчатыми с наваренными на концах наконечниками, на одном из которых имеются шлицы, а на другом — вилка кардана.

Карданная передача автомобиля – назначение, виды и схемы

  Автомобильная карданная передача нужна для передачи специального крутящего момента между автовалами, которые расположены под определенным углом. В машине карданная передача является элементом автомобильной трансмиссии и самого рулевого управления.
 Карданная передача объединяет определенные элементы трансмиссионной системы:

 - автодвигатель и КПП;

 - КПП и раздаточная коробка;

 - КПП и главная передача;

 - автомобильная раздаточная коробка и главная передача;

 - сам дифференциал и ведущие колеса автомобиля.

 Самым главным элементом карданной передачи будет карданный шарнир. Типы карданных передач бывают разные:
карданная передача (КП) с шарниром неравных угловых скоростей;

КП с шарниром равных угловых скоростей;

КП с полукарданным упругим шарниром;

КП с полукарданным жестким шарниром.
 Стоит заметить, что автомобильная карданная передача с полукарданным  шарниром на машинах не применяется, по причине того, что ненадежна и не соответствует технологии.

 Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей
 Данная передача имеет определенное название – карданная передача. Водители называют ее еще кардан. Данный тип передачи используется часто на авто с задним приводом и машинах с полным приводом.

 Сама схема карданной передачи

 Шарнир неравных угловых скоростей соединяет две вилки, установленных под углом 80-90° друг к другу, крестовину и специальные элементы. Крестовина оборачивается в игольчатых подшипниках, установленных в вилках. Подшипники не обслуживаются, пластичная смазка изначально используется при сборке и в момент использования не переменчива.
 Оличительностью шарнира неравных угловых скоростей есть непростая (циклическая) передача самого крутящего момента, т.е. за 1 оборот ведомый вал 2 раза отстает и 2 раза перегоняет ведущий вал. Для компенсирования неровности переворачивания в карданной передаче используется не менее 2х шарниров, по 1 с каждой стороны карданного вала. Причем сами вилки разных шарниров расположены в единой плоскости.
 В автомобильной карданной передаче от того расстояния, на которое дается сам крутящий момент, используется 1 или 2 карданных вала. При двухвальной схеме первый вал называется промежуточный, второй – заднего карданного вала. Само место объединения валов фиксируется через промежуточную опору. Опора устанавливается к самому кузову автомобиля.
 Соединяется карданная передача с многими элементами автотрансмиссии через фланцы, муфты и другие крепежные изделия.
 Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей
 Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей используют в авто с приводом передним для объединения дифференциала и самой ступицы ведущего колеса.

 Карданная передача данного типа включает 2 шарнира равных угловых скоростей, объединенных приводным валом. Близкий к КПП (дифференциалу) шарнир называется внутренний, другой – внешний.

 Карданный шарнир равных угловых скоростей передает передачу крутящего момента от ведущего к ведомому валу с одинаковой угловой скоростью, вне зависимости от угла наклона валов. Самым используемым в автотрансмиссии  машины с передним приводом - это шариковый шарнир равных угловых скоростей.

 Схема шарнира равных угловых скоростей
 Сам корпус по сути сферический. Внутри корпуса располагается специальная обойма. В корпусе и обойме выполнены канавки, по которым движутся спецшарики. Такая конструкция передает равную передачу крутящего момента от ведомого вала к ведущему под изменяющимся углом. Сепаратор держит шарики в специальном положении. Для защиты шарнира от плохих факторов внешней среды (кислорода, самой воды, пыли и грязи) на ШРУС используют специальный чехол от грязи – «пыльник».
  При производстве в шарнир равных угловых скоростей используется спецсмазка, изготовленная на основе дисульфида молибдена.
 Карданная передача с полукарданным упругим шарниром
 Полукарданный упругий шарнир делает передачу крутящего момента между 2мя валами, расположенными под маленьким углом, за счет деформации упругого звена.
 Схема полукарданного упругого шарнира
 Если у вас возникли вопросы - обратитесь к специалистам «АВТОмаркет Интерком».

Карданные передачи автомобилей - одновальные, двухвальные, многовальные. Назначение, типы, виды. Кардан на автомобилях высокой проходимости

Карданной называется передача, осуществляющая силовую связь механизмов автомобиля, валы которых несоосны или расположены под углом.

Карданная передача служит для передачи крутящего момента между валами механизмов, взаимное положение которых может быть постоянным или меняться при движении автомобиля.

В зависимости от типа, компоновки и конструкции автомобиля карданная передача может передавать крутящий момент

  • от коробки передач к раздаточной коробке или к главной передаче ведущего моста;
  • от раздаточной коробки к главным передачам ведущих мостов;
  • между главными передачами среднего и заднего ведущих мостов;
  • от полуосей к передним ведущим и управляемым колесам;
  • от главной передачи к ведущим колесам с независимой подвеской.

Карданная передача может также применяться в приводе от коробки отбора мощности к вспомогательным механизмам (лебедка и др.) и для связи рулевого колеса с рулевым механизмом.

Для соединения механизмов автомобиля применяются различного типа карданные передачи (рисунок 1).

Рисунок 1 — Типы карданных передач, классифицированных по различным признакам

Одновальные карданные передачи (рисунок 2, а) применяются на легковых автомобилях с короткой базой (расстояние между передними и задними колесами) и колесной формулой 4х2 для соединения коробки передач 1 с задним ведущим мостом 4. Такая карданная передача состоит из карданного вала 3 и двух карданных шарниров 2.

Рисунок 2 — Карданные передачи для автомобилей с различными колесными формулами

а, б — 4х2; в — 4х4; г, д — 6х6; 1 — коробка передач; 2 — карданный шарнир; 3 — карданный вал; 4, 7, 9 — ведущие мосты; 5, 8 — промежуточные опоры; 6 — раздаточная коробка; 10 - редуктор

Двухвальная карданная передача (рисунок 2, б) применяться на автомобилях с длинной базой и колесной формулой 4х2 для связи коробки передач с задним ведущим мостом. Передача включает в себя два карданных вала, три карданных шарнира и промежуточную опору 5. Эта карданная передача получила наибольшее распространение на легковых, грузовых автомобилях и автобусах ограниченной проходимости.

На автомобилях повышенной проходимости с колесной формулой 4х4 используются три одновальные карданные передачи (рисунок 2, в) для соединения соответственно коробки передач с раздаточной коробкой 6, а также раздаточной коробки с задним и передним 7 ведущими мостами.

На автомобилях высокой проходимости с колесной формулой 6х6 (рисунок 2, г) и индивидуальным приводом ведущих мостов раздаточная коробка соединяется с задним ведущим мостом двухвальной карданной передачей с промежуточной опорой 8. Связь коробки передач с раздаточной коробкой с передним и средним 9 ведущими мостами этих автомобилей осуществляется одновальными карданными передачами.

В автомобилях высокой проходимости с колесной формулой 6х6 и со средним проходным ведущим мостом (рисунок 2, д) для связи коробки передач с раздаточной коробкой и раздаточной коробки с ведущими мостами используются одновальные карданные передачи. При этом обеспечивается привод дополнительного редуктора 10 среднего моста.

На тему о карданной передаче читайте также:

Общее устройство и схема карданного вала


Карданные валы и карданные передачи предназначены для передачи крутящего момента от источника механической и другой энергии к потребителю, как на стационарных установках, так и на подвижных средствах.

Крутящий момент возможно передавать под различными углами, причем, взаимное положение источника и потребителя может меняться в процессе работы на стационарных установках и в процессе движения транспортных средств.

Основные требования, предъявляемые к карданным валам и передачам:

  1. Передача крутящего момента от источника к потребителю без создания дополнительных нагрузок.
  2. Передача крутящего момента с обеспечением равенства угловых скоростей между источником и потребителем независимо от изменения угла между ними.
  3. Бесшумность.

Основные области применения карданных передач

  1. Для автомобильного транспорта
    • легковые заднеприводные и полноприводные автомобили
    • коммерческий транспорт (автобусы, микроавтобусы, малотоннажные грузовики)
    • грузовой транспорт с большой грузоподъемностью (фуры, самосвалы)
    • спецтехника (снегоуборочные машины, трактора, автокраны, погрузчики)
    • квадроциклы
  2. Для железнодорожного транспорта.
  3. Для сельскохозяйственной техники.
  4. В авиационном и морском транспорте.
  5. В сталелитейной промышленности.
  6. В бумажном производстве.
  7. В приводах буровых установок.

Конструктивное отличие понятия «карданный вал» от понятия «карданная передача» заключается в том, что в устройстве карданного вала существуют две точки опоры (без промежуточной опоры), а схема карданной передачи может быть трехопорной (с одним подвесным подшипником в центре), четырехопорной (с двумя подвесными подшипниками), то есть карданная передача состоит из нескольких карданных валов.

Одной из разновидностей карданных валов является рулевой карданный вал. Рулевой вал передает крутящий момент от рулевого колеса через систему тяг и рычагов на колеса автомобиля. Данные валы ремонтопригодны, но балансировка для них не требуется, так как их скорость вращения минимальна.


Устройство и схема карданного вала

Основные элементы карданного вала:

  • труба карданная
  • шарнирный узел (передает крутящий момент с изменяющимся углом), который состоит из:
      • вилка приварная
      • шлицевое соединение (передает крутящий момент с изменением длины)

Для карданной передачи к вышеуказанным элементам добавляется:

  • комплект под подвесной подшипник
  • подвесной подшипник

Еще информация по теме:

Требуется ремонт кардана? Мы поможем.

Назад

степеней свободы трансмиссии - MATLAB и Simulink

О степенях свободы и ограничениях силовой передачи

Определение вращательных степеней свободы (DoF) важно для построения и анализ трансмиссии, особенно сложной системы с множеством ограничений и внешние срабатывания. Simulink ® представляет DoF трансмиссии и другие системные переменные Simscape ™ как состояний среди всех состояний модель, включая чистые состояния Simulink.

В этом разделе объясняется, как определять DoF трансмиссии, обрабатывать ограничения и извлекать истинные или независимых степеней свободы из всей трансмиссии диаграмма.

Определите степени свободы

в Simscape Модель Driveline ™, механические движения могут быть вращательными или поступательными: движение вокруг или вдоль одной оси. Самый простой способ определить кардан градусов свободы (DoF) от угловой или линейной скорости.DoF представляет собой отдельную угловую или линейную скорость. Каждый DoF отвечает на крутящие моменты и силы, действующие на инерции и массы, составляющие трансмиссию. Интегрирование уравнений движения Ньютона определяет угловые и линейные движения. Механические DoF - это свойства вращающейся инерции и перемещающихся масс. это тем не менее, согласованно и проще идентифицировать один Simscape DoF трансмиссии как ось трансмиссии с ее связанными инерциями и массами.

Чтобы определить и подсчитать степень свободы в трансмиссии, посмотрите на Simscape Схема трансмиссии, начиная с ее механических соединительных линий, прежде чем учитывая его блоки. Блоки трансмиссии изменяют DoF, представленные соединением линии:

  • Создание крутящих моментов и сил, которые действуют относительно между трансмиссией оси

  • Добавление ограничений между осями трансмиссии

  • Создание внешних крутящих моментов, сил и движений

Основные правила соединительных линий и портов см. в разделе «Построение модели трансмиссии».

Определение фундаментальных степеней свободы

Основной единицей движения трансмиссии является глубина резкости, представленная непрерывным механическая соединительная линия. Такие линии представляют собой идеализированные безмассовые и идеально жесткие оси трансмиссии.

Представлены инерционными блоками, тела вращения с инерциями жестко закреплены чтобы вращаться вместе со своими осями. Представлены блоками Mass, переводящими тела с массы жестко прикреплены к своим осям и перемещаются по ним.Одно соединение линия или набор разветвленных соединительных линий представляет собой вращательную или поступательное движение и должно быть связано либо с вращательным, либо с поступательным движением. порты.

Оси трансмиссии как фундаментальные степени свободы - механические порты

Соединительная линия, закрепленная портами физических сетевых соединителей, представляет собой идеализированную ось трансмиссии. Линия подключения обеспечивает ограничение вращения двух связанных компонентов трансмиссии или переводить с той же угловой или линейной скоростью соответственно.

Вы измеряете угловую или линейную скорость оси с помощью датчика идеального вращательного движения или идеальное поступательное движение Блок датчиков.

Определение относительных и абсолютных углов и положений. Относительный угол или положение иногда необходимо для внутреннего вычисления создаваемые крутящие моменты или силы между парами осей (см. Определение связанных степеней свободы). Чтобы определить относительный угол или положение, блок датчика движения объединяет относительные угловые или линейные скорость пары осей и прибавляет результат к начальному относительному угол или положение, указанное в диалоговом окне блока.

Вы можете определить абсолютный угол поворота или положение перемещения для одна ось, когда вы измеряете его движение с помощью датчика движения, подключая другой порт физического подключения датчика к механическому ротационному Справочный или механический перевод Справка. Датчик определяет абсолютный угол или положение по интегрирования скорости оси и добавление абсолютного опорного угла или положение, указанное в диалоговом окне датчика движения.

Вращение инерции и перемещение масс, прикрепленных к осям трансмиссии

Вы не можете подвергать соединительную линию трансмиссии, как таковую, действию каких-либо моментов или сил, потому что ему не хватает инерции или массы. Другой базовый элемент для построения Функционирующая модель трансмиссии представляет собой один или несколько блоков инерции, один или несколько Массовые блоки или и то, и другое. В реальной механической системе вращающиеся (или скользящие) тела обладают как инерцией (или массой), так и степенями свободы.

Вы прикрепляете инерции и массы к механическим соединительным линиям, разветвляя линий. Прикрепленные инерции или массы подвержены любому крутящему моменту или силе передается по соединительной линии. Линия подключения накладывает ограничение, что все, что прикреплено к одной линии, должно вращаться или скользить с той же скоростью.

Правила и ограничения ветвления оси привода

Можно разветвлять соединительные линии.Вы можете подключить конец любой ветви соединительная линия трансмиссии только к соединительному порту механического предохранителя. Набор неразрывных, разветвленных соединительных линий представляет собой одну глубину резкости.

Разветвленные соединительные линии и ограничения угловой скорости

Определение связанных степеней свободы

Вы можете соединить две независимые оси карданной передачи, представляющие две независимые степеней свободы (DoFs) внутренним динамическим элементом .А динамический элемент создает крутящий момент или силу из относительного угла, положения или движение двух осей. Этот крутящий момент или сила действует между двумя осями, которые остаются независимые DoF, и которые передают крутящий момент или силу своим соответствующим прикрепленные инерции или массы.

Динамические элементы - создание внутреннего крутящего момента и силы

Помимо шестерен, большая часть Simscape Блоки библиотеки трансмиссии являются динамическими элементами, как и механические вращательные и поступательные блоки библиотеки Simscape Foundation.Эти блоки создают внутренний крутящий момент и силы. На блоке с двумя механическими портами сохранения один крутящий момент или сила прикладывается с положительным знаком к одной оси и отрицательным знаком к другой ось. На этом рисунке крутящий момент приложен к стержню и в противоположную сторону. корпус-оси Торсионной Пружины-Демпфера.

На блоках с более чем двумя механическими портами сохранения общий крутящий момент или силы, входящие и выходящие из блока, по-прежнему равны нулю, но крутящий момент или сила распределяется между портами более сложным образом, который зависит от трансмиссия динамика.

Муфта и подобные ей элементы - условные соединения

Муфта или подобный муфте элемент - это условное или динамическое ограничение .

Если разблокировано, муфта соединяет две оси трансмиссии и может накладывать относительную крутящий момент между ними, оставляя две оси независимыми. Разблокированное сцепление либо не задействован, не создавая никакого крутящего момента; или вовлечены, внушая кинетические трение как функция относительной скорости двух соединенных топоры.

Если муфта блокируется и применяет только статическое трение между двумя соединенными оси, две оси больше не независимы. Вместо этого они действуют как единый ось, вращающаяся с той же скоростью. См. Определение ограниченных степеней свободы.

Несколько других блоков, похожих на муфты, также имеют кулон блокировки и разблокировки. трение:

Определить ограниченные степени свободы

Определенные элементы трансмиссии соединяют оси трансмиссии таким образом, что исключают их свобода передвижения самостоятельно.Такие элементы накладывают ограничения на движения подключенные оси. Ограниченная ось больше не независима от других осей и не засчитывается в общую чистую или независимые движения трансмиссии. Такие Ограничения удаляют независимые степени свободы (DoF) из системы.

Не все ограничения независимы. Замыкание разветвленных соединительных линий в петли делает некоторые ограничения внутри петель избыточными.Количество эффективных или независимых ограничений - это количество ограничений, возникающих из блоков, за вычетом количество независимых замкнутых контуров подключения трансмиссии.

За исключением муфт и подобных сцеплению элементов, ограничения трансмиссии безусловных или статических ограничений; то есть неизменным по сравнению с симуляцией.

Блокировка карданной Ось

Подключение линии подключения к трансмиссии Механический вращательной Reference или механический перевод Контрольный блок останавливает движение соответствующей трансмиссии ось.Он не может двигаться, а его угловая или линейная скорость ограничена. ноль во время моделирования. Такая ось не имеет связанной независимой глубины резкости.

Блокировка двух осей трансмиссии вместе с муфтой или подобным сцеплению элементом

Пока условия блокировки действительны, заблокированная муфта или подобный сцеплению элемент ограничивает две соединенные оси трансмиссии вращаться или скользить все вместе. Две оси остаются разными, но только одна представляет независимый DoF.Другой зависим.

Даже если он продолжает применять кинетическое трение между осями, разблокированный сцепление или подобный сцеплению элемент больше не налагает ограничения. Вместо этого он действует как динамический элемент. См. Определение связанных степеней свободы.

Сцепление осей карданной передачи с зубчатыми колесами

Зубчатая муфта между двумя или более осями карданной передачи уменьшает независимую DoFs трансмиссии путем наложения ограничений.Природа этих ограничений зависит от снаряжения, которое вы используете. Зубчатые передачи с двумя соединенными осями накладывают одну такое ограничение и свести две оси к одной независимой глубине резкости.

Многоосевые шестерни накладывают более одного ограничения. Например, планетарная передача накладывает два ограничения на три оси, уменьшая оси до одной независимой глубины резкости. (Это количество не включает четвертую, внутреннюю глубину резкости, планетарное колесо, который не связан с осью с механическим портом.)

Замкнутые циклы, эффективные ограничения и согласованность ограничений

Фактическое количество ограничений для определения количества DoF - это количество эффективных или независимых ограничений. Когда соединительные линии образуют замкнутые контуры, будьте особенно внимательны при подсчете ограничений в трансмиссии диаграмма. Наличие замкнутых контуров на схеме снижает эффективную количество ограничений путем отрисовки некоторых ограничений избыточными:

N constr = N bconstr - N петля

петля
N constr Количество независимых ограничений
N
Количество независимых петель

Вы можете надежно подсчитать количество независимых петель, посчитав основные петли.Фундаментальные петли не имеют под петлей. Вы можете отследить основной цикл только с одним путем. Считая только основные петли, вы Избегайте перерасчета перекрывающихся петель.

Например, на этой диаграмме два независимых контура.

На этой схеме вы можете нарисовать три петли: две внутренние петли, левую и правую, и внешний цикл. Внешний цикл охватывает оба внутренних цикла.

На этой схеме два независимых контура, потому что только два фундаментальный.Внешний цикл не принципиален.

Согласованность ограничений. Пока все скорости, ограниченные точками ветвления линии, равны по всему циклу замкнутый цикл лишает одно из ограничений содержится в нем. (См. Правила и ограничения ветвления оси привода.) Скорости не соединенные напрямую линиями, также должны быть согласованными, если, например, они передаются через шестерни.

Если скорости по замкнутому контуру не могут быть согласованы, трансмиссия перенапрягается и не может двигаться.

Активизация, определение и завершение степеней свободы

Вы можете использовать Simscape Трансмиссия и связанные с ней блоки только с одним портом соединителя трансмиссии для начала или завершения физической линии соединения. Завершение соединительной линии ограничивает глубину резкости.

К таким блокам относятся:

Эти блоки не обязательно завершают линию соединения, но вместо этого могут быть разветвлены. линия связи.

Направленность степеней свободы

Соединительные линии трансмиссии не имеют собственной направленности. Направление движение и поток крутящего момента определяются динамикой трансмиссии при моделировании модель.

Влияние срабатывания крутящего момента и усилия на степени свободы

Подключение идеального источника крутящего момента или идеального источника силы к соединительная линия трансмиссии добавляет крутящий момент или усилие, заданное физическим входной сигнал на эту ось трансмиссии.Такое срабатывание не влияет на количество степеней свободы системы. Оси карданного вала передают крутящий момент и усилия на свои Подключил Инерции и Массы. Трансмиссия может свободно реагировать на эти навязанные крутящие моменты или силы. Движение моделируется путем интеграции трансмиссии ускорения (в результате приложенных крутящих моментов и сил) для получения скорости трансмиссии.

Влияние срабатывания движения на степени свободы

Подключение источника идеальной угловой скорости или Идеальная скорость перевода Источник оси трансмиссии лишает эту ось свободу реагировать на крутящие моменты или силы.Вместо этого он определяет движение оси во время моделирование с входного срабатывания физического сигнала В отличие от срабатывания крутящего момента, срабатывание движения удаляет независимую глубину резкости из системы.

Для получения дополнительной информации о приводе в действие трансмиссии с крутящими моментами, усилиями и движения, см. Активация трансмиссии.

Подсчет независимых степеней свободы

Чтобы определить количество независимых степеней свободы (DoF) в вашем трансмиссия:

  1. Подсчитайте все непрерывные, непрерывные соединительные линии трансмиссии (группировка связанных наборов разветвленных линий) в Simscape Приводная часть схемы вашей модели.Назовите сумму таких строк N CL .

    Эти линии соединяют два порта разъема трансмиссии или оканчиваются на одном порт механического разъема. Подробнее см. В разделах «Определение фундаментальных степеней свободы» и «Приведение в действие, осмысление и завершение степеней свободы».

  2. Подсчитайте все ограничения, возникающие из блоков, которые накладывают ограничения на их соединенные оси трансмиссии. Назовем сумму таких ограничений N bconstr .

    Обычно каждый такой блок накладывает одно ограничение, но сложные шестерни накладывают больше, чем один. Для получения дополнительной информации см. Определение ограниченных степеней свободы.

  3. Подсчитайте количество независимых петель, N петля . Эффективное количество ограничения N const = N bconstr - Н петля .Дополнительные сведения см. В разделах «Замкнутые циклы, эффективные ограничения и согласованность ограничений».

  4. Подсчитайте все действия по перемещению в трансмиссии, подсчитав каждое движение исходный блок. Назовите сумму таких срабатываний движения N mact . Для получения дополнительной информации см. «Активация, осмысление и прекращение степеней свободы».

Число N DoF независимых DoF в ваша трансмиссия:

N DoF = N класс - N стр. - N mact = N класс - [ N bconstr - Н петля ] - N mact

Необходимое (хотя и недостаточное) условие для движения трансмиссии и успешное моделирование трансмиссии заключается в том, что N DoF положительный.Считайте ротационные и трансляционные DoFs отдельно.

Условные степени свободы со сцеплениями и элементами, подобными сцеплению

В отличие от других компонентов трансмиссии, сцепления и элементы, подобные сцеплению, могут претерпевают прерывистое изменение состояния во время моделирования. В общем, количество независимых степеней свободы трансмиссии непостоянна во время ее движения. Каждое государство изменение одного или нескольких сцеплений изменяет количество независимых степеней свободы.Взятый как в целом, различные коллективные состояния муфт трансмиссии могут иметь различные общие чистые DoF. Чтобы полностью понять трансмиссию, изучите каждый возможное коллективное состояние состояний сцепления для определения его независимых степеней свободы и, возможно, неверные конфигурации.

Подсчет степеней свободы в простой трансмиссии со сцеплением

Рассмотрим модель двухскоростной трансмиссии sdl_transmission_2spd .

Простая трансмиссия

Эта система имеет пять очевидных степеней свободы, представленных этими осями трансмиссии:

  • Разветвленная ось с блоком вала инерционного привода

  • Разветвленная ось с блоком инерционного выходного вала

  • Ось, соединяющая блок муфты высокой передачи (муфта муфты высокой график) к блоку Gear High

  • Ось, соединяющая блок муфты понижающей передачи (муфта для муфты понижающей передачи график) к блоку понижающей передачи

  • Ось, соединяющая блок тормоза сцепления с механической вращающейся Контрольный блок (вращательное заземление)

Имеется очевидный замкнутый контур, образованный блоками шестерен и блоками зубчатой ​​муфты.Эта петля реальна, только если оба блока зубчатой ​​муфты заблокированы.

Фактическое количество независимых степеней свободы зависит от состояния муфт. В модель не имеет источников движения, поэтому в качестве ограничений нужно рассматривать только шестерни и муфты:

  • Два блока шестерен всегда действуют, поэтому получается два вездесущие ограничения.

  • Пятая ось всегда подключена к корпусу (вращательное заземление).

Эти три ограничения уменьшают пять степеней свободы до двух степеней свободы.

Теперь рассмотрим сцепления.

  • Сначала рассмотрим случай, когда блокировка тормоза сцепления отключена. (свободный).

    • Если и муфта высшей передачи, и муфта низшей передачи разблокирован, система имеет два независимых DoF, один слева от блоки зубчатого сцепления, а другой - между блоками зубчатого сцепления и блок тормоза сцепления.

    • Если один из этих блоков зубчатой ​​муфты заблокирован, дополнительный ограничение сводит систему к одной независимой степени свободы, все слева от блока тормоза сцепления. (График управления сцеплением настроены для предотвращения блокировки обоих этих блоков сцепления на в то же время.)

  • Если блокировка тормоза сцепления включена, график управления сцеплением сохраняется два блока муфты переключения передач отключены.

    • Если блокировка тормоза сцепления разблокирована, трансмиссия имеет два независимые DoF: слева от зубчатых муфт и между блоки зубчатой ​​муфты и блок тормоза сцепления.

    • Если блокировка тормоза сцепления заблокирована, система сокращается до единицы DoF, слева от блоков сцепления. Все справа блоков зубчатой ​​муфты зафиксирован на корпусе.

Эта таблица и абстрактная диаграмма суммируют возможности, доступные в этой модель.

Включение тормоза Блокировка сцепления Независимые DoF
Тормоз отключен Оба зубчатых блока муфты сцепления разблокированы на левой передаче, два сцепления включены. блоки
Один блок сцепления заблокирован Один: слева от тормозного блока сцепления
Тормоз включен Сцепление Тормозной блок разблокирован Два: слева и справа от зубчатого сцепления блоки
Сцепление Тормозной блок заблокирован Один: Слева от зубчатых блоков сцепления

Степени свободы в простой передаче

Нефизические конфигурации

Дизайн графика сцепления реализован в Подсистема расписания сцепления исключает нефизические конфигурации.В любом случае стоит их рассмотреть, ибо ради полного понимания конструкции трансмиссии. Для дополнительной информации о проблемах сцепления см. разделы «Устранение неполадок моделирования и моделирования трансмиссии» и «Моделирование трансмиссий».

Оба зубчатых сцепления заблокированы, тормоз сцепления разблокирован. Эта конфигурация создает конфликт DoF и уменьшает независимые DoFs до одного. Ось трансмиссии справа от блоков зубчатой ​​муфты пытается для вращения с двумя разными скоростями в зависимости от двух разных передаточных чисел.Два заблокированных сцепления накладывают два дополнительных ограничения на два оставшихся DoFs, но образуют замкнутый цикл, номинально оставляя одну свободу в механизм. Из-за конфликта DoF попытка смоделировать такой конфигурация приводит к Simscape Ошибка трансмиссии.

Если бы две шестерни имели идентичные передаточные числа, DoF не конфликтовали бы, и моделирование будет работать без ошибок.

Одно зубчатое сцепление заблокировано, тормоз сцепления заблокирован. Эта конфигурация также создает конфликт DoF и дает нулевые DoF. Два заблокированных сцепления накладывают два дополнительных ограничения на два оставшиеся DoFs и не оставляют никакой свободы в механизме. Движимый ось трансмиссии слева, ось трансмиссии между зубчатой ​​муфтой блоки пытается вращаться, но оказывается заблокированным для механического вращения Справка.Попытка смоделировать такую ​​конфигурацию приводит к Simscape Ошибка трансмиссии.

Оба зубчатых сцепления заблокированы, тормоз сцепления заблокирован. Эта конфигурация также чрезмерно ограничена. Три заблокированных сцепления обеспечивают соблюдение два эффективных ограничения на оставшиеся две степени свободы (с учетом счет замкнутого цикла) и yield N DoF = 0. Кроме того, ось карданной передачи справа от шестерни блоки сцепления пытаются вращаться с двумя разными ненулевыми скоростями, оставаясь привязан к механической оси вращения, создавая два разных DoF конфликты.

.

Моделирование и симуляция простого двигателя и трансмиссии - x-engineer.org

В этом руководстве по моделированию и симуляции мы собираемся проанализировать динамическое поведение простой модели трансмиссии транспортного средства. Предположим, трансмиссия состоит из двигателя, коробки передач и колеса. Двигатель моделируется как с сосредоточенной инерцией , коробка передач - как фиксированное передаточное число, а остальная часть трансмиссии (после коробки передач) и колеса - как другая инерция.

Изображение: Модель

с сосредоточенными параметрами двигателя и транспортного средства, где:

J 1 [кгм 2 ] - инерция двигателя + трансмиссии (со стороны двигателя)
J 2 [кгм 2 ] - трансмиссия (колесо сторона) + инерция колес
c 1 [Нс / м] - коэффициент вязкого демпфирования со стороны двигателя
c 2 [Нс / м] - коэффициент вязкого демпфирования со стороны колеса
i [-] - передаточное число

In для упрощения предположим, что:

  • валы жесткие, без упругости (коэффициенты жесткости)
  • инерция различных компонентов (например.г. сцепление, карданный вал) содержатся в двигателе и инерции колеса
  • нет потерь в системе (например, потерь в коробке передач)

Передаточное число i определяется как отношение между радиусом b [мм] выходной шестерни и радиус a [мм] входной шестерни.

\ [i = \ frac {b} {a} \]

Первым шагом является построение диаграммы свободного тела (FBD) системы.

Изображение: Модель с сосредоточенными параметрами двигателя и автомобиля (FBD)

, где:

T 1 [Нм] - эффективный крутящий момент двигателя (входной)
T i1 [Нм] - инерционный крутящий момент со стороны двигателя
T d1 [Нм] - демпфирующий момент со стороны двигателя
T i2 [Нм] - инерционный момент со стороны колеса
T d2 [Нм] - демпфирующий момент со стороны колеса
a [мм] - радиус ведущей шестерни
b [мм ] - радиус ведомой шестерни
X 1 [Н] - тангенциальная сила в зубчатом зацеплении на входном колесе
X 2 [Н] - тангенциальная сила в зубчатом зацеплении на ведомом колесе

Закон Даламбера утверждает, что сумма крутящих моментов (внутреннего и внешнего), действующих на тело (инерция), равна нулю:

\ [\ sum T = 0 \]

На основе этого закона мы можем написать уравнения равновесия для каждая инерция:

\ [T_1 - T_ {i1} - T_ {d1} - X_1 a = 0 \ tag {1} \]

Из этого уравнения мы извлекаем выражение касательной общая сила в зацеплении шестерни на входном колесе:

\ [X_1 = \ frac {1} {a} \ left (T_1 - T_ {i1} - T_ {d1} \ right) \]

Инерционный момент и демпфирующий момент на стороне двигателя выражены функции:

\ [\ begin {split}
T_ {i1} & = J_1 \ epsilon_1 = J_1 \ frac {d \ omega_1} {dt} = J_1 \ frac {d ^ 2 \ alpha_1} {dt ^ 2} \\
T_ {d1} & = c_1 \ omega_1 = c_1 \ frac {d \ alpha_1} {dt} \\
\ end {split} \]

где:

α 1 [рад ] - угол сосредоточенной инерции двигателя
ω 1 [рад / с] - угловая скорость сосредоточенной инерции двигателя
ε 1 [рад / с 2 ] - угловое ускорение сосредоточенной инерции двигателя

Замена инерционный и демпфирующий крутящий момент двигателя в уравнении (1) дает:

\ [X_1 = \ frac {1} {a} \ left (T_1 -J_1 \ frac {d ^ 2 \ alpha_1} {dt ^ 2} - c_1 \ frac { d \ alpha_1} {dt} \ right) \]

Следуя тому же подходу для боковой инерции колеса, мы получаем второе уравнение равновесия:

\ [X_2 b - T_ {i2} - T_ {d2} = 0 \ tag {2} \]

Извлекая выражение тангенциальной силы в зубчатом зацеплении на выходном колесе, мы получаем:

\ [X_2 = \ frac {1} {b} \ left (T_ {i2} + T_ {d2 } \ Right) \]

Инерционный крутящий момент и демпфирующий крутящий момент на стороне колеса выражаются как функция:

\ [\ begin {split}
T_ {i2} & = J_2 \ epsilon_2 = J_2 \ frac {d \ omega_2} { dt} = J_2 \ frac {d ^ 2 \ alpha_2} {dt ^ 2} \\
T_ {d2} & = c_2 \ omega_2 = c_2 \ frac {d \ alpha_2} {dt} \\
\ end {split} \]

где:

α 2 [рад] - угол поворота сосредоточенной инерции колеса
ω 2 [рад / с] - угловая скорость сосредоточенной инерции колеса
ε 2 [рад / с2] - угловое ускорение сосредоточенной инерции колеса

Замена инерционного и демпфирующего крутящего момента колеса в уравнении (2) дает:

\ [X_2 = \ frac {1} {b} \ left (J_2 \ frac {d ^ 2 \ alpha_2} {dt ^ 2} + c_2 \ frac {d \ alpha_2} {dt} \ right) \]

Существует кинематическая связь между двумя инерциями, определяемая передаточным числом i : 900 05 \ [\ begin {split}
\ alpha_1 & = i \ alpha_2 \\
\ frac {d \ alpha_1} {dt} & = i \ frac {d \ alpha_2} {dt} \\
\ frac {d ^ 2 \ alpha_1} {dt ^ 2} & = i \ frac {d ^ 2 \ alpha_2} {dt ^ 2}
\ end {split} \]

Мы также знаем, что в любом зубчатом зацеплении тангенциальная (контактная) сила между шестернями одинаково для обеих шестерен:

\ [X_1 = X_2 \]

Заменяя выражение для тангенциальных сил, получаем:

\ [\ frac {1} {a} \ left (T_1 -J_1 \ frac { d ^ 2 \ alpha_1} {dt ^ 2} - c_1 \ frac {d \ alpha_1} {dt} \ right) = \ frac {1} {b} \ left (J_2 \ frac {d ^ 2 \ alpha_2} {dt ^ 2} + c_2 \ frac {d \ alpha_2} {dt} \ right) \]

Если положить b в левую часть уравнения, получим:

\ [\ frac {b} {a} \ left (T_1 - J_1 \ frac {d ^ 2 \ alpha_1} {dt ^ 2} - c_1 \ frac {d \ alpha_1} {dt} \ right) = J_2 \ frac {d ^ 2 \ alpha_2} {dt ^ 2} + c_2 \ frac {d \ alpha_2} {dt} \ tag {3} \]

Поскольку нас интересует поведение скорости вращения колеса (выходная), для данного входного крутящего момента двигателя T 1 мы собираемся заменить все математические отношения в уравнении (3):

\ [i \ left (T_1 -J_1 i \ frac {d ^ 2 \ alpha_2} {dt ^ 2} - c_1 i \ frac {d \ alpha_2} {dt} \ right) = J_2 \ frac {d ^ 2 \ alpha_2} {dt ^ 2} + c_2 \ frac {d \ alpha_2} {dt} \]

Теперь у нас есть дифференциальное уравнение со всеми дифференциальными членами функции α 2 :

\ [i T_1 = (J_2 + i ^ 2 J_1) \ frac {d ^ 2 \ alpha_2} {dt ^ 2} + (c_2 + i ^ 2 c_1) \ frac {d \ alpha_2} {dt} \]

Для упрощения мы собираемся определить две константы A и B как коэффициенты дифференциальных членов:

\ [\ begin {split}
A & = (J_2 + i ^ 2 J_1) \\
B & = (c_2 + i ^ 2 c_1) \\
i T_1 & = A \ frac {d ^ 2 \ alpha_2} {dt ^ 2} + B \ frac {d \ alpha_2} {dt}
\ end {split} \]

Теперь у нас есть обыкновенное дифференциальное уравнение второго порядка (ОДУ), которое описывает динамику нашей упрощенной модели трансмиссии с сосредоточенными параметрами.2;

Входной крутящий момент составляет 100 Нм, шаг при t = 1 с . И угловая скорость, и начальные условия положения равны нулю. Моделирование выполняется в течение 10 с .

Для построения графика вывода системы (угловой скорости инерции колеса) запустите следующие инструкции Scilab для постобработки:

 subplot (2,1,1) сюжет (simOut.time, simOut.values ​​(:, 1), 'r'), xgrid () ylabel ('$ T_1 \ quad [Nm] $', 'Размер шрифта', 3) подсюжет (2,1,2) сюжет (simOut.time, simOut.values ​​(:, 3) * 180 /% pi), xgrid () xlabel ('$ t \ quad [s] $', 'Размер шрифта', 3) ylabel ('$ n_2 \ quad [rpm] $', 'FontSize', 3) 

Запустив приведенные выше инструкции Scilab, мы получаем следующее графическое окно:

Изображение: сосредоточенные параметры двигателя и транспортного средства График модели Xcos

Упрощенная модель трансмиссии ведет себя как система первого порядка.Из-за коэффициента демпфирования для входного ступенчатого крутящего момента 100 Нм рулю требуется около 2,5 с , чтобы разогнаться при 2500 об / мин . Чтобы повысить точность модели, мы могли бы рассмотреть также момент нагрузки на инерцию колеса, который будет моделировать дорожные потери, аэродинамические потери и градиентные потери.

По любым вопросам или наблюдениям относительно этого руководства, пожалуйста, используйте форму комментариев ниже.

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

.Модель трансмиссии

- MATLAB и Simulink

Что представляет собой модель

Модель sdl_transmission_4spd_crcr имитирует полную трансмиссия. Этот пример поможет вам понять, как моделировать компоненты трансмиссии с помощью Simscape ™ Блоки Driveline ™, соедините их в реалистичную модель, используйте блоки Simulink ® и различные подсистемы в моделировании трансмиссии, а также имитируйте и изменить модель трансмиссии.

Этот механизм трансмиссии является частью полностью укомплектованного автомобиля без двигателя или муфты двигатель-трансмиссия и без дифференциала и колеса в сборе. Модель включает в себя приводной момент, приводной и ведомый валы, четырехступенчатый трансмиссия и тормозная муфта.

Полную модель автомобиля, в которой используется эта трансмиссия, см. sdl_car пример модели и полная модель автомобиля.

Что изображает модель

Модель sdl_transmission_4spd_crcr содержит трансмиссию, которая принимает крутящий момент.Система трансмиссии передает этот крутящий момент и связанное угловое движение от входного или приводного вала к выходному или ведомому валу через передачу. Модель включает CR-CR (несущее кольцо-несущее кольцо) подсистема четырехступенчатой ​​трансмиссии, основанная на двух передачах и четырех сцеплениях. (The Пример не использует передачу заднего хода в трансмиссии CR-CR.) Вы можете установить передача до четырех различных комбинаций передач, что позволяет использовать четыре различных эффективных отношения крутящего момента и угловой скорости.Пятое сцепление вне коробки передач действует как тормоз на ведомом валу.

Подсистема передачи иллюстрирует важную особенность конструкции передачи, Схема сцепления . Чтобы полностью включить трансмиссию, с четырьмя сцеплениями и двумя планетарными передачами требует блокировки двух сцеплений и два других разблокируются в любое время. (Муфта заднего хода трансмиссии не применимо здесь.) Выбор двух муфт для блокировки определяет эффективную передаточное число через трансмиссию. График сцепления - это соотношение, показанное на таблица заблокированных и свободных муфт, соответствующих различным настройкам передач. Если все четыре сцепления разблокированы, коробка передач находится в нейтральном положении. Если сцепления выключен, крутящий момент или движение вообще не передаются через передача инфекции.

График сцепления для 4-ступенчатой ​​трансмиссии CR-CR

Настройка передачи Состояние сцепления A Состояние сцепления B Состояние сцепления C Муфта D Состояние R Состояние сцепления Передаточное число
1 L F F L F 1 + г o
2 L F L F F 1 + г o / (1 + г i )
3 L L F F F 1
4 F L L F F г i / (1 + г i )
Задний ход F F F F L - г i
Подсистема варианта управления сцеплением

A Блок Variant Subsystem управляет переключением передач трансмиссии.Этот блок, названный Clutch Control, содержит два дочерних блока подсистемы, которые предусматривают разные режимы управления сцеплением, или варианты :

  • Руководство - Включение сцепления трансмиссии вручную.

  • Программируемый - автоматическое переключение муфт трансмиссии согласно запрограммированному графику сцепления.

Во время моделирования один вариант становится активным, а другой - нет.В выбор активного варианта определяет, какая дочерняя подсистема управляет передачей изменения. По умолчанию активен запрограммированный вариант, и переключения передач следуют запрограммированный график сцепления. Чтобы переключать передачи вручную во время моделирования, измените активный вариант - Ручной.

Открыть пример модели передачи CR-CR

Чтобы открыть пример модели передачи CR-CR, в командной строке MATLAB ® , введите

 sdl_transmission_4spd_crcr 
Модель блок-схемы

Изучите модель и ее структуру.Главное окно модели содержит подсистема трансмиссии, узел первичного вала и узел выходного вала. Каждый узел состоит из оси трансмиссии с приложенными демпфированием и инерцией. крутящие моменты. Каждый приводной вал уравновешивает крутящие моменты, приложенные к его концам, с демпфирующие и инерционные силы. Чистый крутящий момент передается по трансмиссия.

В основной модели также есть тормозная муфта.Когда это сцепление заблокировано, вал замедляется, но не обязательно останавливается. Передачу можно включить при одновременно с тормозом. Если коробка передач включена, сцепление остается разблокирован.

Главное окно модели

Что содержит модель - открытие подсистем

Откройте каждую подсистему.

Подсистема трансмиссии содержит четыре сцепления, две планетарные шестерни и четыре инерции (вращающиеся тела).Игнорируя передачу заднего хода и ее сцепление, это трансмиссия имеет четыре возможных (передних) положения передачи. Ровно два клатча должен быть заблокирован в любой момент, чтобы трансмиссия включилась и во избежание противоречивые ограничения на движения шестерен.

Подсистема 4-скоростной трансмиссии CR-CR

Подсистема варианта управления сцеплением обеспечивает давления, которые блокируют необходимые муфты.По умолчанию контроллер сцепления запрограммирован на переместите трансмиссию через фиксированную последовательность передач, затем разблокируйте все муфты трансмиссии. Эта программа управления позволяет ведомому валу "По инерции" на время, а затем включите и заблокируйте тормозную муфту, чтобы остановите ведомый вал.

Подсистема управления сцеплением

Подсистема Scopes предоставляет блоки Scope для отображения давления сцепления и сигналы скорости входного и выходного вала.

Scopes Subsystem

Изменить модель

Вы можете изменить этот пример модели, чтобы изучить другие Simscape Особенности трансмиссии. Здесь вы изменяете и повторно запускаете модель, чтобы исследовать два аспекты его движения.

  • Измерьте эффективное передаточное число трансмиссии CR-CR на каждой передаче настройка, которую он проходит.

  • Измените последовательность передач.

Измерение передаточного числа в состояниях передачи CR-CR

Коробка передач представляет собой набор связанных шестерен.Для конкретной передачи При настройке отношение скорости ведомого (выходного) вала к скорости приводного (входного) равно исправлено. Возвратное передаточное отношение, передаточное число , похоже на передаточное число отдельной зубчатой ​​муфты, но в целом передача инфекции.

Передаточное число - это отношение скоростей входного и выходного вала. Добавить и подключите необходимые блоки Simulink, чтобы измерить передаточное число для 4-скоростной CR-CR передача инфекции.

  1. Соберите данные для угловой скорости приводного вала:

    1. Сделайте копию подсистемы датчика S, которая подключен к порту Out подсистемы передачи. Выходной датчик фиксирует угловую скорость ведомый вал.

    2. Подключите новую подсистему датчика к разъему между узел первичного вала и входной порт трансмиссии подсистема.

  2. Чтобы вычислить передаточное число, из браузера библиотеки Simulink, из Simulink > Math Operations Библиотека , добавьте Разделить блок.

  3. Для визуализации передаточного числа добавьте и настройте блок Scope:

    1. Сделайте копию блока осциллографа скорости вала.

    2. Измените имя нового блока области видимости на Drive Коэффициент .

    3. Откройте блок Drive Ratio.

    4. Откройте параметры конфигурации для области.

    5. На вкладке Display установите пределы Y (Минимум) до 0 и пределы Y (Максимум) на номер 6 .

    6. Подключите блок, как показано на рисунке.

    7. Обозначьте входной сигнал на блок приводного вала как Передаточное число .

  4. Смоделируйте модель. Посмотрите, как передаточное число изменяется через последовательность пятисекундных состояний параллельно с давлением сцепления и режимы сцепления, пока не дойдет до 20 секунд. Передаточное отношение измерение через 20 секунд не имеет смысла, потому что передача не связан.

    Сразу через 26 секунд скорость ведомого вала падает до нуля, и блок Divide производит предупреждения деления на ноль в командной строке MATLAB.

  5. См. Таблицу «Схема сцепления для 4-ступенчатой ​​коробки передач CR-CR». Проверьте передаточные числа для каждой передачи, 1, 2, 3 и 4, с точки зрения передачи передаточные числа двух планетарных передач в трансмиссии. Обозначить числовые значения этих передаточных чисел для настроек 1, 2, 3 и 4. Затем сравните их со значениями, отображаемыми в Drive Ratio. объем.

    Последовательность передаточных чисел составляет 3, 5/3, 1 и 2/3 соответственно для первый, второй, третий и четвертый интервалы по пять секунд каждый.

Изменение последовательности передач передачи

Когда вы впервые открываете пример sdl_transmission_4spd_crcr , Подсистема варианта управления сцеплением запрограммирована для переключения передач CR-CR настройки 1, 2, 3 и 4 перед отключением. Измените его, чтобы пройти через настройки 1, 2, 3 и 1, затем отключитесь.Четвертая передача требует, чтобы A была свободна, B была заблокирован, C заблокирован, а D свободен. Измените последовательность сигналов давления сцепления. от 15 до 20 секунд, чтобы передача была установлена ​​первой, а не четвертой, снаряжение. Для первой передачи требуются муфты, которые заблокированы A и D, и муфты B и C свободны.

  1. Определите состояния сцепления, соответствующие первой передаче. Ссылаться на таблица Схема сцепления для 4-ступенчатой ​​коробки передач CR-CR.

  2. Дважды щелкните подсистему управления сцеплением.

  3. В подсистеме управления сцеплением дважды щелкните Запрограммировано.

  4. В запрограммированной подсистеме дважды щелкните «Давления сцепления». Сигнал окно строителя открывается с сигналами давления сцепления.

  5. В интервале времени 15–20 секунд обновите сигналы муфты с A по D чтобы соответствовать первой передаче. Муфты A и D должны заблокироваться, а муфты B и C должен оставаться свободным.Задайте значение сигнала, равное единице, для блокировки сцепления, ноль чтобы разблокировать его.

    Модифицированное давление в муфте 4-скоростной трансмиссии CR-CR

  6. Запустите моделирование.

    Давления в сцеплении, режимы сцепления и скорости ведомого вала в временной интервал 15–20 секунд теперь соответствует первой передаче. Обратитесь к График передаточного отношения для обновленной модели. Соотношение изменилось с 2/3 (четвертая передача) на 3 (первая передача) соответственно.

.

PPT - Текущие тенденции в моделировании и симуляции трансмиссии транспортных средств Презентация в PowerPoint

  • Текущие тенденции в моделировании трансмиссии транспортных средств Ричард Якобсон Дэн Кедзиорек

  • Анализ трансмиссии является важной частью процесса проектирования транспортного средства Инструмент для Анализ трансмиссии зависит от приложения. Несколько программ анализа трансмиссии будут обсуждены с разным уровнем сложности. Проведите сравнения и выберите правильный инструмент. Введение

  • Описание трансмиссии автомобиля Причины для симуляции трансмиссии Описание выбранных имитаций Выводы Темы

  • Описание трансмиссии транспортного средства ADVISOR2002 Схема трансмиссии

  • Оценка производительности транспортного средства Максимальная скорость, ускорение, расход топлива, скорость по пересеченной местности (грузовик / внедорожник), переключение передач, выбросы, управляемость, вибрация E оценить мобильность транспортного средства Максимальная скорость, ускорение, расход топлива, скорость по пересеченной местности, переключение передач, выбросы загрязняющих веществ, скорость на склонах, причины пересечения препятствий для моделирования трансмиссии

  • Моделирование характеристик силовой установки (собственная программа TARDEC ) Система для компьютера Вспомогательный анализ (SCAAN) от Allison Transmission ADVISOR2002 Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) Библиотеки Ricardo для MSC Easy5 от RICARDO GT-SUITE от Gamma Technologies Исследовательская лаборатория управления трансмиссией (PRCL) Университет Висконсин-Мэдисон Несколько симуляций

  • Разработано в TARDEC Низкое разрешение Анализ ограниченных характеристик Скорость разгона Расход топлива Моделирование характеристик силовой установки

  • Высокое разрешение Расширенный ввод и вывод Графический интерфейс пользователя Настраиваемый (на основе MatLab) Подробный вывод ADVISOR2002

  • ADVISOR2002 Пример 900 05

  • Множество готовых компонентов Графический интерфейс пользователя Требуется определенная работа для изучения Настраиваемый (можно связать с MatLab) Обширные выходы Библиотеки Easy5 Ricardo

  • Библиотеки RICARDO для Easy5 Пример

  • 8

    Сервис A предоставлено Allison Transmission Низкое разрешение Анализ ограниченных характеристик Ускорение Склонные характеристики системы для автоматизированного анализа SCAAN

  • Моделирование сборки на заказ Предоставил армии моделирование трансмиссии для следующих целей: HMMWV M916 / M870 M1A1 M2A2 Исследовательская лаборатория управления трансмиссией

  • Высокое разрешение Подробные характеристики двигателя Графический интерфейс пользователя Может быть связан с кодом CFD и SIMULINK Код пользователя может быть включен Gamma Technologies GT-SUITE

  • Различные уровни точности Моделирование различных объектов Что делает Все это означает, что существует множество различных инструментов. Может помочь ускорить разработку усовершенствованных трансмиссий. Дальнейшая работа. Расширение использования библиотек Easy5 Ricardo. Улучшите состояние симуляции трансмиссии в заключениях TARDEC

  • .

    веб-инструментов

    веб-инструментов

    Контакт:
    VIB / UGent
    Биоинформатика и эволюционная геномика
    Technologiepark 927
    B-9052 Gent
    БЕЛЬГИЯ
    +32 (0) 9 33 13807 (телефон)
    +32 (0) 9 33 13809 (факс)


    В случае проблем с сайтом обращайтесь к нам!

    Вы посещаете устаревшую страницу сайта BEG / Van de Peer Lab.

    Не все страницы были перенесены, поэтому эти заархивированные страницы все еще доступны.

    Перенаправить на новый сайт?

    .

    Смотрите также