Hnací hřídele | Adresář automobilů

Točivý moment vyvíjený motorem automobilu musí být přenášen přes převodovku a diferenciál na hnací kola, k čemuž se u automobilů používají hnací hřídele. Když je vůz v pohybu, kola se neustále pohybují nahoru a dolů a řízená přední kola se také otáčejí doprava a doleva, což neumožňuje použití tuhého spojení hnacích hřídelí s jinými jednotkami vozu. Pokud je motor umístěn vpředu a hnací kola jsou vzadu, pak se jako pohon používá hřídel s kardanovými klouby (kardanová hřídel).

1. Historie vzniku hnacích hřídelí
2. Pohonné systémy
3. Obecné indikátory pro hnací hřídele
   • Úhlová rychlost
   • Maximální úhel na pantu
   • Schémata uspořádání kardanového hřídele
     • Z-schéma
     • W-vzor

Účelem hnacího hřídele je účinně přenášet točivý moment z jedné jednotky na druhou, bez ohledu na to, zda jsou umístěny koaxiálně nebo vzájemně posunuté.

Hnací hřídel musí pracovat v širokém rozsahu rychlostí otáčení a zároveň zajistit možnost dostatečně velkých vzájemných pohybů spojovaných prvků ve všech rovinách. Různé požadavky na klouby hnacích hřídelí vedly k vývoji široké škály možností pohonu.

Historie vzniku hnacích hřídelí

Tvůrci prvních vozů to s převodovkou mysleli vážně. Zpočátku byl pohon zadních kol obecně přijímán, protože problémy s pohonem předních kol nebylo možné vyřešit. U předních hnacích kol musí být točivý moment přenášen rovnoměrně nejen při lineárním pohybu kola nahoru a dolů, ale také při otáčení kola ze strany na stranu.

U pohonu zadních kol byl přenos točivého momentu z motoru na zadní nápravu realizován pomocí podélného hřídele s kardanovými klouby. Tento přístup k řešení problému byl jednodušší, protože úhly vychýlení takových kloubů jsou malé a neovlivňují jízdní výkon vozu.

Vynález kardanového kloubu se datuje do 16. století; Za autory jsou považováni Ital Gerolamo Cardano a Angličan Robert Hooke.

V polovině 16. století vytvořil Cardano prstencový závěs, který držel lodní kompas vodorovně navzdory vlnění moře.

V roce 1664 si Robert Hooke nechal patentovat, že jeho prstencový spoj byl schopen spojit konce dvou nekoaxiálních hřídelí umístěných pod úhlem k sobě (obr. 2 “Univerzální kloub Roberta Hooka“).

Pojmy “univerzální kloub” nebo “Hookeův kloub” nám stále připomínají tyto dva autory tohoto starověkého vynálezu.

S nástupem pohonu předních kol se kardanové klouby uplatnily i tam, ale kvůli zvýšeným požadavkům na ovladatelnost a dynamiku vozidla vedlo hledání optimálnějšího přenosu točivého momentu ke vzniku homokinetických kloubů (CV joint).

U moderních osobních automobilů je kardanový kloub použit pouze na podélném kardanu zadních hnacích kol, i když i zde postupně ztrácí půdu pod nohama. Rozdíly mezi kardanovým kloubem a CV kloubem jsou vysvětleny v následujících kapitolách.

U nákladních automobilů se křížový kloub stále používá na podélném hnacím hřídeli zadních kol a také ve formě dvojitého křížového kloubu na příčných hnacích hřídelích.

V prosinci 1926 získali francouzští inženýři Pierre Fenay a Jean-Albert Grégoire patent na kloub Tracta, který vynalezli. Tento závěs se skládal ze čtyř částí spojených kluznými vodítky. Aby se nerozpadl, musel se neustále nacházet uvnitř polokoule.

Kloub byl vyroben na konvenčních univerzálních strojích a mohl být použit pro přenos vysokého točivého momentu, takže během druhé světové války jím byla vybavena řada francouzských, britských a amerických vozidel s pohonem všech kol.

Kloub Tracta (obr. 3 „Detailní nákres kloubu Tracta“) jako první použil termín „homokinetický“, který se dodnes používá pro označení homokinetických kloubů. Samotný pant se dnes již nepoužívá.

Stejně jako v Evropě i v Americe se také pokusili vyřešit problém synchronní rotace a Karl Weiss si 4. května 1923 patentoval verzi takového závěsu, kterou vyvinul (obr. 4 “Výkres pro patent pantu Weiss“).

Tento kloub se vyráběl od roku 1934, ale jeho masová výroba začala až po druhé světové válce. Až do poloviny 80. let minulého století se používal ve vozidlech Mercedes-Benz.

Zatímco Weissův kloub umožňoval vychýlení maximálně 20° a používal se u vozidel s pohonem zadních kol, kloub Tracta mohl pracovat pod úhlem až 50°.

V moderní automobilové technice se Weissův kloub prakticky nepoužívá, v neposlední řadě pro jeho vysokou měrnou hmotnost.

Dnes nejběžnější CV kloub je založen na patentu, který obdržel inženýr Ford Alfred Hans Rzeppa v červnu 1933 (obr. 5 “Nákres pro patent pantu Rzepp“).

K dosažení současné technické úrovně bylo zapotřebí mnoho výzkumné práce. Hlavní roli v tom sehrála anglická společnost Hardy Spicer a německá společnost na výrobu pantů Lohr&Bulmkamp, ​​založená v roce 1948.

Na základě Rzeppova kloubu, který neumožňoval axiální posuv, tyto dvě společnosti vyvinuly univerzální CV kloub se schopností podélného pohybu dílů.

Pohonné systémy

Většina dnes vyráběných osobních automobilů je vybavena kloubovými hnacími hřídeli s konstantní rychlostí. Jednotlivá schémata pohonu hnacích kol jsou znázorněna s homokinetickou (z řec homos = stejné a krávy = pohybovat) závěsy (obr. 6 “Schémata pohonu hnacích kol”).

U pohonu předních kol jsou hnacími koly přední kola. Na hnacích hřídelích na straně kola jsou použity tuhé klouby CV (bez možnosti podélného pohybu dílů), na straně převodovky pak kardanové klouby (s možností podélného posuvu). Přední kola jsou řiditelná, takže úhel řízení v kloubu na straně kola by měl být přibližně 50°.

Vzhledem k příčnému uspořádání motoru a s tím spojené asymetrii v motorovém prostoru mohou mít hnací hřídele různé délky.

U pohonu zadních kol jsou hnacími koly zadní kola. Univerzální klouby CV jsou použity na hnacích hřídelích na straně kola i převodovky, protože v tomto případě musí kloub – na rozdíl od pohonu předních kol – pouze kompenzovat změnu délky hřídele v důsledku pohybu zavěšení nahoru a dolů.

U pohonu všech kol jsou poháněna všechna kola. Klouby hnacího hřídele se používají přesně stejným způsobem jako u předního a zadního pohonu popsaného výše. Točivý moment z pohonné jednotky na zadní nebo (pokud je motor umístěn vzadu) na přední kola se přenáší přes podélný hřídel.

Frekvence otáčení hřídelů v tomto případě může dosáhnout 6000 ot / min, proto jsou podélné hřídele vybaveny vysokorychlostními závěsy. Níže jsou podrobněji zváženy jednotlivé typy závěsů.

Obecné indikátory pro hnací hřídele

Kromě přenosu síly je úkolem hnacích hřídelí také rovnoměrně přenášet točivý moment na hnací kola.

Úhlová rychlost

Hnací hřídele s pouze jedním kloubem se otáčejí nerovnoměrně.

Pokud jsou dva hřídele spojeny jednoduchým kardanovým kloubem pod určitým úhlem a hřídel I se otáčí konstantní úhlovou rychlostí ω₁ pak se hřídel II bude otáčet nestejnoměrnou úhlovou rychlostí ω₂ (obr. 7 «Jednokloubové hnací hřídele“).

Tato nerovnost, často označovaná jako chyba kardanového kloubu, je vyjádřena jako sinusová oscilace úhlové rychlosti hřídele II, jak je znázorněno na grafu cyklu rotace o 360° (obr. 8 «Změna úhlové rychlosti v závislosti na poloze kardanového kloubu“).

Při 0°, 180° a 360° je kloubová vidlice na hřídeli I umístěna horizontálně a má nižší úhlovou rychlost než ve vertikálních polohách 90° a 270°.

Takové zrychlení a zpomalení příčníku závěsu mění odpovídajícím způsobem úhlovou rychlost hřídele II.

Protože řešení tohoto problému je usnadněno úhlovým a rovnoběžným posuvem hřídelů (vzhledem ke konstrukčně určenému uspořádání převodových prvků a dostatečně pružných podpěr), jsou kardanové hřídele vozu vždy vybaveny dvěma závěsy. To umožňuje kompenzovat nerovnoměrné otáčení hřídele.

Maximální úhel na pantu

Maximální úhel odchylky od horizontály (obr. 9 «Úhel na pantu“) ukazuje úhel, pod kterým může kloub fungovat, a přitom stále splňuje požadavky na rovnoměrný přenos točivého momentu a životnost.

V automobilovém průmyslu může být maximální úhel na spoji větší než 50°.

<strong>Schémata uspořádání kardanového hřídele</strong>

Nevyhnutelnou nerovnoměrnost otáčení lze vyrovnat postupným umístěním dvou závěsů na jednu hřídel.

Existují dvě různé možnosti jejich uspořádání: Z-schéma a W-schéma.

Z-schéma

Z-vzor nebo Z-ohyb je nejběžnější aplikací hnacího hřídele. V tomto případě dochází k ohybu pouze v jedné rovině (obr. 10 “Z-schéma“).

Pro absolutně synchronní otáčení hnacího a hnaného hřídele spojených kardanem musí být kloubové vidlice tohoto společného hřídele ve stejné rovině a úhly v kloubech musí být stejné.

W-vzor

Dalším způsobem, jak se vyhnout nežádoucím výkyvům otáček mezi hřídeli I a II, je jejich uspořádání do W-hřídele (obr. 11 «W-vzor“).

A v tomto případě musí být úhly v kardanových kloubech stejné a jejich vidlice musí být ve stejné rovině.

Obecným pravidlem pro schéma Z i W je, že hnací hřídel a konce hnacího a hnaného hřídele, které spojuje, musí ležet ve stejné vertikální rovině.

V případě bočního posunutí při použití schématu Z stačí, aby prostorový úhel zůstal minimální.

Aby při použití W-diagramu nedošlo k nežádoucímu kolísání otáček hřídele, je třeba předem vypočítat úhel přesazení (obr. 12 «Příčný posun“).

DOPORUČUJI PŘEČTIT TAKÉ: