162

Sl. 206 Mjenjač TRANSMATIC firme ZF sa 16 stepeni prenosa i hidropretvaračem

18.3 Zglobni (kardanski) prenosnici

Zglobni prenosnici služe za prenos obrtnog momenta između agregata čije su ose postavljene pod nekim uglom jedna u odnosu na drugu, s tim da se taj ugao u toku eksploatacije vozila može stalno mijenjati. Osim za prenos obrtnog momenta vodećem mostu, kardanski prenosnik se također, primjenjuje pri prenosu obrtnog momenta za pogon pomoćnih agregata vozila (uređaj za samoistovar, čekrk itd.). Kardanski prenosnici moraju ispuniti slijedeće zahtjeve:

a) da nemaju poprečnih oscilacija i bacanja vratila u svim mogućim dijapazonima brojeva obrtaja, b) da omogućavaju ravnomjernost obrtanja vratila, c) da imaju visok stepen korisnog dejstva i pri velikim vrijednostima ugla među vratilima.

Ako kardanski prenosnici vežu agregate vozila smještene na ramu, ugao vratila obično ne prelazi 2-3° i zavisi od stepena tačnosti postavljanja agregata i deformacije rama. Ako su jedno ili oba vratila smješteni tako da se pokreću zajedno sa mostovima taj ugao kod vozila može biti 15-20°, a kod specijalnih vozila do 30° i više stepeni. Naročito velik ugao među vratilima koja vežu kardanski prenosnici je kod poluosovina prilikom pogona na prednji most, i on može dostići vrijednost 30-40° pri maksimalnom uglu okretanja točkova prilikom ulaska vozila u oštru krivinu. Na slici 1 šematski je prikazan položaj kardanskog vratila prilikom prenosa obrtnog momenta od mjenjača (1) na pogonski most (3). Pošto je pogonski most elastično vezan za ram (5) preko gibnja (4) to u toku kretanja vozila dolazi do pomjeranja pogonskog mosta po kružnom luku pa kardansko vratilo mora imati mogućnost kompenzacije promjenljive dužine.

α 5

4

21

3

1 - mjenjač, 2 - kardanski prenosnik, 3 - vodeći most, 4 - gibanj, 5 - ram

Sl. 1 Šema kardanskog prenosnika

163

Kardanska vratila prave se od tankostjenih čeličnih cijevi kao što se vidi na slici 2. Da bi se omogućilo prilagođavanje kardanskog vratila promjenljivoj dužini koja se javlja u toku eksploatacije, vratilo se izvodi iz dva dijela, koja su međusobno aksijalno pomjerljiva duž žljebova.

Sl. 2 Kardansko vratilo sa kardanskim zglobovima

Aksonometrijski izgled kardanskog vratila dat je na sl. 3.

Sl. 3 Kardansko vratilo sa kardanskim zglobovima

Kardansko vratilo, kao cjelina mora biti izbalansirano, kako statički tako i dinamički, da bi se izbjegla vibracija vratila u pogonu i ostvario miran i bešuman hod vratila. Stepen korisnog dejstva kardanskih prenosnika kreće se od 0,95 do 0,99. Osnovna podjela kardanskih prenosnika može se izvršiti prema načinu rada, odnosno prenošenja obrtnog momenta na vratilu sa promjenljivim uglovima. U tom smislu sve zglobne spojnice se mogu podijeliti na elastične koje prenos obrtnog momenta ostvaruju zahvaljujući elastičnim deformacijama materijala koji se koristi za njihovu gradnju i šarnirne (zglobne), koje ovaj zadatak obezbjeđuju posredstvom posebnih šarnirnih mehanizama. Osim ove podjele, vrlo bitnu klasifikaciju zglobnih spojnica moguće je učiniti i u odnosu na kinematiku prenošenja obrtnog momenta, odnosno ravnomjernost broja obrtaja kardanskog vratila. Zglobne spojnice (kardanski zglobovi) mogu se podijeliti na:

- Zglobove nejednake ugaone brzine (asinhrone). Zglobovi nejednake ugaone brzine prilikompromjene ugla među vratilima karakterišu se periodičnom neravnomjernošću ugaonih brzinavodećeg i vođenog vratila. Zglobovi nejednake ugaone brzine mogu se izvoditi i kao elastični i kaošarnirni.

164

- Zglobove jednake ugaone brzine (sinhrone) koji se karakterišu jednakim ugaonim brzinama vodećeg i vođenog vratila pri bilo kakvoj promjeni ugla. Kardanska vratila sa sinhronim zglobovima primjenjuju se kod pogona točkova na prednjem mostu (prednji pogon). Zglobovi jednakih ugaonih brzina izvode se kao šarnirni.

18.3.1 Zglobovi nejednakih ugaonih brzina (asihroni zglobovi)

Najčešće upotrebljavan zglob nejednake ugaone brzine je krstasti zglob koji je prikazan na sl. 4 sa svim glavnim elementima.

Sl. 4 Asinhroni krstasti zglob

Usljed nejednakih ugaonih brzina vodećeg i vođenog vratila dolazi do dodatnih naprezanja koja se prenose na glavni prenos u vodećem mostu i doprinose njegovom bržem habanju. Šema krstastog zgloba data je na slici 5 a) i b) gdje je dato njihanje krsta kardana, tzv. “otvorenog kardana” različite ugaone brzine. Na slici 5 a) prikazan je položaj zgloba koji prenosi obrtni moment pod uglom α. Tačka P na vertikalnoj viljuški opisuje krug poluprečnika r u vertikalnoj ravni i vezana je za vratilo 1. Odgovarajuća tačka na horizontalnoj viljušci vezana za vođeno vratilo (2) također opisuje krug ali u ravni nagnutoj pod uglom α u odnosu na vertikalnu ravan.

1

a)

ω1

1

b)

ω1

I PII

II I

I II

r1

III

r

r 1α

2

P 1

r

2

ω 2

α

ω2

Sl. 5 Šema krstastog zgloba u dva karakteristična položaja

165

Tačka P vrši kružno kretanje u ravni I-I. Odgovarajuća tačka na vratilu (2) vrši kružno kretanje u ravni II-II. Presjek ravni I-I i II-II je osa oko koje se njiše krst kardana u granicama ugla α. Broj okretaja vratila (1) i (2) su isti ali su ugaone brzine ω1 i ω2 različite tokom jednog obrtaja vratila (2). Iz uslova da se brzina kretanja tačke P izrazi preko ugaonih brzina ω1 i ω2 (sl. 5 a)) važi:

vp = ω 1 ⋅ r = ω 2

odnosno,

ω = ω ⋅ cos α

⋅ r cos α

1 2

Ako se pak brzina tačke P1 izrazi preko ugaonih brzina ω1 i ω2 (sl. 5 b) važi:

vp = ω ⋅ r cos α = ω ⋅ r1

odnosno,

ω 1 =

1

1

cos α

2

ω 2

Odavde slijedi da se ugaona brzina w2 kreće u granicama:

ω 1 cos α ≤ ω ≤2

ω 1

cos α

za konstantnu vrijednost ugaone brzine ω1.Ovo znači da i za slučaj ω1 = const., ugaone brzina ω2 varira u rasponu prema jednačini, odnosno

da je u procesu rada kardanskog vratila prisutno ugaono ubrzanje ⎛ d ω 2 ⎞⎜ ⎟ i u slučaju ω1 = const.⎝ dt ⎠ Ubrzanje izaziva dinamičko opterećenje u vidu inercionog momenta, koji se može izraziti kao:

Mi = I ⋅ d ω 2

dt

gdje je I - momenat inercije masa rotiranja vratila (2). Zbog ovoga se najčešće, za slučaj kardanskog vratila sa zglobovima nejednakih brzina, koristi kombinacija vratila kao na slici 6, gdje je ulazna i

2

α1

1

3

α2

Sl. 6 Kombinacija kardanskih vratila koja omogućavaju istu vrijednost ulazne i izlazne ugaone brzine

izlazna osa vratila nalazi u istoj ravni. U tom slučaju dinamičko opterećenje prima samo vratilo (1) sl. 6. Ovo opterećenje se može minimizirati sa dimenzijama i masama vratila (1). Raspored kardanskih vratila zavisi od broja vodećih mostova i pomoćnih agregata. Na slici 7 dat je šematski raspored kardana za slučaj pogona na zadnjim točkovima (sl. 7 a)), pogona na sva četiri

166

Sl. 7 Raspored kardanskih vratila za tri različita slučaja pogona vozila točka

(sl. 7 b)) i pogona na šest točkova (sl. 7 c)).

18.3.2 Zglobovi jednakih ugaonih brzina (sinhroni zglobovi)

Ako se spoje dva zgloba nejednakih ugaonih brzina, tako da između njih bude ugao koji ostvaruje pogonsko i gonjeno vratilo, onda će oni prenositi ravnomjerno ugaone brzine sa jednog na drugo vratilo. Ovakvi sklopovi često se zovu i homokinetički zglobovi. Najčešće se nalaze na vratilima pogonskih i upravljačkih točkova vozila jer osiguravaju kontinuiran prenos obrtnog momenta pri bilo kom uglu zakretanja. Na sl. 8 prikazano je nekoliko različitih konstrukcije homokinetičkih zglobova.

1, 5 - vilice na vratilu pogonskog kotača; 2, 3 - posebno oblikovani umeci; 4 - ploča homokinetskog zgloba; 6,7 - osovinice homokinetskog zgloba; 8 - kugle; 9 - obloga zgloba; 10 - čep.

Sl. 8 Homokinetički zglobovi

167

Na slici 8 a) prikazan je homokinetički zglob složen od odgovarajućeg spajanja dva obična kardanska zgloba. Zglobove nosi ploča homokinetskog zgloba 4 i ti su zglobovi u odnosu na ploču 4 postavljeni simetrično. Neravnomjernost koju unosi prvi kardanski zglob otklanja drugi kardanski zglob. Uvjet je da uglovi zakretanja jednog i drugog zgloba budu međusobno uvijek jednaki. To se postiže zglobno vezanim osovinicama 6 i 7. Konstrukcija tih kardanskih zglobova identična je konstrukciji kardanskih zglobova obrađenih u okviru kardanskih vratila. Homokinetski zglob na slici 214 b) posjeduje umetke 2 i 3 posebna oblika. Umetci ostvaruju međusobni zahvat u horizontalnoj ravnini, a preko kanala ostvaruju zahvat s vilicama vratila pogonskih kotača 1 i 5 u vertikalnoj ravnini. Cijeli je zglob smješten u oblozi zgloba 9. Omogućuje kontinuirani prenos zakretnog momenta do kuta zakretanja kotača od 90°. Taj tip zgloba ima niži stupanj korisnosti od stupnja kardanskog homokinetskog zgloba jer radi uz korištenje trenja klizanja između sastavnih dijelova. Zahtijeva dobro podmazivanje. Umetci 2 i 3 kod homokinetičkog zgloba na slici 214 c) takođe su posebno oblikovani, a uz to pločica 3 osigurava jednakost zakretanja vilica 1 i 5. Primjenjuje se za prijenos zakretnog momenta velikih vrijednosti. Kod vozila povećane prohodnosti primjenjuju se homokinetički zglobovio kao na sl. 214 d). U iskovanim vilicama izrađeni su kanali u koje se smještaju kugle. Zglobovi su relativno jednostavni za izradu i postoji više modifikacija. Uspješno rade do uglova 30°-32°.

18.3.3 Elastični zglobni prenosnici

Elastični zglobovi konstruktivno su rješeni najčešće sa elastičnim diskom (sl. 9 a)) i sa kombinovanim gumeno čeličnim čaurama (sl. 9 b)). Zglob sa elastičnim diskom, koji se obično pravi od gumiranog platna, zadovoljava pri radu kod koga se uglovi među pogonskim i gonjenim vratilima nalaze u rasponu od 3°-5°. Zglobovi sa gumeno-čeličnim čaurama, čiji broj zavisi od veličine obrtnog momenta koji se prenosi, omogućavaju rad pod uglom među vratilima do 12°. U posljednje vrijeme se sve rjeđe upotrebljavaju u automobilskoj industriji.

Sl. 9 Crteži elastičnih zglobova

Na slici 10 data je skica prenosnih vratila sa elastičnim zglobom.

Sl. 10 Veza elastičnog zgloba sa prenosnim vratilima