Карданный вал кто изобрел: Кто изобрел карданный вал? — Техно Кардан

Содержание

Кардан и история его появления

А. Карасёв

Более 100 лет назад появился автомобиль. Появился и открыл новую эру. С тех пор многие автомобильные марки появлялись и исчезали. Теперь даже самая маленькая компания представляет интерес для историков и просто для любителей автомобиля. Сто лет назад основана фирма, с именем которой связан всего один автомобиль, ставший первым, отвечающим современным представлениям о «классическом» автомобиле. Его создатель – гений-одиночка? Да. Его имя забыто, как имя неудачливого предпринимателя? Нет. Так почему же мы его не знаем? Да потому, что под машину ни разу не заглядывали. Многие, очень многие современные автомобили тем, что ездят, обязаны и этому человеку, и его автомобилю.

В 1904 г. 29-летний студент Корнуэллского университета (Cornell University) Кларенс Спайсер (Clarence Spicer) оставил учебу, чтобы заняться производством универсальных шарниров в городке Plainfield. Это решение родилось годом раньше, когда молодой инженер разработал экспериментальный автомобиль, в котором вместо традиционной цепной передачи использовался карданный вал с универсальными шарнирами собственной конструкции. Оно оказалось верным: всего через два года клиентами вновь образованной Spicer Universal Joint Manufacturing Company (компания Спайсера по производству карданных шарниров) стали Buick, Wayne, Olds, Stevens-Duryea, American Motor Car, Diamond T, и E.R. Thomas. И очень скоро новый универсальный шарнир инженера Спайсера стал индустриальным стандартом для трансмиссий.

Дела молодой компании шли успешно. Расширялся ассортимент компонентов, росла производственная база. Потеря узкой специализации отразилось на названии – 30 ноября 1909 г. из него исчезли слова «Universal Joint». Фирма стала именоваться просто Spicer Manufacturing Company (SMC).

Экспериментальный автомобиль Кларенса Спайсера. Молодой инженер применил для передачи крутящего момента двигателя к ведущей оси карданный вал вместо обычной цепной передачи

Кларенс Спайсер был талантливым инженером, автором более чем 30 патентов, но управлять разраставшимся производством становилось все трудней. В 1914 г. к нему присоединился Чарльз Дана (Charles Dana). 33-летний поверенный из Нью-Йорка начинает заниматься бизнес-экспертизой и ростом капитала. Выдающиеся деловые и организаторские способности этого человека всего через два года приводят его на должность президента и казначея компании. Президентом он оставался бессменно до 1948 г., когда стал председателем правления.

К. Спайсер начал свое производство с аренды помещения в Potter Printing Press Company, Plainfield. А в 1915 г. его компания празднует первое новоселье – она переезжает в новый комплекс, расположенный в South Plainfield. В нем нашлось место и первой научно-исследовательской лаборатории, в то время занимающейся анализом чугуна и стали.

Кларенс Спайсер (Clarence Spicer). Талантливый инженер. Основатель компании, которая смогла вырасти в крупную международную корпорацию

Чарльз Дана (Charles Dana). Человек, отдававший 53 года фирме, носящей его имя

Чарльз Дана (Charles Dana). Человек, отдававший 53 года фирме, носящей его имя

В начале века автоиндустрия еще проходила становление. Конструкторы были вольны в своем выборе, никакой стандартизации не существовало. Однако это длилось недолго. Как только автомобиль заявил о себе, как о средстве, влияющем на военную мощь, сразу были приняты меры по наведению порядка в отрасли. Дело было так. В 1917 г. США готовились к войне, и армии требовался грузовой автомобиль, изготовленный изстандартизованных компонентов, и потому не зависящий от какой-либо частной компании. Требовалось разрабатывать общие подходы, узлы и агрегаты. Правительство собирает в Вашингтоне представителей ведущих компаний отрасли. Для работы над проектом были приглашены и инженеры Spicer Manufacturing Company. Результатом этой работы стал Standard B или грузовик Liberty. Стандартом для многих узлов ходовой части и подвески стали разработки Spicer.

Первая научно-исследовательская лаборатория компании по анализу чугуна и стали

Первая научно-исследовательская лаборатория компании по анализу чугуна и стали

В 1919 г. началось расширение SMC. В тот год были приобретены еще две компании, производящие автомобильные рамы и мосты (оси). Далее этот процесс будет происходить регулярно: в 1929 Spicer купила производство трансмиссий, муфт и сцеплений, а в 1945 г. – поковок, соединительных рычагов и распредвалов. И так до наших дней.

К. Спайсер умер в 1939 г. Конечно, эта была потеря для компании. Но производство, инженерная школа уже самостоятельно стояли на ногах. Вся тяжесть по руководству компанией теперь полностью ложится на плечи Ч. Дана. После очередного расширения 12 июля 1946 г. Spicer Manufacturing Company переименовывается в Dana Corporation, а через два года он становится председателем правления и работает на этом посту еще 18 лет. Общий стаж его работы на благо компании составит 53 года.

Так выглядело производство Spicer Manufacturing Company в 20-е годы прошлого века

Так выглядело производство Spicer Manufacturing Company в 20-е годы прошлого века

В наследство корпорации Чарльз оставил уникальный стиль управления, названный «стилем Даны». Достаточно вспомнить, что еще 3 февраля 1920 г. компания предложила рабочим купить привилегированные акции (те, на которые выплачиваются гарантированные дивиденды), а в феврале 1925-го начинает давать наличными вознаграждения рабочим, предложения которых внедрены. Чарльз Дана любил работать с людьми, как-то он сказал: «Никто не знает лучше, чем я ценность совета, исходящего от рабочего».

Тяжелые условия Второй мировой войны стали экзаменом для конструкторов автотехники. Создание нового транспортного средства – первого легендарного джипа, не обошлось без компании Spicer. Она разрабатывала полный привод и мосты для него. Также компания обеспечивала производство комплектующих для некоторых других военных транспортных средств. Объемы производства были таковы, что компания нанимала в 1944 г. около 10 тыс. человек.

Американский генерал Эйзенхауэр в джипе во время Второй мировой войны. Spicer Manufacturing Company разрабатывала полный привод и мосты для первого джипа. Она также обеспечивала производство комплектующих для некоторых других военных транспортных средств

Американский генерал Эйзенхауэр в джипе во время Второй мировой войны. Spicer Manufacturing Company разрабатывала полный привод и мосты для первого джипа. Она также обеспечивала производство комплектующих для некоторых других военных транспортных средств

Сейчас Dana Corporation (DC) – это мощное современное высокотехнологичное производство. Для обеспечения его высококвалифицированными инженерными кадрами в 1969 г. было создано высшее учебное заведение – Dana University, который только за первые 10 лет подготовил свыше 4 000 специалистов. Такой подход к ведению бизнеса приносит свои плоды. Структурные подразделения корпорации неоднократно отмечались журналом IndustryWeek. Последний раз – по итогам прошлого года. Тогда Owensboro facility, производящее рамы для пикапов Toyota, удостоилось звания «Лучшее предприятие» (Best Plant). Так была отмечена способность предприятия переключаться на производство различных платформ почти без потери времени – требуются три секунды.

Продолжая традицию постоянного инженерного поиска, заложенную Спайсером, корпорация лидирует в области инновационных разработок. Ею было создано первое комплектное Rolling Chassis – модуль шасси для легких грузовиков и джипов. Оригинальная разработка используется в Dodge Dakota. Она содержит более 200 компонентов от 66 поставщиков.

Производство рам для пикапов Toyota на структурном подразделение корпорации Owensboro facility

Корпорация ведет научно-исследовательские разработки в перспективных областях. Над созданием топливных ячеек работают несколько лабораторий. Эти центры – Fuel Cell Support Centers располагаются в Париже, США, Канаде и Германии.

Основным центром новых разработок является ASG Technology Center, расположенный в Monclova Township, штат Огайо. В 2001 г. была создана принципиально новая ось Dana AdvanTek для пикапов, SUV и CUV. С помощью новейших технологий удалось спроектировать долговечную надежную малошумную ось, экономящую топливо. В ней используются компактные редукторы с алюминиевыми картерами.

Для легких транспортных средств DC разрабатывает новые, более безопасные карданные валы. Инновационность заключается в том, что они складываются. Конечно, речь не о том, чтобы облегчить их перевозку как запчастей. При столкновении такой вал не должен передавать энергию через транспортное средство. Это позволяет минимизировать повреждения и возможные ранения. Используя электромагнитный процесс формирования, подобный магнитно-импульсной сварке, корпорация разрабатывает складывающиеся проекты для стальных и алюминиевых карданных валов. Цель состоит в том, чтобы получить нужные результаты без увеличения веса, стоимости, и NVH (шум, вибрация и тряска). Хотя технология складывающегося карданного вала, прежде всего, нацелена на легкие транспортные средства, она может использоваться и в тяжелых грузовиках.

Передний ведущий мост Dana на раме

Передний ведущий мост Dana на раме

Для разработки современных независимых подвесок DC использует метод конечных элементов и компьютерное моделирование. Это позволяет значительно сократить сроки проектирования и свести число опытных конструкций до одного образца. Известна корпорация и независимыми подвесками для грузовых автомобилей. В исследовательских центрах убеждены, что за ними будущее.

Большой интерес вызывают у производителей тяжелых грузовиков тандемные оси, разработанные специалистами корпорации. Недавно стало известно, что такая ось – Dana® Spicer® Torsionally Tuned-40TM (DST40), будет устанавливаться на Volvo VN производства Volvo Trucks North America. Конструкция осей уменьшает углы карданных валов, что улучшает долговечность при уменьшении размеров, стоимости и веса.

Современный ведущий мост производства Dana для автомобиля с независимой подвеской

Современный ведущий мост производства Dana для автомобиля с независимой подвеской

Независимая задняя подвеска, разработанная специалистами Dana

Независимая задняя подвеска, разработанная специалистами Dana

Не все дифференциалы одинаковы, а на полноприводных автомобилях лучше использовать специальные механизмы. Electronic Torque Coupling Differential – последняя разработка корпорации в этой области. Управляемый электроникой дифференциал, который может работать как сцепление, улучшает подвижность автомобиля. Он способен без разрывов передавать крутящий момент при любых условиях движения. Этот уникальный дифференциал может передавать от 0 до 100% доступного крутящего момента на колеса так, как это определено программой. К тому же узел, объединяющий и дифференциал, и сцепление, на 25% легче, а для его активизации требуется ток в 3 А. Он может передавать крутящий момент до 3 000 Н·м.

Dana Corporation производит также воздушные, масляные, топливные, гидравлические фильтры, и в каждом изделии есть инновационные решения.

Реклама нового сальникового уплотнения универсального шарнира, разработанного Spicer Manufacturing Company

В настоящее время, когда многие системы двигателя контролируются электроникой, инженеры все чаще задумываются о применении электронного управления в системе охлаждения, которая мало изменилась со времени своего появления. Она состоит из водяного насоса, напрямую связанного с коленвалом двигателя, термостата и радиатора. Система Intelligent Cooling позволяет двигателю работать при более высокой температуре. Этого удалось добиться, заменив механический восковой термостат многоходовым электронным клапаном, т.е. повысить температурную однородность жидкости, а также снабдив водяной насос и вентилятор электронным контроллером скорости вращения. Кроме того, были установлены температурные датчики непосредственно в прокладку головки блока цилиндров, что позволило точнее замерять температуру охлаждающей жидкости.

Управляемый электроникой дифференциал, который может использоваться как сцепление

Управляемый электроникой дифференциал, который может использоваться как сцепление

Инженеры корпорации не оставили без внимания и систему смазки. В современных двигателях она выполняет ряд функций, не связанных непосредственно со смазыванием. К ним относятся гидравлический привод некоторых узлов, охлаждение поршней и др. Все они увеличивают расход масла и требуют определенного давления в системе. Сердцем Intelligent Lubrication является дополнительный электрический масляный насос, позволяющий избежать масляного голодания при пуске двигателя, обеспечить требуемое давление при работе на холостом ходу, уменьшить гидравлические потери, обеспечить охлаждение некоторых систем после остановки двигателя.

Новая ось Dana AdvanTek предназначена для пикапов, SUV и CUV

Новая ось Dana AdvanTek предназначена для пикапов, SUV и CUV

Современный автомобиль все больше потребляет электроэнергии. Назревает эра «электрических» машин. Большинство изготовителей транспортного средства уже планирует использование 42-вольтовых электрических сетей в своих автомобилях. Это позволит сделать более мощными такие устройства, как, например, привод клапанов. DС готовится к такому развитию событий разработкой своего собственного стартер-генератора переменного тока. Этот узел может работать при напряжении от 12 до 300 В и иметь мощность 2–40 кВт. Используя мощные варианты стартер-генератора, водитель может не только экономить топливо, останавливая двигатель перед светофором, но и двигаться с малой скоростью в пробках, используя только электричество. Узел может стать параллельным источником мощности для дополнительного ускорения автомобиля.

Современный передний ведущий мост с подвеской

Современный передний ведущий мост с подвеской

Снижение веса заботит сегодня автоинженеров не меньше, чем модниц. В то время как некоторые поставщики для уменьшения веса заменили алюминием сталь, DС предлагает свой подход, состоящий в создании единой структуры – мультиматериальной. Специальная магнитно-импульсная технология позволяет инженерам сваривать обычную и нержавеющую сталь, алюминий и даже магний и создавать более легкие и прочные конструкции.

Для защиты от теплового излучения и шума специалистами отделения корпорации, Victor Reinz Division, разработаны защитные экраны. Для их изготовления применяется трехслойный материал, содержащий изолирующий наполнитель и обеспечивающий хорошее сопротивление высоким температурам и шумам. К тому же такие материалы весят меньше, чем обычные с двумя слоями. Для разработки экранов используются методы теплового и акустического анализа. С помощью компьютерных технологий проводится трехмерное моделирование будущих экранов.

Разрабатываемые корпорацией компоненты технологии топливных ячеек: металлические биполярные пластины, уплотняющие материалы, электрические моторы, системы управления и т.д.

Разрабатываемые корпорацией компоненты технологии топливных ячеек: металлические биполярные пластины, уплотняющие материалы, электрические моторы, системы управления и т.д.

И конечно, в корпорации большое внимание уделяется карданным валам. Им тоже хотят добавить интеллекта с помощью электроники. В исследовательских центрах в настоящее время сосредоточились на двух программах: магнето-реологическом (MR) подшипнике с жидкостной центрирующей прокладкой и активном пьезо-демпфере (NVH).

Dana Corporation вступает во второй век своей истории стабильно развивающейся компанией. Об этом свидетельствует постоянное ее расширение за счет приобретения других производств, распространения отделений буквально по всему миру. По состоянию на прошлый год в корпорации работало 45 тыс. человек в 30 странах. В 2003 г. оборот составил $7,9 млрд.

Источник

Карданная передача — Энциклопедия журнала "За рулем"

Карданная передача:
1 — эластичная муфта;
2 — болт крепления эластичной муфты к фланцу;
3 — крестовина;
4 — сальник;
5 — стопорное кольцо;
6 — подшипник крестовины;
7 — гайка;
8 — фланец эластичной муфты;
9 — сальник;
10 — обойма сальника;
11 — кронштейн безопасности;
12 — болт крепления кронштейна к промежуточной опоре;
13 — передний карданный вал;
14 — кронштейн промежуточной опоры;
15 — промежуточная опора;
16 — вилка переднего карданного вала;
17 — задний карданный вал;
18 — вилка заднего карданного вала;
19 — фланец ведущей шестерни главной передачи;
20 — гайка;
21 — болт крепления вилки

В трансмиссиях автомобилей карданные передачи применяются для передачи моментов между валами, оси которых не лежат на одной прямой и изменяют свое положение в пространстве. В общем случае, карданная передача состоит из карданных валов, карданных шарни ров, промежуточных опор и соединительных устройств.
По компоновке карданные передачи классифицируются на закрытые и открытые.
Закрытая карданная передача размещается внутри трубы. Труба может воспринимать силы и реакции, возникающие на ведущем мосту, и служить направляющим элементом подвески. В такой карданной передаче применяется только один шарнир, а неравномерность вращения карданного вала компенсируется его упругостью. Известны конструкции, в которых роль карданного вала выполняет торсион (упругий вал небольшого диаметра), при этом карданные шарниры отсутствуют.

Конструкция промежуточной опоры:
1 — вилка;
2 — упругая подушка;
3 — подшипник промежуточной опоры

Открытая передача не имеет трубы, и реактивный момент воспринимается рессорами или реактивными тягами. Карданная передача должна иметь не менее двух шарниров и компенсирующее звено, так как расстояние между соединенными агрегатами в процессе движения изменяется. На длиннобазных автомобилях применяют карданную передачу, состоящую из двух валов. Этим исключается возможность совпадения критической угловой скорости вала с эксплуатационной. Уменьшение длины вала повышает его критическую частоту вращения, которая должна как минимум в 1,5 раза превышать максимально возможную при эксплуатации. Конструкция карданной передачи с двумя валами требует применения промежуточной опоры одного из валов, подшипник которой для компенсации возможного осевого перемещения силового агрегата на раме или кузове установлен в эластичном кольце.

Карданные шарниры при всем многообразии конструкций и по кинематическим характеристикам и допустимым углам между валами могут быть классифицированы так, как это показано в таблице.
Карданный шарнир неравных угловых скоростей был изобретен в XVI в. итальянским математиком Джироламо Кардано и первоначально нашел применение для подвешивания фонарей в экипажах. Позже английский ученый Роберт Гук дал математическое описание кинематики данного механизма.

Детали карданной передачи (а) и график зависимости угловых скоростей (б):
1 — шлицевая вилка;
2 — П-образная пластина;
3 — стопорная шайба;
4 — крестовина;
5 — вилка заднего карданного вала;
6 — задний карданный вал;
7 — фланец ведущей шестерни главной передачи;
8 — задний карданный шарнир;
9 — игольчатый подшипник;
10 — стопорное кольцо;
11 — болт; 12 — уплотнительное кольцо;
α — угол поворота ведущего вала;
β — угол поворота ведомого вала;
γ — угол между валами

Анализ схемы карданного шарнира показывает, что при постоянной угловой скорости ведущего вала ведомый вращается циклически: за один оборот дважды отстает и дважды обгоняет ведущий вал. При этом с увеличением угла γ между валами неравномерность вращения интенсивно возрастает. Для того чтобы карданная передача с шарнирами неравных угловых скоростей передавала синхронное вращение между валами соединенных агрегатов, она должна состоять из нескольких шарниров, взаимное расположение которых будет компенсировать неравномерную передачу вращения каждого шарнира. По этой причине минимальное количество шарниров должно быть равно 2. При этом в карданной передаче с двумя шарнирами необходимо соблюдение следующих компоновочных требований:
— ведущие вилки расположены под углом 90 ° одна относительно другой;
— углы между валами в обоих шарнирах γ1 и γ2 равны между собой;
— все валы лежат в одной плоскости.

Карданный шарнир неравных угловых скоростей

Для карданных передач, имеющих число шарниров неравных угловых скоростей более трех, синхронность вращения валов соединенных агрегатов достигается определенным соотношением углов между валами всех шарниров, при этом соотношение зависит от числа шарниров. Карданный шарнир неравных угловых скоростей состоит из двух вилок, в цилиндрические отверстия которых вставлены концы крестовины. Вилки жестко закреплены на валах. При вращении валов концы крестовины перемещаются относительно плоскости, перпендикулярной к оси вала.
Крестовина карданного шарнира должна строго центрироваться для исключения переменного дисбаланса карданного вала при его вращении. Центрирование достигается точной фиксацией обойм подшипников при помощи стопорных колец или крышек, которые прикрепляются к вилкам шарнира. Минимальный угол между валами должен быть не менее 2°, иначе цапфы крестовин деформируются иглами и шарнир быстро разрушается (явление бринеллирования).
Развитие конструкций карданных шарниров неравных угловых скоростей шло по пути снижения потерь, связанных с вращениями концов крестовины в отверстиях вилок. В конструкциях первых шарниров концы крестовины устанавливались на подшипниках скольжения. С учетом того что в трансмиссии многоосных автомобилей число шарниров может превышать два десятка, применение в них подшипников скольжения может существенно снижать общий КПД трансмиссии. В карданных шарнирах современных автомобилей применяются только игольчатые подшипники качения.
В прежних конструкциях применялась смазка, которую было необходимо периодически обновлять через специальную масленку. Карданные шарниры современных автомобилей обычно заправляются высококачественной пластичной смазкой, при сборке и в эксплуатации ее не заменяют.

Карданная передача - подробно

Карданная передача – конструкция, пережившая века

Исследователи истории механики считают, что автором этого изобретения, относящегося к середине XVI века, является Джироламо Кардано.

 

О каком изобретении идет речь – становится ясно любому, даже отдаленно знакомому с техникой человеку, хотя Кардано при жизни имел большую известность как врач, выдающийся математик, известный философ. В 1898 году Рено первым использовал вал, названный «карданным», т. к. вал с торцов имел крестовые карданные шарниры. В 1903 году Спайсер усовершенствовал конструкцию, применив шлицевую втулку для компенсации колебаний линейных размеров. До настоящего времени более совершенной, принципиально отличающейся конструкции по передаче крутящего момента, не предложил никто.

 

Карданная передача – в чем «эксклюзив»?

Специфика работы автомобильной трансмиссии в том, что отдельные ее части могут несколько изменять свое взаимоположение. Двигатель совершает колебательные движения под действием реактивного момента неуравновешенных сил инерции. Ведущие мосты, связанные с несущей системой через подвеску, перемешаются под действием возмущающих сил, вызываемых дефектами дороги. Кузов и рама также имеют некоторую степень свободы, в них возникают упругие деформации под влиянием внешнего воздействия. Таким образом, оси валов агрегатов, передающие крутящий момент от двигателя к ведущим колесам, могут смещаться относительно друг друга, может изменяться и линейное расстояние между агрегатами. Передачей крутящего момента, с учетом несовпадения осей валов и изменяющегося их взаимоположения, обеспечивают т. н. карданные шарниры. Валы, соединяющие карданные шарниры, являются карданными валами. Система, состоящая из одного или нескольких карданных валов и карданных шарниров, называется карданной передачей. Для компенсации колебания расстояний между агрегатами трансмиссии в карданной передаче используются запатентованные еще Спайсером подвижные в осевом направлении муфты.

Карданные передачи различных транспортных средств идентичны и отличаются, в основном, габаритными размерами и формой отдельных элементов.

Особенностью работы быстровращающихся валов, а карданные валы относятся к таковым, является возникновение дополнительных нагрузок, вызываемых центробежными силами, величина которых пропорциональна квадрату частоты вращения. Из этого следует, что влияние этих сил тем больше, чем выше дисбаланс вала. Центробежные силы при высоких оборотах стремятся изогнуть вал, увеличивая дополнительно его несбалансированность. Жесткость вала на изгиб до определенной частоты вращения компенсирует центробежную силу, но при т. н. критической частоте центробежная сила «побеждает», и прогиб вала теоретически должен увеличиваться до выхода вала из строя. Но, благодаря особой конструкции карданного вала, а также тому, что в опорах вала присутствуют силы трения, поломки вала, как правило, не происходит. Но при работе вала на критических оборотах «взлетает» уровень динамических нагрузок в трансмиссии, возникает вибрация, которая, передаваясь через опоры карданного вала, «разбивает» несущую систему автомобиля.

Изгибная жесткость прямо пропорциональна моменту инерции сечения вала и обратно пропорциональна его длине. Это означает, что для обеспечения высокой изгибной жесткости карданного вала делать их следует из тонкостенных труб большого диаметра и достаточно короткими.

Исходя из этого, для повышения жесткости вместо одного вала стали применять несколько, но более коротких. Так, в полноприводном 3-осном Урале-4320 установлено 4 карданных вала: основной, соединяющий КПП и раздаточную коробку, и три карданных вала, передающих крутящий момент на передний, средний и задний мосты соответственно. Для выдерживания условий жесткости такие валы соединены с рамой или кузовом промежуточными опорами, которые состоят из шарикового подшипника и упругодемпфирующего элемента. Опоры являются очень нагруженным элементом конструкции, они воспринимают два вида радиальных нагрузок. Во-первых, на опору действие оказывают центробежные силы, вызванные дисбалансом карданных валов, а во-вторых, воздействует изгибающий момент, появляющийся при передаче карданными шарнирами крутящего момента под углом. Воспринимая на себя эти нагрузки, опора тем самым не позволяет им действовать на кузов автомобиля.

Для снижения вибраций валы в процессе изготовления балансируют. Эта операция проводится в заводских условиях на специальных автоматизированных балансировочных станках, где на концах трубы карданного вала, как можно ближе к самой опоре, привариваются точечной сваркой пластины определенной массы и в определенных местах, исходя из потребностей балансировки.

 

Но устранить пульсацию крутящего момента в трансмиссии довольно сложно, поэтому постоянно ведутся поиски путей снижения крутильных колебаний.

Использование конструкционных материалов меньшей плотности существенно упрощает проблему повышения критической частоты вращения карданной передачи. Сегодня ведутся и в России, и за рубежом перспективные разработки использования неметаллических композиционных материалов с полимерной матрицей и стеклянными, углеродными и другими волокнами в качестве материала карданных валов будущего. Есть положительные результаты, но пока цена композитных карданов очень высока.

В большинстве автомобильных конструкций, как писалось выше, частью карданной передачи являются подвижные шлицевые муфты, причем они являются очень нагруженными элементами трансмиссии. Износ деталей муфты в большой степени определяется профилем дорог, по которым движется автомобиль. Причем, износ шлицов увеличивается тем сильнее, чем больший крутящий момент передает трансмиссия.

Долговечность подвижной шлицевой муфты может быть обеспечена только при условии ее эффективной смазки и надежной защиты от внешней среды. Повышение износостойкости возможно за счет нанесения на поверхность шлицев специальных покрытий. Наиболее распространенным способом является фосфатирование, которое не только снижает коэффициент трения и защищает от коррозии, но и, самое главное, предотвращает образование микротрещин. Фосфатирование создает довольно пористое покрытие, хорошо удерживающее смазку.

Для улучшения эксплуатационных свойств шлицевые валы также подвергают нитрированию. Это тепловая обработка поверхности вала, имеющая целью изменение структурного строения материала поверхности. В результате увеличивается прочность вала, значительно расширяется спектр воспринимаемых изгибающих вибраций.

Для уменьшения усилий осевого перемещения используют неметаллические покрытия, например, полиамид. С 2002 года КАМАЗ покрывает полиамидом 11 (Rilsan) часть шлицевых валов карданов КамАЗа. Испытания показали, что если обычный вал передает крутящий момент не более 11,760 Нм, то обработанный Rilsan – 19,870 Нм. Покрытие имеет хорошие антифрикционные свойства, износостойкость, снижает уровень шума. Покрытие шлицов Rilsan не требует внесения в узел конструктивных изменений. В некоторой степени покрытие служит демпфером колебаний.

Отечественная наука, в свою очередь, разработала композитные покрытия на основе алифатических полиамидов. Разработанные составы триботехнических покрытий на основе полиамида 6 существенно превосходят покрытия импортных аналогов, того же полиамида 11 (Rilsan), причем цена российского покрытия значительно ниже.

Техобслуживание, диагностика…

Основное обслуживание карданной передачи заключается в периодической проверке наличия смазки в скользящем шлицевом соединении, карданных шарнирах, а также в подшипниках опор. Контролировать необходимо, прежде всего, возникновение повышенной вибрации и движение рывками.

Первоочередной операцией, относящейся к обслуживанию карданных валов и соединений, которая должна производиться своими силами, является регулярная очистка узла от грязи. Это необходимо, прежде всего, для проверки и подтяжки всех доступных соединений деталей карданной передачи, а также для визуального осмотра на наличие следов ударов, трещин, других видимых дефектов. Даже минимальное ослабление крепления фланцев карданного соединения может вызвать усиленную вибрацию, которая, в конечном итоге, может «срезать» крепёж. Кстати, важно, чтобы крепёжные детали были одной массы, т. к. разность в весе может повлиять на дисбаланс. Кроме того, прилипшие массивные куски грязи могут повлиять на вибрацию карданного вала.

Шлицевое соединение имеет специальную полость, в которой постоянно должна находиться смазка, в отечественной технике используется Литол 24. Смазка защищена от вытекания сальником, а весь узел от попадания грязи – мягким кожухом. Состояние этих уплотнительных и защитных элементов контролируется при каждом осмотре передачи, в случае необходимости – меняется.

Смазка в работе крестовины не менее важна, чем смазка в работе шлицевого подвижного соединения. В крестовинах прежних лет имелись маслёнки для периодического смазывания, такие типы крестовин сохранились, пожалуй, в ГАЗелях и еще некоторых видах техники. В основном же, сегодня при сборке карданных валов в узел «шип – игольчатый подшипник» закладывается смазка, в отечественной технике рекомендуется консистентная № 158. В дальнейшем в процессе эксплуатации узел дополнительно не смазывается. Удерживается смазка на своем «рабочем месте» благодаря сальникам, их два. Один, самоподвижный двухкромочный радиальный, стоит в стакане-корпусе игольчатого подшипника, второй, торцевой, также двухкромочный, находится на шипе крестовины. Качество смазки и уплотнений должно обеспечить надежную работу узла в течение, как минимум, межремонтного периода. Очевидно, что если сальник крестовины изношен, то смазка «покинет» узел, и он очень быстро выйдет из строя, поэтому состояние сальников необходимо регулярно контролировать и при износе сразу же менять.

Особое внимание уделяется посадке крестовин в подшипниках, а подшипников – в вилках. Необходимо проверять наличие люфта в подшипниках. Для проверки нужно попытаться провернуть относительно друг друга вилки карданного шарнира. Люфт может ощущаться при резком повороте вала вручную газовым ключом. Более точные данные о величине люфтов позволяет получить отечественный прибор КИ 4833. Люфт недопустим. Если он появляется, крестовину следует менять.

Важным пунктом диагностики неисправностей карданной передачи является определение биения карданного и шлицевого валов. Биение определяется с помощью прибора КИ 8902А, для замеров необходимо произвести с автомобилем ряд специальных манипуляций. Но сегодня уже существует оборудование, например, переносной прибор Vibroport 41 немецкой компании Schenck, позволяющий определить величину вибрации тел вращения непосредственно при вращении вала на машине, да еще и изобразить результаты измерений в графическом виде.

Карданный вал характеризуется такими повреждениями как скручивание, изгиб вала, погнутость щёк вилки. Скручивание на угол более 3°, так же как и наличие значительных вмятин, требует замены вала.

Практика показывает, что в основном дефекты карданной передачи появляются тогда, когда нарушаются правила эксплуатации техники. Например, чаще всего, преждевременный выход из строя крестовин связан с «перегрузами». Крестовины чувствительны к повышенным контактным напряжениям, на поверхности шипов, в первую очередь, остаются следы от игл подшипников, работающих с повышенной нагрузкой. Наличие дефектов на шипах, т. н. бринеллирование, значительно убыстряет общий износ крестовины и выход из строя. «Перегруз» отрицательно сказывается и на шлицевом соединении, подвергая его дополнительным изгибающим нагрузкам.

Большое значение для кардана имеет манера езды: вмятины кардана, погнутость щёк – всё это следствие «специфической эксплуатации»…и ремонт

Одной из причин появления вибрации может явиться кустарный ремонт карданного вала. При разборке-сборке вала молотком деформируются посадочные места стаканов крестовин, не убираются люфты в сочленениях, не соблюдается первоначальное взаимное положение валов при сборке.

Профессиональный ремонт карданных валов грузовых машин и спецтехники постепенно выделяется в отдельную область деятельности автосервиса. Современные автопроизводители рекомендуют не заниматься самостоятельным ремонтом карданных валов, а осуществлять, при наличии явных дефектов, замену карданного вала в сборе. Но отечественный автосервис вполне успешно справляется с проблемами ремонта в условиях специализированных предприятий. Для качественного ремонта необходимо оборудование, оснастка, запчасти. Так, несложная, казалось бы, операция по замене крестовины, может обернуться большими проблемами, если выполняет ее неподготовленный человек. Крестовина должна стоять точно по оси вала, смещение в ту или иную сторону на 0,2-0,3 мм проявляется в таком биении карданного вала, которого вполне хватает для выхода из строя редуктора заднего моста и хвостовика КПП. В условиях СТО ремонтник имеет возможность скрупулезно подобрать стопорные кольца необходимой толщины, зафиксировать совпадение осей вала и крестовины, что достаточно проблематично делать «на коленке».

А если обнаружен износ шлицевого вала. В этом случае можно приобрести новый, но можно и восстановить старый. Рынок сегодня предлагает любые отдельные компоненты карданной передачи. При ремонте в условиях СТО можно срезать на токарном станке изношенную часть шлицевого вала, а затем, используя базу, оставшуюся от срезанной части, установить и приварить новый шлицевой участок вала. Экономия средств от такого ремонта очень существенная.

Подобным образом можно поменять и вышедшую из строя карданную вилку. Вырезав на токарном станке старую, используя тот же вал, в него вваривается новая вилка. Важно, чтобы все элементы отремонтированной конструкции были строго на одной оси.

Какой бы элемент не ремонтировался в карданной передаче, конечным пунктом «программы» является балансировка. Сегодня имеется оборудование, способное уравновешивать карданные передачи в сборе, имитируя крепление конструкции на автомобиле. Такое оборудование производят компании Schenck, Hofmann и др. С их помощью балансируются валы длиной до 4 м в диапазоне рабочих частот от 100 до 6 тыс. мин-1. Карданный вал балансируется привариванием на вал балансировочных пластин, смещением крестовин путем установки компенсаторов, иногда токарной обработкой технологических приливов на фланцах. Специалисты утверждают, что от того, насколько хорошо отбалансирован карданный вал, зависит ресурс всех элементов карданной передачи.

Так что приобретать ли новую карданную передачу либо восстанавливать старую – каждый владелец решает для себя сам.

Николай Днепров

Автор: ТЕХНОmagazine

Поделиться

История развития кардана

Кардан, как способ передачи вращающего усилия под переменным углом, используется человечеством уже несколько веков. Вместе с созданием первых простейших механизмов возникла необходимость передавать усилие под углом, отличным от девяноста градусов. Всевозможные наклонные вращающиеся механизмы не могли обойтись без передачи. Неоценимый вклад в создание этой конструкции внёс итальянский философ, врач и математик Джероламо Кардано (1506-1576г.г.), именем которого мы и называем данное устройство до сих пор. Ремонтируя, надо знать, что делать. Кардано предложил подвес – точку опоры, благодаря которому стало возможным изменение направления вращения в процессе самого вращения. Ремонта валов периодически необходим.

Дальнейшим развитием кардана стало создание карданного вала – механизма, состоящего из двух карданных передач и составного вала, соединяющегося при помощи прямых шлицев. Такой вал способен передавать вращающее усилие не только при изменяющихся углах наклона, но и при изменяющемся расстоянии между ведущим и ведомом узлами. Он, единственный известный на сегодняшний день механизм, становится незаменимым при движении, например, автомобиля по неровной дороге по этому зачастую  требуется замена изношенной крестовины его. Ремонт всегда должны делать профессионалы. Повторяя неровности дороги, ведущий мост автомобиля перемещается в различных направлениях, а непрерывность передачи вращающего усилия на ведущий мост как раз и обеспечивает он. Также, благодаря применению передачи в рулевой колонке, появляется возможность регулировать положение рулевого колеса относительно водителя, одновременно повышая травмобезопасность рулевого механизма при авариях. Ремонтируя валы нужно все делать профессионально.

В настоящее время важность передачи сложно переоценить, поэтому фирма «ИНТЕРКАРДАНСЕРВИС», имеющая многолетний опыт работы в области изготовления и профессионального ремонт карданного вала и балансировки механизмов, гарантирует своим клиентам высочайшее качество исполнения заказов. Ремонты механизмов не всем по плечу.

История развития кардана

Карданная передача — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Для информации о рок-группе, ранее известной как Карданный Вал, см. Бони НЕМ

Карданово соединение (шарнир Гука)

Карда́нная переда́ча (разговорное — «крестовина») — механизм, передающий крутящий момент между валами, пересекающимися в центре карданной передачи и имеющими возможность взаимного углового перемещения. Широко используется в различных областях человеческой деятельности, когда трудно обеспечить соосность вращающихся элементов. Подобные функции может выполнять также зубчатая муфта.

Название передача получила от имени Джероламо Кардано, который описал её в XVI в. (но не изобретал).

В автомобиле карданный вал служит для передачи крутящего момента от коробки передач (раздаточной коробки) к ведущим мостам в случае классической или полноприводной компоновки. Также используется в травмобезопасной рулевой колонке для соединения рулевого вала и рулевого исполнительного механизма (рулевого редуктора или рулевой рейки).

Карданная передача имеет существенный недостаток — несинхронность вращения валов (если один вал вращается равномерно, то другой — нет), увеличивающуюся при увеличении угла между валами. Это исключает возможность применения карданной передачи во многих устройствах, например, в трансмиссии переднеприводных автомобилей (где главная проблема в передаче крутящего момента на поворотные колеса). Отчасти этот недостаток может быть скомпенсирован использованием на одном валу парных шарниров, повёрнутых на четверть оборота друг относительно друга. Однако там, где требуется синхронность, как правило, используется не карданная передача, а шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) — более совершенная, однако и более сложная конструкция того же назначения.

См. также

Примечания

Ссылки

  • Бадиев А. А. Карданная передача (рус.). Восточно-Сибирский государственный технологический университет. Кафедра «Автомобили» (2002). Проверено 17 февраля 2013. Архивировано 26 февраля 2013 года.


Изобретатель карданных валов / Статьи / Кардан Мастер

изобретатель кардана

Изобретатель карданных валов, являлся сыном обычного адвоката по имени Фачио (Facio) Кардано; отец сделал его законнорождённым до того как умереть в 1524 году, сделав супругой его мать. Уже в  юности Джероламо охватывала неутолимая  желание быть знаменитым. На склоне своих лет он указал в  своей биографии:

 Результат, к которому я шел, являлся в том что бы прославить мое имя, так как это было вполне достижимо, дело вовсе не в праздности или богатстве, не в почете, не в высокой должности, не во власти.

Получил образование в университетах под названием Павии и Падуи. Вел изучение исключительно медицинского характера (Защитил докторскую степень в 1525 году), но в 1534 году уже стал профессором математических наук в Милане. Затем Кардано вел преподавание математики в Болонье, так же параллельно вел врачебное занятие и позже заполучил признания как один лучших европейских врачей. Вел преподавание о медицине в Павии. Иногда подрабатывал в составляя астрологических альманахов и гороскопов.

В 1531 году взял в жены Лючии Бондарени когда ей было 15 лет. Позже она скончалась в 1546 году, поручив от себя одну дочь и двух сыновей на попечение Кардано. В дальнейшем его старший сын был казнен за убийство жены подозреваемой в измене  (1560), в последствие  Кардано покинул свой дом и переселился в Болонью. Его сын подсел на азартные игры, после чего стал вытаскивать деньги у отца.

Подвергся в обвинение ереси за составление и распространение гороскопа Иисуса Христа (1570), проведя несколько месяцев за решеткой затем покинул свой дом для того что бы уехать в Рим, для отпущения грехов.

Если верить истории, Кардано предрекал день своей кончины и для того чтобы подтвердить своё предсказание, наложил на себя руки. На самом деле он совершил перерасчет на 3 года, назначив днем своей смерти декабрь 1573 года.

Он вел научную деятельность. Внеся значительную лепту в развитие такой науки как алгебры: его именем обозначили формулу Кардано. Он являлся первым кто в Европе начал

использование отрицательные корней уравнения. на самом деле  Кардано не являлся открывателем этого алгоритма и даже не стремился приписать его к своим заслугам. В своём дневнике под названием «Великое искусство» («Ars magna») он сделал признание, о том что узнал о формуле у Никколо Тартальи и  пообещал держать его секрете, но увы он не смог сдержать обещания и через 6 лет ( в 1545) опубликовал формулу.

Вас может так же заинтересовать:

Карданный вал история назначение неисправности устройство фото видео

Содержание статьи

Из истории кардана

Если помните, то машина, на которой ездили персонажи фильма, была ВАЗ 2103 – с задним приводом. Карданный вал, о котором говорит герой-любовник, это узел трансмиссии «тройки», который также устанавливался на автомобили с полным приводом. Для переднеприводных машин такой узел трансмиссии не нужен – крутящий момент от двигателя на переднюю ось передается через главную передачу и дифференциал, которые находятся в картере коробки передач.

Задне- и полноприводные автомобиль без карданного вала обойтись не могут: с его помощью крутящий момент от коробки передач или раздатки (для полноприводников) к редукторам переднего и заднего моста. Впервые принцип работы этого механизма описал итальянец Джироламо Кардано, по имени которого и был назван вал. В автомобилестроении кардан начали применять в конце 19-го века. К примеру, одним из пионеров в установке карданного вала на автомобиль стал основатель одноименной французской компании Луи Рено. На его машинах кардан зарекомендовал себя с самой лучшей стороны: благодаря внедрению в трансмиссию этого узла инженерам удалось решить важную проблему – без провалов передавать крутящий момент от КПП к заднему мосту во время движения по неровной дороге, обеспечивая, тем самым, плавность хода. С тех пор карданный вал эволюционировал незначительно – механизм передачи крутящего момента остался прежним, а вот конструкция узла усовершенствовалась в зависимости от того, на какой конкретной модели автомобиля он устанавливался.

Что такое карданный вал в и какую функцию он выполняет?

Трансмиссия автомобиля выполняет важную функцию — передает вращение коленвала на колеса. Основные элементы трансмиссии: сцепление — о нем мы рассказывали на Vodi.su, оно соединяет и разъединяет коробку передач и маховик коленчатого вала; коробка передач — позволяет трансформировать однородное вращение коленвала в определенный режим езды; кардан или карданная передача — применяется на автомобилях с задним или полным приводом, служит для передачи момента движения на ведущую ось; дифференциал — распределяет момент движения между ведущими колесами; редуктор — для повышения или понижения крутящего момента, обеспечивает постоянную угловую скорость. Если мы возьмем обыкновенную механическую коробку передач, то увидим в ее составе три вала: первичный или ведущий — соединяет КПП с маховиком через сцепление; вторичный — жестко связан с карданом, именно он предназначен для передачи момента вращения на кардан, а от него уже на ведущие колеса; промежуточный — передает вращение от первичного вала вторичному.

Предназначение карданной передачи

Любой водитель, который ездил на заднеприводном или полноприводном автомобиле, а уж тем более на ГАЗоне или ЗИЛ-130, видел карданный вал — длинную полую трубу, состоящую из двух сегментов — более длинного и короткого, между собой они соединены промежуточной опорой и крестовиной, образующими шарнир. В передней и задней части кардана можно увидеть фланцы для жесткого соединения с задним мостом и вторичным валом, выходящим из коробки передач. Основная задача кардана состоит не только в передаче вращения от КПП на редуктор заднего моста, но и в том, чтобы эта работа передавалась при переменной соосности сочлененных агрегатов, или, говоря простым членораздельным языком, — обеспечивается жесткая связка ведущих колес со вторичным валом коробки перемены передач, при этом не препятствуя независимому перемещению колес и подвески относительно кузова. Также устройство автомобиля таково, особенно если речь идет о грузовиках, что коробка расположена выше по отношению к поверхности, чем редуктор заднего моста. Соответственно, передать момент движения нужно под определенным углом, а благодаря шарнирному устройству кардана это вполне возможно. Более того, в процессе езды рама автомобиля может незначительно деформироваться — буквально на миллиметры, но устройство кардана позволяет не учитывать эти мелкие изменения.

СНЯТИЕ И УСТАНОВКА КАРДАННОГО ВАЛА

Снятие вала не вызывает трудностей. Необходимо открутить болты и гайки, соединяющие фланцы карданного вала и редуктора моста, отвести фланец кардана от редуктора и опустить вниз. Затем открутить болты крепления эластичной муфты и отвести кардан от КПП. В последнюю очередь открутить болты крепления подвесного подшипника. Установка производится в обратном порядке. 

ПРОВЕРКА СОСТОЯНИЯ КАРДАННОГО ВАЛА

Проверку состояния кардана проводят, если появилась вибрация при движении на высокой скорости, гул, шум, стуки, которых раньше не было. Для проверки карданного вала необходим подъемник, эстакада или смотровая яма. Если проверка проводится на яме или эстакаде, необходимо поднять заднюю (если проверяете передний карданный вал, то переднюю) сторону автомобиля так, чтобы колеса свободно вращались. О том, как безопасно поднимать автомобиль, читайте в статье (Замена и восстановление амортизаторов).

 

 

Проверка проводится в несколько этапов:

  1. Проверка затяжки соединительных элементов (крепление эластичной муфты, фланцевого соединения и подвесного подшипника). Все соединения должны состоять из болта, гроверной шайбы и гайки. Если где-то нет гроверной шайбы, то велика вероятность, что под действием вибрации гайка открутится и болт выпадет. Момент затяжки должен соответствовать указанному в инструкции по эксплуатации.
  2. Проверка состояния эластичной муфты. Для этого необходимо медленно крутить карданный вал и внимательно осматривать состояние муфты. При обнаружении разрывов, трещин и других повреждений муфту необходимо заменить.
  3. Проверка состояния шлицевого соединения. Чтобы проверить соединение, одной рукой держите вал, другой пытайтесь вращать эластичную муфту в разные стороны. При обнаружении даже незначительного люфта, кардан и соединение необходимо заменить.
  4. Проверка шарниров. Вставьте между вилками шарнира мощную отвертку и покачайте. Если обнаружили люфт, замените крестовины.
  5. Проверка состояния подвесного подшипника. Чтобы проверить подшипник, одной рукой обхватите вал до него, другой после и подергайте в разные стороны. Если обнаружили хотя бы небольшой люфт, замените крестовины.
  6. Если все это не помогло, необходимо проверить балансировку с помощью специального стенда. Для проведения этой операции обратитесь в крупный автосервис, в котором есть соответствующее оборудование.

Преимущества и недостатки карданных передач

Основными преимуществами в работе карданных валов является их способность выдерживать большие нагрузки, что особенно важно для автомобилей с большой массой. Неслучайно все автомобили в кузове лимузин и стретч имеют задний привод. При весе в несколько тонн и мощном двигателе передача крутящего момента карданным валом — наиболее надежный способ.

Карданный вал самосвала БелАЗ весит 105 килограммов. Спортивный кардан для BMW из карбона — 1,8 килограмма

Основной недостаток — собственный вес кардана, увеличивающий общую массу автомобиля. Необходимость наличия в полу кузова специального тоннеля под кардан уменьшает объем салона, повышает уровень шума и вибраций. Кроме того, карданный вал — достаточно дорогая и сложная деталь.

Неисправности карданного соединения и советы по эксплуатации

Чтобы продлить срок службы крестовины карданного вала, рекомендуется после каждых десяти тысяч пробега обслуживать крестовины и шлицевое соединение, если, конечно, их обслуживание предусмотрено изготовителем. Обслуживаемые крестовины снабжены пресс-масленками, в которые необходимо закачивать густое масло типа Литол. У большинства современных автомобилей карданные валы необслуживаемые и нуждаются только в замене крестовин при появлении люфта. Кстати, после каждого ремонта вал необходимо балансировать, и сделать это можно только на специализированном оборудовании. При появлении посторонних шумов, стука при работе автомобиля, обратитесь на станцию технического обслуживания для диагностики крестовины.

Задний ход есть только у мотоциклов с карданной передачей

Услуги специализированных сервисов по ремонту карданов обходятся недешево. Стоит поберечь кардан, быть внимательнее и не допускать его работы на износ.

Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей

Данный тип передачи широко используется в автомобилях с передним приводом. При помощи неё соединяется дифференциал и ступица ведущего колеса. Передача имеет два шарнира – внутренний и внешний, соединенных валом. ШРУСы часто применяются и в автомобилях с задним приводом, в полноприводных авто. Дело в том, что шарниры равных угловых скоростей более современны и практичны, к тому же, уровень шума от них значительно ниже, чем от ШНУС.
Самым распространенным из существующих является шарнир равных угловых скоростей шарикового типа. ШРУС передает крутящий момент от ведущего до ведомого вала. Угловая скорость передачи крутящего момента постоянная. Она не зависит от угла наклона валов. ШРУС, или как его называют в народе «граната» представляет из себя сферический корпус, в котором расположена обойма. Между ними вращаются шарики.

Они движутся по специальным канавкам. В результате, крутящий момент равномерно передается от ведущего вала к ведомому при условиях изменения угла. Сепаратор удерживает шарики в нужном положении. «Граната» защищается от воздействия внешней среды «пыльником» — защитным кожухом. Обязательным условием долгого срока службы ШРУСов является наличие в них смазки. А наличие смазки, в свою очередь, обеспечивается герметичностью самого шарнира. Отдельно стоит сказать о безопасности ШРУСов. Если в «гранате» слышится треск или шум, то её незамедлительно нужно менять. Эксплуатация автомобиля с неисправным ШРУСом предельно опасна. Попросту говоря, может отвалиться колесо. Причиной же, по которой карданный вал приходит в негодность, чаще всего является неправильный выбор скорости и плохое дорожное покрытие.

Карданная передача с шарниром неравных угловых скоростей

Данный тип передачи можно обнаружить на автомобилях с задним приводом или полноприводных авто. Устройство такой передачи следующее: на карданных валах расположены шарниры неравных угловых скоростей. На концах передачи имеются соединительные элементы. По необходимости используется соединительная опора. Шарнир объединяет пару вилок, крестовину и фиксирующие устройства. В проушинах вилок установлены игольчатые подшипники, в которых вращается крестовина.

Копипаста: На тщательно обработанных пальцах крестовины 3 установлены стальные стаканы 13 с игольчатыми подшипниками 12. Иглы подшипника с внутреннего конца опираются на опорную шайбу 11. Стакан уплотнен на крестовине резиновым сальником 10, установленным в металлическом корпусе 9, который надет на крестовину. Крестовина со стаканами закреплена в ушках вилок 2 и 4 стопорными кольцами или пластинками 6 с винтами. Подшипники крестовины смазываются через центральную масленку 7, от которой масло к подшипникам подходит по каналам в крестовине. Для устранения излишнего давления масла в крестовину завернут на резьбе корпус с предохранительным клапаном 8. Подшипники нельзя отремонтировать или обслужить. Масло в них заливается при установке. Особенностью шарнира является то, что он передает неравный крутящий момент. Дополнительный вал периодически обгоняет и отстает от основного вала.

Для компенсации этого недостатка в передаче используется несколько шарниров. Вилки противоположных шарниров располагают в одной плоскости. В зависимости от того, на какое расстояние необходимо передать крутящий момент, в карданной передача используют один или два вала. При числе валов, равном двух, один из них называется промежуточным, второй — задним. Для фиксации валов устанавливается промежуточная опора, крепящаяся к кузову авто. С другими элементами автомобиля карданная передача соединяется при помощи фланцев, муфт  и других соединительных элементов.
Можно с уверенностью говорить, что шарниры неравных угловых скоростей имеют малую надежность и относительно небольшой срок службы. В современных условиях используют карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей.

Карданные валы | SHOWA CORPORATION

Функции и роли

Там, где двигатель и оси отделены друг от друга, как на полноприводных и заднеприводных автомобилях, именно карданный вал служит для передачи движущей силы, создаваемой двигателем, на оси. Чем длиннее вал, тем больше он подвержен изгибу, и изгиб еще больше усиливается, когда применяется вращение, вызывающее вибрации и приводящее к увеличению шума. По этой причине гребной вал сконструирован таким образом, чтобы подавлять вибрации, возникающие по широкому кругу причин.

Типы карданных валов

Карданный вал цельный

[Модели автомобилей]
Используется в автомобилях с коротким расстоянием между двигателем и осями, а также в полноприводных автомобилях на базе MR.

[Характеристики]
Сварка трением, применяемая в месте соединения, способствует повышению прочности, качества и долговечности соединения.Достигнуто уменьшение количества комплектующих и веса.

Карданный вал, состоящий из 2/3 частей

[Модели автомобилей]
Используется в автомобилях с большим расстоянием между двигателем и осями, а также в базовых полноприводных автомобилях с передним приводом.

[Характеристики]
Разделение карданного вала на две или три части позволяет снизить критическое число оборотов, предотвращая возникновение проблемы вибрации при увеличении общей длины вала.Вставленный в трубу динамический демпфер снижает вибрацию и шум.

.

12 технологических достижений Первой мировой войны

Эрик Сасс освещал события, приведшие к Первой мировой войне, ровно через 100 лет после того, как они произошли. Но сегодня он здесь, чтобы обсудить некоторые изобретения Великой войны.

1. Цистерны

В 1914 году ожидаемая большинством европейских генералов «передвижная война» превратилась в неожиданную и, казалось бы, безуспешную окопную войну. Благодаря пулеметам, усиливающим массированный ружейный огонь из обороняющихся траншей, нападавшие были зарезаны тысячами, прежде чем они даже смогли добраться до другой стороны «ничейной земли».”

Решение представилось, однако, в виде автомобиля, который покорил мир после 1900 года. Приведенный в действие небольшим двигателем внутреннего сгорания, работающим на дизельном или газовом топливе, тяжелобронированный автомобиль мог продвигаться вперед даже перед лицом огромных малых размеров. оружие огонь. Добавьте несколько серьезных орудий и замените колеса бронированными гусеницами, чтобы справиться с бездорожьем, и танк родился.

Первый танк, британский Mark I, был разработан в 1915 году и впервые участвовал в боях на Сомме в сентябре 1916 года.Вскоре французы последовали их примеру с Renault FT, который установил классический вид танка (башня сверху). Несмотря на свое более позднее мастерство в танковых боях во время Второй мировой войны, немцы так и не дошли до крупномасштабного производства танков в Первую мировую, хотя они выпустили 21 танк в громоздкой модели A7V.

2. Огнеметы

Хотя византийцы и китайцы использовали оружие, которое метало горючие материалы в средневековый период, первый проект современного огнемета был представлен немецкой армии Ричардом Фидлером в 1901 году, а устройства были испытаны немцами с экспериментальным отрядом в 1911 году. .Однако их истинный потенциал был реализован только во время позиционной войны. После массированного штурма линий врага нередко вражеские солдаты прятались в бункерах и блиндажах, выдолбленных в окопах. В отличие от гранат, огнеметы могли «нейтрализовать» (то есть заживо сжечь) солдат противника в этих замкнутых пространствах, не нанося структурных повреждений (бункеры могут пригодиться новым жителям). Впервые огнемет был применен немецкими войсками под Верденом в феврале 1915 года.

3. Ядовитый газ


Getty Images

Ядовитый газ использовался обеими сторонами с разрушительными результатами (ну, иногда) во время Великой войны. Немцы первыми начали широкомасштабное применение химического оружия, нанеся газовый удар по позициям русских 31 января 1915 года во время битвы при Болимове, но низкие температуры заморозили яд (ксилилбромид) в снарядах. Первое успешное применение химического оружия произошло 22 апреля 1915 года недалеко от Ипра, когда немцы распылили газообразный хлор из больших баллонов в направлении траншей, удерживаемых французскими колониальными войсками.Защитники бежали, но, как правило, для Первой мировой войны это не давало решающего результата: немцы не спешили наносить удары пехотой, газ рассеялся, а оборона союзников была восстановлена. Вскоре, конечно, союзники тоже начали использовать отравляющий газ, и в ходе войны обе стороны прибегали к все более коварным соединениям для защиты от противогазов, еще одного нового изобретения; таким образом, общий результат был огромным увеличением страданий при незначительном изменении стратегической ситуации (повторяющаяся тема войны).

4. Трассирующие пули


Фотография предоставлена ​​военными патронами

В то время как в Великой войне было много бесполезной деятельности, бои ночью были особенно непродуктивными, потому что не было возможности увидеть, куда вы стреляете. Ночной бой был несколько облегчен благодаря изобретению британцами трассирующих пуль - снарядов, которые выделяли небольшое количество легковоспламеняющегося материала, оставляющего фосфоресцирующий след. Первая попытка, сделанная в 1915 году, на самом деле оказалась не столь полезной, поскольку трасса была «неустойчивой» и ограничивалась 100-метровой длиной, но вторая модель трассирующего снаряда была разработана в 1916 году.303 САУ Mark VIIG, дала ровный ярко-зелено-белый след и стала настоящим хитом (понятно?). Его популярность была отчасти обусловлена ​​неожиданным побочным эффектом: воспламеняющийся агент мог воспламенить водород, что делало его идеальным для «взрыва воздушных шаров» немецких цеппелинов, терроризировавших тогда Англию.

5. Прерыватель передач


Wikimedia Commons

Самолеты существовали всего десять лет, когда началась Первая мировая война, и, хотя у них был очевидный потенциал для боевого применения в качестве воздушной платформы для бомб и пулеметов, было не совсем понятно, как последний будет работать, поскольку лопасти пропеллера попали внутрь. способ.В первой попытке армия США в основном привязала пистолет к самолету (направленным в сторону земли) кожаным ремнем, и им управлял наводчик, сидевший рядом с пилотом. Это было не идеально для воздушного боя и неудобно, потому что для работы требовалось два летчика. Другое решение заключалось в установке пушки высоко над пилотом, чтобы пули попадали в лопасти винта, но это затрудняло прицеливание. После того, как швейцарский инженер Франц Шнайдер запатентовал свою идею прерывателя в 1913 году, законченная версия была представлена ​​голландским дизайнером Энтони Фоккером, чей «синхронизатор», расположенный на кулачке, прикрепленном к валу гребного винта, позволял пулемету стрелять между ними. лопасти вращающегося винта.Немцы приняли изобретение Фоккера в мае 1915 года, и вскоре союзники выпустили свои собственные версии. Позже Шнайдер подал в суд на Fokker за нарушение патентных прав.

6. Авиадиспетчерская служба

В первые дни полета, как только самолет оторвался от земли, пилот был практически изолирован от земного мира и не мог получать никакой информации, кроме очевидных сигналов с помощью флагов или фонарей. Ситуация изменилась благодаря усилиям армии США, которая установила первые рабочие радиостанции двусторонней связи на самолетах во время Великой войны (но до U.С. причастность). Разработка началась в 1915 году в Сан-Диего, и к 1916 году техники смогли послать радиотелеграф на расстояние в 140 миль; Радиотелеграфные сообщения также передавались между самолетами в полете. Наконец, в 1917 году впервые человеческий голос был передан по радио с самолета в полете оператору на земле.

7. Глубинные заряды


Wikimedia Commons

В ходе кампании немецких подводных лодок против судов союзников были потоплены миллионы тонн грузов и погибли десятки тысяч моряков и гражданских лиц, что вынудило союзников найти способ борьбы с угрозой подводных лодок.Решением стала глубинная бомба, подводная бомба, которую можно было сбросить с палубы корабля с помощью катапульты или парашюта. Глубинные бомбы должны были взорваться на определенной глубине с помощью гидростатического пистолета, который измерял давление воды, чтобы гарантировать, что глубинная бомба не повредит надводные корабли, включая корабль-носитель. После того, как эта идея была обрисована в 1913 году, первая практическая глубинная бомба, Тип D, была изготовлена ​​Торпедно-минной школой Королевского флота в январе 1916 года. Первой немецкой подводной лодкой, потопленной глубинной бомбой, была уничтоженная U-68. 22 марта 1916 г.

8. Гидрофоны

Конечно, это было большим подспорьем, если вы действительно могли определить местонахождение подводной лодки с помощью звуковых волн, для чего требовался микрофон, который мог бы работать под водой, или гидрофон. Первый гидрофон был изобретен в 1914 году Реджинальдом Фессенденом, канадским изобретателем, который фактически начал работать над этой идеей как способом определения местоположения айсбергов после катастрофы Титаника и ; однако он имел ограниченное применение, потому что он не мог определить направление подводного объекта, только расстояние.Гидрофон был усовершенствован французом Полем Ланжевеном и русским Константином Чиловски, которые изобрели ультразвуковой преобразователь, основанный на пьезоэлектричестве или электрическом заряде, удерживаемом в определенных минералах: тонкий слой кварца, удерживаемый между двумя металлическими пластинами, реагировал на крошечные изменения давления воды. в результате звуковых волн, позволяя пользователю определять расстояние и направление подводного объекта. Первой жертвой подводной лодки гидрофон стал в апреле 1916 года. Более поздняя версия, усовершенствованная американцами, могла обнаруживать подводные лодки на расстоянии до 25 миль.

9. Авианосцы


Wikimedia Commons

Впервые самолет был спущен на воду с движущегося корабля в мае 1912 года, когда командир Чарльз Рамни Самсон пилотировал понтонный биплан Short S.27 с аппарели на палубе HMS Hibernia в заливе Уэймут. Однако Hibernia не был настоящим авианосцем, поскольку самолеты не могли садиться на его палубу; они должны были сесть на воду, а затем их подняли, что значительно замедлило весь процесс.Первым настоящим авианосцем был HMS Furious , который начинал жизнь как линейный крейсер длиной 786 футов, оснащенный двумя массивными 18-дюймовыми орудиями, - пока британские военно-морские конструкторы не выяснили, что эти орудия настолько велики, что могут сотрясать корабль. на кусочки. В поисках другого применения для судна они построили длинную платформу, способную как запускать, так и садить самолеты. Чтобы освободить место для взлета и посадки, самолеты разместили в ангарах под взлетно-посадочной полосой, как и сейчас на современных авианосцах.Командир эскадрильи Эдвард Даннинг стал первым человеком, который посадил самолет на движущийся корабль, когда 2 августа 1917 года посадил Sopwith Pup на Furious .

10. Беспилотные дроны

Первый беспилотный дрон был разработан для ВМС США в 1916 и 1917 годах двумя изобретателями, Элмером Сперри и Питером Хьюиттом, которые первоначально разработали его как беспилотную воздушную бомбу - по сути, прототип крылатой ракеты. Самолет Hewitt-Sperry Automatic Aircraft с диаметром всего 18,5 футов и 12-сильным двигателем весил 175 фунтов и был стабилизирован и управляем («пилотируемый» слишком велик) с помощью гироскопов и барометра для определения высоты.Первый беспилотный полет в истории произошел на Лонг-Айленде 6 марта 1918 года. В конце концов, техника наведения - «укажи и лети» - оказалась слишком неточной, чтобы ее можно было использовать против кораблей во время войны. Дальнейшее развитие, попытка интегрировать дистанционное радиоуправление, продолжалось в течение нескольких лет после войны, пока флот не потерял интерес в 1925 году.

11. Мобильные рентгеновские аппараты

Когда миллионы солдат получили тяжелые, опасные для жизни ранения, во время Великой войны явно была огромная потребность в новом чудо-оружии медицинской диагностики - рентгене, но для этого требовались очень большие машины, которые были слишком громоздкими и слишком деликатно двигаться.Введите Мари Кюри, которая приступила к созданию мобильных рентгеновских станций для французских вооруженных сил сразу после начала войны; к октябрю 1914 года она установила рентгеновские аппараты в нескольких автомобилях и небольших грузовиках, которые объехали небольшие хирургические станции на фронте. К концу войны в эксплуатации находилось 18 таких «радиологических машин» или «Маленьких Кюри». Афро-американский изобретатель Фредерик Джонс разработал еще меньший портативный рентгеновский аппарат в 1919 году (Джонс также изобрел холодильные агрегаты, кондиционеры и самозапускающуюся бензиновую газонокосилку).

12. Санитарные салфетки

Женщины традиционно импровизировали все виды одноразового или моющегося нижнего белья, чтобы справиться со своим месячным периодом, вплоть до размягченного папируса в Древнем Египте. Но современные гигиенические салфетки, какими мы их знаем, стало возможным благодаря появлению нового целлюлозного перевязочного материала во время Первой мировой войны; Вскоре французские медсестры выяснили, что чистые абсорбирующие целлюлозные повязки намного превосходят любые предыдущие. Британские и американские медсестры переняли эту привычку, и корпоративная Америка не сильно отстала: в 1920 году Kimberly-Clark представила первую коммерческую гигиеническую прокладку Kotex (что означает «хлопок» + «текстура»).Но поначалу это было нелегко, поскольку никакие издания не публиковали рекламу такого продукта. Только в 1926 году Montgomery Ward преодолел барьер, представив салфетки Kotex в своем популярном каталоге.

.

заземлитель на карданном валу Архив

MEO Orals on Marine Electro Technology Function 5- Part 1

Что такое валогенератор?

  • Это генератор переменного тока, приводимый в движение главной силовой установкой через муфту и зубчатую передачу для производства электроэнергии.
  • Может использоваться при движении судна в море со скоростью моря.
  • Он должен обеспечивать нормальную морскую нагрузку.

Какие преимущества и недостатки валогенератора на кораблях?

Преимущества

  • Немного снизить общий расход топлива.
  • Сокращение часов работы вспомогательного генератора.
  • Пониженный шум в E / R.
  • Может произвести капитальный ремонт G / E в море.

Недостатки

  • Нельзя использовать на море.
  • Увеличение нагрузки на главный двигатель
  • Более сложный механизм.
  • Полный черный цвет на главном двигателе.

Что такое заземлитель на карданном валу?

  • Устройство заземления карданного вала.
  • Его функция заключается в заземлении статического электричества на корпус судна, вызванного вращением гребного винта.

Что такое лампа заземления? Как узнать, когда произошло замыкание на землю, и как его отследить?

  • Это набор ламп, показывающих наличие замыкания на землю в распределительной системе.
  • Каждая лампа подключается между одной фазой и общей нейтралью.
  • При замыкании на землю лампа будет тускло светиться или погаснет, потому что потенциал равен нулю.
  • Место повреждения можно определить, отключив отдельный автоматический выключатель ответвления и проверив состояние лампы заземления.
  • Когда ответвленная цепь с неисправностью отключена, лампа заземления вернется к нормальной яркости.

Объясните заземляющие лампы в 3-фазной 3-проводной системе переменного тока?

  • Каждая лампа подключается к вторичным соединениям каждого однофазного понижающего трансформатора, а первичные соединения являются общими для точки звезды, которая заземлена на конструкцию корабля.
  • Обычно 3 лампы заземления горят с одинаковой яркостью, если нет неисправности
  • Если фаза «R» - замыкание на землю, лампа «R» гаснет, а две другие лампы горят с повышенной яркостью.
  • Местоположение неисправности можно отследить, отключив ответвленную цепь по одному
  • При отключении ответвленной цепи с неисправностью темная лампа переходит в нормальное свечение, и все 3 лампы горят с одинаковой яркостью.

Зачем нужна лампа заземления?

  • Лампа заземления предназначена для подачи визуального сигнала при замыкании на землю в системе.

Что такое тест изоляции мегомметром?

  • Прибор, используемый для измерения высокого сопротивления в миллионах Ом. Применяется для измерения сопротивления изоляции кабелей, изоляции электропроводки электрооборудования.

Почему измеряется мегомметр?

  • Для проверки сопротивления изоляции
  • Для обнаружения пробоя изоляции

Напишите заметку о тестировании мегагара?

    Тестер
  • Megger [обычно набор на 500 В] используется для измерения высокого сопротивления, такого как сопротивление изоляции кабеля, электрического оборудования и проводки в мегаомах.
  • Испытательное напряжение создается либо внутренним генератором с ручным приводом, либо аккумулятором и электронным преобразователем напряжения.
  • Измерение сопротивления изоляции является одним из лучших показателей состояния электрического оборудования.
  • Сопротивление следует измерять между изолированными проводниками и землей, а также между проводниками.
  • Чтобы получить больше информации
.

Испытание гребного винта со складыванием и флюгированием

Какой гребной винт со складывающимся или флюгированием лучше всего подходит для вашей лодки? Эмрис Баррелл сравнивает 15 опор в тесте на скорость, тягу, сопротивление, скорость остановки и ходовой ход

Испытания винта на складывание и флюгирование

В чем разница между ковшом и неподвижным трехлопастным гребным винтом? Немного, если вы хотите замедлить ход лодки хотя бы на полузла во время плавания. Таков вывод нашего испытания фиксированного, складывающегося и флюгерного винта - самого подробного из когда-либо проводившихся, насколько нам известно.Неподвижный трехлопастный винт, заблокированный на передаче, оказывает такое же сопротивление, как если бы ведро подвешивалось на корме.

Так что же делать, если вы не хотите жертвовать драгоценной скоростью? Ответ: установите один из множества доступных на рынке складных или оперенных опор. Но какой и каковы недостатки?

Мы измерили силу, создаваемую каждым гребным винтом в диапазоне оборотов двигателя

Мы проверили все реквизиты, которые смогли достать (кроме Volvo, Radice и J-Prop, которые оказались слишком поздно для испытаний), измерили максимальную скорость под нагрузкой, тягу (тяговое усилие) вперед и назад, тормозной путь. и - впервые в мире - мы измерили боковую силу (перекос), возникающую при включении двигателя задним ходом.

Мы также измерили шаг пропуска при движении за кормой. Это намного сильнее, чем вы думаете

Именно этот жизненно важный, нежелательный компонент заставляет вас качаться в сторону, когда вы пытаетесь внезапно остановиться или отступить в гавани. Затем мы отбуксировали три типичных опоры за испытательной лодкой, чтобы измерить их сопротивление и сравнить его с общим сопротивлением яхты под парусом.

Сопротивление пропеллера было проблемой для парусных судов с момента изобретения гребного винта. Ранние испытания проводились на английских военных кораблях с использованием шарнирных валов, которые во время плавания можно было поднимать в ствол корпуса.В 1890-х годах датские лоцманские катера использовали аналогичные подъемные валы.

На протяжении многих лет длинные кили снижали сопротивление двухлопастных винтов на яхтах, но появление киля с плавными опорами и открытых валов снова вернуло эту проблему, а добавление более мощных двигателей сделало трехлопастные винты необходимостью. Необходимость точного маневрирования в плотно загруженных маринах и переполненных гаванях убедила даже владельцев многих длиннокилевых яхт использовать трехлопастные опоры.

1970-е: первые складные стойки

Большинство крейсерских шкиперов просто игнорировали нежелательное сопротивление и потерю скорости, но в гоночных кругах это становилось все более значительным.Это привело к разработке в 1960-х и 70-х годах гребных винтов, лопасти которых загибались назад во время плавания, что заметно уменьшало лобовое сопротивление. Лопасти вылетали под действием центробежной силы при включении двигателя вперед или назад. Самые ранние складные опоры имели лопасти, которые двигались независимо, но это могло привести к опусканию нижнего лопасти во время плавания, поэтому корни лопастей были связаны зубьями с зубчатой ​​передачей, гарантируя, что они открываются и закрываются вместе.

В то же время был разработан альтернативный подход: винт с оперением.Здесь лопасти устанавливались перпендикулярно к выступу, как у обычной стойки, но на поворотных ступицах. Во время движения лопасти качаются вперед или назад под углом, но под парусом они «опускаются», поворачиваясь параллельно выступу.

Одним из огромных преимуществ опорных стоек является то, что они подходят для многих яхт с плавниковым скегом и длиннокилевым рулем, у которых есть небольшое отверстие для пропеллера в руле, куда не подходит складной винт.

В самых ранних стойках с оперением лопасти остаются в той же ориентации по отношению к выступу впереди или сзади, как и у обычной стойки с фиксированными лопастями.В корме крыло движется назад, давая меньше тяги, чем впереди. Некоторые новые оперения имеют лопасти, которые поворачиваются вправо, поэтому передняя кромка переднего края видна воде впереди или сзади.

Уменьшить сопротивление стойки на 90-95%

Под парусом сопротивление складных и оперенных опор ничтожно по сравнению со стандартным фиксированным лопастем. Оперение опоры создает около 5-10% сопротивления фиксированной опоры, иногда меньше, в то время как складывающиеся опоры имеют почти нулевое сопротивление. Это дает значительный выигрыш в скорости плавания, от половины до одного узла, с наибольшей процентной экономией на низких скоростях.

Неизбежно есть недостатки. Во-первых, это расходы: складывающаяся или опрокидывающаяся стойка стоит от двух до шести раз больше, чем фиксированный эквивалент. Вторая проблема связана с усложнением: зубчатые и складные механизмы подвержены износу и коррозии в соленой и песчаной среде, что приводит к снижению производительности и даже потере лопастей в экстремальных условиях.

Третья проблема - производительность под напряжением. Ранние складывающиеся и опрокидывающиеся стойки создавали меньшую тягу, чем эквивалентная фиксированная стойка, особенно на корме, с ужасными последствиями, если лопасти не раскрываются, когда вам нужно сделать аварийную остановку.

Теперь производители заявляют, что решили все вопросы, кроме стоимости. Они заявляют, что последнее поколение их продуктов дает такие же или даже лучшие характеристики под управлением мощности и значительно увеличивает скорость под парусом. Мы проверили их претензии в два холодных февральских дня. К нашим складным и сглаживающим винтам мы добавили фиксированный трехлопастный винт в качестве эталона и стойку Axiom, радикально новую разработку фиксированных гребных винтов, просто для того, чтобы сравнить его.

Факты о реквизитах

Шаг, диаметр, количество лопастей и рукоятка - все это определяет характеристики гребного винта.

Чтобы помочь вам разобраться в нашем тесте, мы кратко рассмотрим теорию и числа винтов.Четыре основных числа, которые вы увидите для описания любой стойки, - это диаметр, шаг, количество лопастей и вращение.

Диаметр в два раза больше расстояния от центра выступа до конца лезвия. Как правило, чем мощнее ваш двигатель, тем больший диаметр вам понадобится.

Шаг - это мера того, как далеко продвинется гребной винт за один оборот и, следовательно, насколько быстро он будет толкать вашу лодку по воде при заданных оборотах двигателя (оборотов в минуту).Чтобы понять смолу, представьте, что врезаете шуруп в деревянный брусок. Угол наклона спиральной резьбы определяет, насколько далеко она заходит для каждого поворота. Точно так же лопасти стойки устанавливаются под углом к ​​выступу. Чем больше угол, тем больше шаг. Однако это только теоретический шаг. На практике, поскольку вода не твердая, опора будет немного скользить и не продвинется так далеко. Величина проскальзывания составляет около 30% для рассматриваемых опор и скоростей.

Диаметр и шаг до сих пор во всем мире измеряются в дюймах - историческая причуда, которая порадовала бы Генриха VIII и заставила Наполеона перевернуться в могиле.Но шаг также можно измерить в градусах, что особенно актуально для опорных стоек, угол лопастей которых можно изменять.

Число лопастей может варьироваться от двух, трех, четырех или даже пяти в некоторых высокоскоростных кораблях. На практике большее количество лезвий потребует большей мощности для данного диаметра. В течение многих лет на парусных лодках использовались двухлопастные винты, так как они давали наименьшее сопротивление в лодке с килем во всю длину и отверстием для винта при условии, что он мог быть заблокирован в вертикальном положении.Сегодня у большинства фиксированных стоек есть три лопасти. У складных или оперенных опор есть либо два для дешевизны, либо три для большей мощности.

Стрелка гребного винта - это направление вращения вперед, если вы смотрите сзади. Правая стойка - это тот, который поворачивается вперед по часовой стрелке.

Коэффициент площади лезвия (BAR), иногда называемый отношением площади диска, (DAR) - это площадь лезвия в процентах от площади круга того же диаметра, что и опора.Стойка с большим BAR потребляет больше мощности, но имеет большее сопротивление. Фигуры на реквизит парусных лодок составляют около 60%.

Между прочим, объяснение, что пропеллер движется вперед только потому, что его лопасти наклонены вперед, - удобный способ представить, что происходит, но не совсем верный. Лопасти стандартного винта на самом деле имеют сечение крыла, как крыло самолета, и перемещают лодку вперед, потому что, вращаясь, они развивают подъемную силу. Этот подъем вызван уменьшением давления на заднюю часть лезвия («спина» сбивает с толку переднюю поверхность лезвия).Чем быстрее они идут, тем сильнее снижается давление. Как только достигается определенная точка, снижение давления вызывает испарение воды рядом с лезвием и образование пузырьков. Это называется кавитацией и ограничивает мощность, с которой может справиться данная область лезвия. Кроме того, когда пузырьки схлопываются, они разрушают металл опоры, что приводит к появлению ямок на поверхности задней части лезвия.

Тест

Нашим испытательным катером был Beneteau Oceanis 323 с фиксированным трехлопастным винтом на валу

Мы использовали Bénéteau Oceanis 323, любезно предоставленный нам компанией Sailtime в Лимингтоне.У нее типичная форма киля с плавником, но нетипично у нее есть встроенный скег, несущий вал, а не P-образный кронштейн или парусный привод большинства других современных яхт. Скег защищает вал и опору от подводных повреждений, но недостатком является повышенная вибрация, когда лопасти опоры проходят через возмущенный поток воды за скегом. Эта проблема решается при нормальном использовании путем установки в стандартную комплектацию трехлопастного винта, а не двух, но в остальном не изменяет движущий элемент нашего теста ни для двух-, ни для трехлопастных единиц.

Двигатель был Yanmar YM20, выдававший 21 л.с. при максимальных 3600 об / мин. Передаточное число коробки передач составляет 2,6: 1 впереди, но несколько сбивает с толку более высокое передаточное число 3: 1 в обратном направлении. Это очень распространенная комбинация двигатель / коробка передач, так что это не лишний раз. Yanmar говорит, что он дает лучшую тягу на корме, но на практике это означало, что складные стойки были вынуждены использовать компромиссный шаг. Некоторые опорные стойки могли изменять угол наклона кормы.

Мы измерили силу, создаваемую двигателем при движении сзади

Мы измерили тягу, или «тяговое усилие» впереди и сзади, во всем диапазоне оборотов, используя датчик веса, позаимствованный у Diverse Yachts, с дистанционным считыванием.

Затем мы измерили боковую тягу на полной мощности за кормой. Это позволило нам предсказать винт, создаваемый при выходе за корму. Чтобы поместить эту цифру в контекст, тяга, создаваемая худшим винтом в нашем тесте, такая же, как у подвесного двигателя мощностью 3 л.с., установленного на транце, при движении под прямым углом на полном газе. Неудивительно, что так много яхт отклоняются в сторону!

На воде замеряли скорость в диапазоне оборотов до максимума. Затем мы остановились на скорости 6 узлов. Мы записали время, которое потребовалось для остановки лодки на полном газу с момента включения задней передачи.

Чтобы представить это время в контексте, расстояние, на которое лодка должна пройти до остановки, составило бы 12 м (39 футов) с лучшим испытанным винтом и 17,4 м (57 футов) с худшим.

Чтобы измерить лобовое сопротивление всех 18 гребных винтов с достаточной точностью, чтобы сравнить их друг с другом с учетом различных форм корпуса яхты, нам пришлось бы построить сложную испытательную установку, нанять группу ученых и провести несколько дней в исследовательской лаборатории. с очень большим буксирным баком. Наша цель заключалась в том, чтобы просто продемонстрировать разницу в сопротивлении, вызванном разными типами гребных винтов.

На этом испытательном стенде проверили лобовое сопротивление трех типов гребных винтов.

Мы установили неподвижную опору, затем складную, а затем оперение на опору подвесного мотора, установленную на транце легкого 14-футового ялика. Затем мы буксировали лодку на скорости до 7 узлов и измерили разницу в сопротивлении. Мы не утверждаем, что это дало нам последнюю степень точности, но этого было достаточно для сравнения с опубликованными данными о сопротивлении. Затем мы сравнили это сопротивление с сопротивлением только корпуса Océanis 323 - типичной 10-метровой круизной яхты.

Серьезный вопрос, мистер Ньютон

Для простоты мы представили наши значения сопротивления и тяги в килограммах (кг). Строго говоря, тяга - это сила, и ее следует измерять в Ньютонах - 1 кг умножают на ускорение свободного падения, чтобы получить цифру 9,81 Н. На другой планете, с другой гравитацией, наши подразделения будут ошибаться, но пока мы не узнаем, что они проводят регаты на каналах Марса, мы оставим наши доводы.

Результаты

Трехлопастный Featherstream

Трехлопастный Featherstream

Сделано в Англии на момент написания (2009 г.), это трехлопастный флюгерный блок с бронзовым выступом и лезвиями из нержавеющей стали.Шаг лопастей можно регулировать снаружи, и он может быть разным для носа и кормы. Лопасти поворачиваются на 180 °, чтобы получить одинаковую переднюю кромку вперед и назад. В результате он показал хорошие результаты на корме: второе место по тяговому усилию и третье место по тормозному пути. Однако иногда он не открывался сзади, и вам приходилось учиться сильно нажимать на дроссель, чтобы заставить его открыться.

Max Prop трехлопастной

Max Prop трехлопастной

Спроектированный Массимилиано Бьянки в 1976 году, Max Prop был одним из первых реквизитов нового поколения.Бобышка и лопасти сделаны из бронзы, и шаг может быть установлен при сборке или на заводе, если вы хотите другой шаг за кормой. Лопасти поворачиваются на 180 °, чтобы получить одинаковую переднюю кромку вперед и назад. Он давал лучший толчок за кормой и находился в середине рюкзака на тормозном пути. Он ни разу не пропустил ни секунды, заходя за корму.

Двухлопастная стойка Max

Двухлопастная стойка Max

Версия с двумя лопастями Max prop. Как и ожидалось, на нашей тестовой лодке возникла некоторая вибрация, но этого не произойдет на яхте с P-образным кронштейном или парусным приводом.Средние характеристики для задней тяги и тормозного пути.

Kiwi Prop трехлопастной

Kiwi Prop трехлопастной

Разработанный в Новой Зеландии в 2000 году, он доступен только в трехлопастном исполнении. Втулка изготовлена ​​из нержавеющей стали, а лезвия - из армированного стекловолокном пластика Zytel. Каждая лопасть имеет две разные секции крыла, когда вы уходите от босса. У него нет внутренних шестерен, поэтому каждое лезвие вращается независимо в зависимости от потока воды по нему. Лезвия не вращаются полностью в обратном направлении, поэтому задняя кромка становится передней кромкой.Он был одним из самых простых в установке - достаточно надеть его и затянуть гайку. Средний диапазон для задней тяги и тормозного пути, но самая низкая максимальная скорость. Он также легко входил в корму.

Автопроп

Автопроп Брантона

Autoprop Брантона ознаменовал совершенно другой подход к оперению опор, когда он был выпущен в 1987 году. Три лопасти соединены вместе, переходя от полностью оперенного во время плавания или в нейтральном положении до полностью скрученного под действием мощности.Разница в том, что когда вы включаете передачу, величина их вращения зависит от частоты вращения двигателя и нагрузки. Таким образом, шаг вперед или назад изменяется в зависимости от оборотов двигателя, что, по утверждению Брантона, улучшает характеристики и экономию топлива с уменьшением оборотов в минуту для данной крейсерской скорости. Мы можем подтвердить последнее: наши тесты показывают, что Autoprop достиг 6 узлов при 2100 об / мин, по сравнению с 2500 об / мин для нашего стандартного винта и большинства других тестируемых винтов. Однако предыдущие тесты сопротивления показали, что это достигается за счет немного большего сопротивления, чем у других опорных стоек, но все же на 80% меньше, чем у фиксированной стойки.Тяговое усилие на болларде было низким, но скорость все равно была близка к максимальной при среднем тормозном пути.

Трехлопастный Autostream

Трехлопастной Autostream

Из Австралии поступает трехлопастный оперение Autostream, производимое уже 20 лет. Конструкция полностью выполнена из нержавеющей стали, лопасти поворачиваются на 180 °, чтобы обеспечить одинаковую переднюю кромку сзади и спереди. Отдельный шаг вперед и назад может регулироваться владельцем без демонтажа стойки.Он был спроектирован так, чтобы оставаться в оперении на скорости до 25 узлов, чему способствовала дополнительная площадь лопастей на корме, что делает его пригодным для быстрых многокорпусных судов. Во время испытаний он показал самое быстрое время остановки из всех складывающихся или флюгерных узлов, а также значительно меньшую боковую тягу, чем остальные, при сохранении хорошей скорости движения вперед.

Варипрофайл трехлопастный

Варипрофайл трехлопастный

Стойка с трехлопастным оперением, произведена в Германии. Лопасти поворачиваются на 180 °, чтобы обеспечить одинаковую переднюю кромку на корме, а шаг вперед и назад можно настроить по-разному.Обычно это устанавливается заказчиком заранее, но может быть изменено на месте. Лопасти и втулка бронзовые, с нержавеющими штифтами и анодом за гайкой. Тяга вперед была небольшая, но тормозной путь был хорошим.

Трехлопастная система Flexofold

Flexofold с тремя лезвиями

Произведенный в Дании на момент написания (2009 г.), Flexofold представляет собой полностью бронзовое складывающееся устройство со штырями из нержавеющей стали и анодом, искусно заключенным между лезвиями. На испытаниях он показал одинаковую максимальную тягу вперед среди всех стоек и максимальную скорость.У него также был один из самых низких боковых упоров. Ходовые качества на корме были лучшими из складных опор. На крейсерской скорости 6 узлов двигатель вращался со скоростью 2300 об / мин по сравнению с 2500 об / мин нашего стандартного фиксированного винта и большинства других тестируемых винтов.

Flexofold с двумя лезвиями

Flexofold с двумя лезвиями

Версия Flexofold с двумя лопастями, ее характеристики были лишь немного ниже, чем у трехлопастной, и фактически лучше для тяги кормой. Опять же, у него была некоторая вибрация из-за скега.Также доступна гоночная двухлопастная версия.

Гори трехлопастный

Гори трехлопастный

Еще одна из самых ранних складных конструкций, Gori, производится в Дании с 1975 года в двух- и трехлопастной версиях, но компания рекомендовала для этой лодки только трехлопастную. Они также делают гоночную версию с двумя лопастями с уменьшенным сопротивлением. Лопасти имеют трехходовую зубчатую передачу для открытия и закрытия. Бобышка и лезвия из бронзы, штифты из нержавеющей стали.Особенностью является его функция повышающей передачи, которая устанавливает более грубый шаг лопастей, если вы постепенно открываете дроссель, когда лодка идет вперед, что позволяет вам путешествовать или двигаться с моторным парусом на более низких оборотах для большего комфорта. Характеристики впереди и сзади были ближе к концу нашего списка, с самым длинным тормозным расстоянием, но винт был третьим лучшим.

Трехлопастная система Slipstream

Трехлопастный Slipstream

Складная стойка Slipstream выпускается той же австралийской компанией, что и Autostream.Опять же, выступ и лезвия изготовлены из нержавеющей стали, что обеспечивает большую прочность, позволяет лезвия с более тонким сечением и устраняет необходимость в аноде. Подшипники представляют собой бронзовые втулки, а зубчатые колеса скошены, с двумя рядами в каждом, что, как утверждается, лучше поглощает любые ракушки, которые могут на них расти. Боковые упорные шайбы из полиэтилена дополнительно улучшают открывание. На тестах он работал в середине складывающегося винта, хотя и на комфортных низких крейсерских оборотах 2250 об / мин при 6 узлах.

Двухлопастная система Slipstream

Slipstream с двумя лезвиями

Конструкция аналогична версии с тремя лопастями, хотя и с несколько худшими характеристиками кормы, но все же развивает скорость 6 узлов на низких крейсерских оборотах 2350.

Двухлопастной Varifold

Двухлопастной Varifold

Сделано в Великобритании, он находится где-то посередине между гоночным и круизным винтом, с лопастями плотно закрывающимися для снижения лобового сопротивления, но все же имеющей форму, достаточную для хороших ходовых качеств. Из-за его плотной посадки вам нужно дать двигателю импульс дроссельной заслонки, чтобы лопасти открылись изначально. Он имеет бронзовую втулку и лезвия, а штифты из нержавеющей стали. Он давал такую ​​же самую высокую максимальную скорость, но был почти на самом низу по сравнению с кормой.

Axiom трехлопастной

Axiom фиксированный трехлопастный

Аксиома - шутник в нашей колоде. Это не складной гребной винт, но он имеет революционный профиль и сечение лопастей, если вы извините за каламбур, и никогда раньше не тестировался на яхте, поэтому нам просто пришлось испытать его, чтобы посмотреть, как он сравнивается. . Как видно на фотографии, профиль лопасти прямоугольный, а сечение лопасти почти S-образное, симметричное вперед и назад, без перекоса.Его конструкторы утверждают, что он обеспечивает большую тягу и тормозную способность вместе с более низким умыванием. Так как он встал? Что ж, диаграммы показывают историю: время остановки почти на секунду лучше, чем у любой другой модели, а его боковая тяга снова самая низкая на сегодняшний день. Однако это произошло за счет более низкой максимальной скорости, что говорит о необходимости дополнительных настроек, но это все еще одно, на что стоит обратить внимание.

Кривые сопротивления

Скорость перетаскивания

На графике выше вы можете видеть, что на скорости 5 узлов фиксированный трехлопастной винт с заблокированным валом создает почти вдвое меньшее сопротивление, чем весь корпус.Сопротивление можно уменьшить вдвое, позволив винту вращаться, но коробка передач может пострадать. Напротив, сопротивление оперения опоры незначительно, а сопротивление складывающейся опоры слишком мало, чтобы отобразить его на графике в таком масштабе.

Кривая сопротивления корпуса Océanis 323 была рассчитана для YM подразделением Wolfson в Университете Саутгемптона с использованием данных из серии систематических исследований Делфтского университета. Кривые сопротивления гребного винта основаны на данных SSPA Maritime Consulting с использованием S-приводов Volvo.Эти данные были подтверждены тестом YM на сопротивление воде.

Propwalk

Propwalk

Все, кроме трех, гребные винты на испытаниях производили меньше шага пропеллера, чем стандартный фиксированный винт. Фиксированная Axiom и Autostream с оперением показали себя лучше всех, но почти все складные винты показали себя лучше, чем остальные винты с оперением.

Максимальная скорость

Максимальная скорость

Разница между самыми лучшими и худшими реквизитами составляла более половины узла.Четыре складывающихся гребных винта и один винт с оперением доказали, что они обладают лучшими характеристиками, чем стандартный фиксированный винт, но девять из них оказались немного ниже.

Интересно, что одними из лучших исполнителей были двухлопастные винты, которые, как считается, работают хуже, чем трехлопастные.

Боллард тяга вперед

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *