Необычные карданные валы

Карданные валы находят своё применение в самых разных отраслях машиностроения. Помогая передавать крутящий момент от работающего двигателя с минимальными потерями, карданы помогают реализовывать специфический функционал самых разных транспортных средств.

Кардан для лимузинов

Средняя длина лимузинов может составлять 9-11 метров. Огромные размеры машины подразумевают наличие особого кардана, максимально длинного и прочного. Чтобы обеспечить правильную работу трансмиссии этого автомобиля, многосекционный вал должен быть грамотно сконструирован и должным образом усилен.

Особенностью конструкций подобных карданов является наличие в них промежуточного вала. На его передний конец крепится скользящая втулка. Производится эта манипуляция посредством шарнира. Задний конец промежуточного вала надёжно фиксируется на наружных шлицах хвостовика. Благодаря многовальному карданному валу удаётся обеспечить максимально тихую работу трансмиссии автомобиля, исключить даже минимальные биения самого узла.

Особенности карданных валов для специальной техники

Карданы, предназначенные для специализированной техники, отличаются от стандартных трансмиссионных узлов следующими параметрами:

• увеличенная длина конструкции;
• небольшой вес, но при этом достаточный угол изгиба;
• небольшой диаметр вращения;
• равномерное размещение нагрузки по оси;
• повышенная стойкость к сильным динамическим перегрузкам.

На спецтехнике, в том числе и на сельскохозяйственных машинах, обычно устанавливают два вида карданных валов, защищённых специальной предохранительной муфтой. Основной кардан привычно передаёт энергию вращения двигателя колёсам, раскручивая их. Вспомогательный вал за счёт всё того же крутящего момента помогает приводить в движение весь имеющийся на машине «обвес»: шнеки, насосы, лебёдки и т.д. На том участке узла, где вспомогательный кардан соединяется с различными опциональными механизмами, применяется скользящее шлицевое соединение. За счёт него удаётся достигнуть дополнительной осевой компенсации. Количество вспомогательных валов прямо пропорционально степени функциональности конкретного транспортного средства.

Привод специальной техники, вес которой принято измерять в многих тоннах, часто работает от электродвигателя или же гидромеханического трансформатора. Обеспечивать своевременную подпитку последних энергией от основного двигателя также призван вспомогательный карданный вал.

Профильные трубы карданной передачи, имеющие подчас очень замысловатую форму (звёздчатую, треугольную, лимонообразную), имеют бОльший предел прочности, нежели обычные круглые трубы. Наличие дополнительных рёбер жёсткости позволяет им без труда выдерживать повышенные нагрузки крутящего момента в достаточно сложных условиях эксплуатации.

Карданы, используемые на спецтехнике, ломаются чаще обычных. Казалось бы, это нелогично, ведь такие транспортные средства являются по своей природе тихоходными. Однако, при равномерном медленном движении им приходится испытывать значительно большие тяговые нагрузки. Спецмашины чаще других транспортных средств маневрируют в процессе работы, что также заметно сокращает срок их службы. Повышенное истирающее воздействие испытывает даже рулевой карданчик, что уж говорить об основном трансмиссионном узле техники.

Карданные валы для вертолётов. Специфика работы

В трансмиссии вертолёта выделяют промежуточный и хвостовой редуктор, карданные валы и систему торможения. Хвостовой кардан обеспечивает максимально эффективную передачу крутящего момента от работающего двигателя (через редукторы) к несущему и рулевому винтам. Вал привода винта передаёт крутящий момент от главного редуктора к лопастям. Конструкция соединяется с редуктором через фланец привода, а с лопастями – посредством шлицевого наконечника.

При разработке конструкции вертолёта важно правильно рассчитать необходимое расстояние между теми или иными участками карданов, а также между опорами, на которые валы непосредственно крепятся. В противном случае не избежать разрушительного резонанса изгибных колебаний кардана. Минимизировать воздействие упругих деформаций корпуса концевой и хвостовой балок на работу трансмиссии вертолёта помогает использование в конструкции карданов эластичных муфт и скользящих шлицевых соединений. Дополнительными функциями эластичных муфт являются эффективное гашение крутильных колебаний валов, а также получение необходимых собственных частот крутильных колебаний агрегата. За счёт последних удаётся минимизировать резонанс колебаний всей системы трансмиссии летательного аппарата.

Обнаруживаются принципиальные конструктивные различия карданов, установленных на двухвинтовых вертолётах. Если в машине несущие винты не перекрываются, логично установить в трансмиссионном узле разъёмные синхронные валы. Между собой они будут соединены муфтой сцепления. Последняя послужит гарантом раздельного вращения винтов. В ситуации, когда оба несущих винта вертолёта имеют непосредственное перекрытие, синхронный карданный вал из соображения безопасности устанавливается один, неразъёмный.

Велосипедные карданы

В трансмиссии велосипеда, как ни странно, также может быть использован карданный вал. Представляя собой механизм без гнущихся частей, в конструкции он заменяет цепь и «звёздочки». Жёсткая система, полностью выполненная из металла, позволяет легко передавать энергию кручения педалей на заднее колесо велосипеда. Этим карданный вал полностью реализует роль привычного нам цепного привода.

Плюсами использования жёсткого кардана в велосипеде считается:

• обеспечение более плавного движения механизма, без рывков и колебаний;
• отсутствие необходимости постоянно отслеживать состояние цепного механизма;
• отсутствие необходимости приобретать навык грамотно, а главное – вовремя переключать передачи.

Весомым минусом применения вала признаётся невозможность в принципе переключать скорость. Дополнительным неудобством, мешающим полноценно наладить массовое производство велосипедов с карданами, является сложность самого процесса создания таких инновационных транспортных средств.

Карданы на танках

Танк, как и любое другое транспортное средство, имеет двигатель. Чтобы передавать энергию его вращения силовой передаче необходим карданный вал. И что примечательно, от расположения именно этого узла трансмиссии в конструкции боевых машин во многом зависят функциональные характеристики последних. Часто именно отличия в функционале во многом определяли исход многих сражений в прошлом.

Подтвердить эту мысль можно сравнением конструктивных особенностей немецких и советских танков времён Второй Мировой войны. В немецких танках двигатель располагался в задней, кормовой части машины в то время, как силовая передача была установлена спереди. Соединяющий их карданный вал вполне логично разместили внутри корпуса танка. Накрытый кожухом, он не занимал много места и был дополнительно защищён. Впрочем, это ничем не отличается от расположения и принципа установки вала в легковом автомобиле. Вот только размещение кардана внутри авто никак не влияет на высоту его корпуса. А в случае с танком всё происходило с точностью до наоборот. Над карданом, закрытым кожухом, было технически необходимо разместить ещё одну важную плоскость – пол вращающейся боевой башни. Это вынуждало конструкторов увеличивать высоту корпуса танка примерно на 50 сантиметров. «Подросшая» боевая единица становилась более заметной, а значит, и более уязвимой в бою. Кроме того, изменение габаритов танка заметно увеличивало его вес. Использование в производстве мощной стальной брони приводило к тому, что ненужная машине прибавка в весе иногда достигала нескольких тонн. Чтобы эффективно передвигать такую тяжёлую конструкцию требовался более мощный двигатель. Более мощный, а значит, и более массивный. Снова ненужное утяжеление машины. Более мощному движку требовалась более мощная, тяжёлая и объёмная силовая передача. Добавляло негатива и то, что мощный двигатель требовал для своей работы бОльшие объёмы топлива. Увеличение веса танка шло по некой возрастающей спирали. Оно влияло на функционал машины – танки становились более медленными, броню приходилось использовать более лёгкую, а значит и более слабую.

Особенностью отечественных танков времён Второй Мировой войны являлось наличие у них переднего привода. Нахождение двигателя и передачи в одном месте позволяло конструкторам просто вынести кардан из корпуса танка. Таким образом пол башни устанавливался непосредственно на днище машины, а значит, заметно менялся и силуэт танка. В мало выделяющуюся боевую единицу было меньше шансов попасть снарядом, особенно на дальних дистанциях. Миниатюрные габариты танка давали возможность использовать в производстве меньший объём брони. Это заметно снижало вес машины. Более лёгкую конструкцию мог перемещать двигатель меньшего объёма. Да и для работы данного двигателя требовалось меньше топлива. За счёт переднего привода, ко всему прочему, удавалось держать всю верхнюю нерабочую часть гусеничной ленты в натянутом положении. Благодаря этому заметно снижались вертикальные её колебания, а значит, получалось минимизировать производимый машиной шум, делая её ещё более незаметной для противника, а также замедлять износ всей конструкции. Все перечисленные факторы давали неоспоримое техническое преимущество советским танкам перед боевыми машинами противников.

Но время не стоит на месте. Современные танки в техническом плане ушли далеко вперёд своих боевых предшественников. Предлагаем читателям «в теме» поделиться своими знаниями про использование карданной передачи в современной военной технике.

Выводы

Карданные валы могут использоваться в самых разных транспортных средствах. В зависимости от специфики каждой конкретной «машины» узел трансмиссии будет наделён определёнными конструктивными особенностями. Тщательной проработкой каждой из них занимаются опытнейшие инженеры-конструкторы, ведь даже малейшая ошибка в расчётах может не только заметно снизить функционал транспорта, но и полностью вывести его из строя.