Типы карданов и их конструктивное решение в аксиально-поршневых гидромашинах

Передача вращательного движения (кинематическая связь) и крутящего момента (силовая связь) от входного вала к соответствующим элементам аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком цилиндров, или от соответствующих элементов такого же гидромотора к его выходному валу, большинством конструктивных решений обеспечивается одинарным или двойным карданами.

Одинарный кардан (рис. 6.6, а, рис. 6.7) выполняет одновременно функции кинематической и силовой связи, двойной кардан (рис. 6.6, бы, рис. 6.4, а) осуществляет кинематическую связь. Поэтому одинарный кардан называют силовым, а двойной – несиловым.

Рис. 6.6. Кинематические схемы карданных механизмов

Как одинарный силовой, так и двойной несиловой карданы обеспечивают передачу вращательного движения между несоосными валами, то есть такими, оси которых пересекаются под определенным углом . Одинарный кардан содержит один шарнир с двумя степенями свободы, а двойной кардан имеет два таких шарниры. Углы наклона между входным и промежуточным звеньями , и между промежуточным и выходным звеньями формируют значение общего угла наклона между ведущим и ведомым валами двойного кардана.

Очевидно из кинематической схемы одинарного кардану (рис. 6.6, а), что при соосном размещении ведущего 1 и ведомого 2 валов ( ), значение углов поворота и угловые скорости этих валов будут равняться друг другу, то есть и . При взаимно перпендикулярном размещении ведущего 1 и ведомого 2 валов ( ) вращательное движение к последнему передаваться не будет, то есть одинарный кардан становится неработоспособным. При промежуточных значениях угла пересечения валов ( ) возникает искажение угла поворота и угловой скорости ведомого вала 2 относительно аналогичных кинематических параметров ведущего вала 1 (позиционная асинхронная углов поворота ведущего и ведомого валов и колебания угловой скорости ведомого вала).

Использование одинарного силового кардана в аксиально-поршневых гидромашинах с наклонным блоком цилиндров сопровождается нагрузкой силовым крутящим моментом как ведущего, так и ведомого звеньев механизма. Так, в аксиально-поршневом насосе с одинарным силовым карданом вращательное движение входного вала 1 через грибковые шпонки 7 передается блоку цилиндров 5, и через кардан 10 – приводному диску 9, в шайбе 2 которого шарнирно закреплены шатуны 3 поршней 4 (рис. 6.7). Вал 1 (и соответственно – блок цилиндров 5) и диск 9 вращаются в этой гидромашине вокруг разных осей, наклоненных одна относительно другой на угол, который обусловливает их асинхронность. Распределение жидкости в насосе выполняется с помощью плоского золотника (торцевого распределителя) 6, первичный прижим к которому блока цилиндров 5 обеспечивается пружиной 8.

Возвратно-поступательное движение поршней 4 при вращении входного вала 1 имеет место при значении угла за счет шарнирной связи шатунов 3 поршней 4 с шайбой 2 приводного диска 9.

Рис. 6.7. Аксиально-поршневой насос с одинарным силовым карданом

В рассмотренной конструкции насоса основная часть прилагаемого к валу 1 крутящего момента затрачивается на поворот диска 9 через одинарный кардан 10, из-за чего его называют силовым карданом. Для преодоления потерь на трение и инерционных потерь, которые возникают при вращении блока цилиндров 5, затрачивается незначительная часть приводного крутящего момента. Исходя из приведенного распределения силовых нагрузок прочность и конструкция кардана 10 должны быть рассчитаны на передачу всего приводного крутящего момента.

Для устранения характерной для одинарного кардана позиционной асинхронной и колебания угловой скорости ведомого вала и разгрузки карданного механизма от силовых крутящих моментов в аксиально-поршневых гидромашинах с наклонным блоком цилиндров применяются двойные несиловые карданы.

В гидромашине с двойным несиловым карданом (рис. 6.8) искажения угла поворота и угловой скорости в одном шарнире практически полностью компенсируется таким же искажением, но с противоположным знаком, во втором шарнире, обеспечивая сохранение почти одинаковых значений кинематических параметров между входом и выходом механизма при соблюдении равенства углов наклона между его звеньями и выполнении известных необходимых конструктивных требований [23].

Рис. 6.8. Аксиально-поршневая гидромашина с двойным несиловым карданом

Через двойной кардан 4 (рис. 6.8) в аксиально-поршневых гидромашинах передается лишь момент, необходимый для преодоления сил трения и сил инерции блока цилиндров 1 при его вращательном движении. Силовой крутящий момент создается в этих машинах на приводном диске 5, выполненном как одно целое с приводным валом 6, в результате действия сил давления жидкости на поршни 2 и передачи их на диск 5 через штоки 3. Такая силовая связь механизмов гидромашины разгружает кардан от действия основной части крутящего момента, что и обусловливает его название - двойной несиловой кардан.