Вибрация карданного вала

Вибрация карданного вала может возникнуть по многим причинам:

1. Вал раздаточной коробки и вал редуктора моста взаимно непараллельны

Валы раздаточной коробки и редуктора моста должны быть взаимно параллельны (при соединении по типу 1). В противном случае их скорости будут различными, т.е возникнут мгновенные колебания угловой скорости и, следовательно, повышенные пики крутящего момента.

Допустим, что разница между углами и составляет = 1 градус, а частота вращения выходного вала раздаточной коробки постоянна и составляет 2000 об/мин. При этом частота вращения главной передачи за один оборот будет по два раза принимать минимальное и максимальное значение. То есть возникнет неравномерность вращения, то есть перерузка всех элементов карданного вала.

Эта неравномерность, то есть колебание частоты  вращения выражается формулой:

,

где:
n₁ - частота вращения вала раздаточной коробки, об/мин;
n₂ - частота вращения вала редуктора моста, об/мин.

Таблицу значений можно посмотреть здесь.

Коэффициент неравномерности будет равен:

Первый способ решения проблемы. Повернуть редуктор заднего моста, установив угловые прокладки. Для того, чтобы повернуть редуктор переднего моста, надо применить регулируемые рычаги передней подвески. Далее смотри здесь.

Второй способ решения проблемы. Если вал типа 1б, то есть со шлицевым соединением посередине, то можно повернуть вилки крестовин относительно друг друга. Угол находится достаточно просто:

Третий способ решения проблемы. Радикальный. Сменить тип вала на 2а, модернизировав и укоротив одновременно вал раздаточной коробки (это уменьшит  угол наклона карданного вала. Далее смотри здесь.

2. Углы в карданных шарнирах больше допустимых

Угол работы шарнирного соединения зависит от частоты вращения карданного вала:

где n - частота вращения карданного вала

Для вычисления скорости вращения карданного вала и допустимых углов можно воспользоваться калькулятором.

Пример 1: На автомобиле Jeep Cherokee с шинами 235x75R15 (29 дюймов) при оборотах двигателя - 2000 об/мин, скорость вращения карданного вала будет 2666 об/мин (повышающая передача автоматической коробки -0,75), скорость вращения колеса составит 746 об/мин при передаточном отношении главной передачи 3,55. Длина окружности колеса такого размера - 230,5 см., скорость автомобиля составит 230,5 см х 746 об/мин = 173 087 см/мин, т.е 2 884 см/сек или 28,8 м/сек или 103,6 км/час.
Таким образом, при скорости 104 км/час допустимый угол в карданном шарнире - около 12 градусов.

Пример 2: Попытаемся вычислить теоретически, при какой скорости возникнут вибрации заднего карданного вала, если  угол, под которым работает передний шарнир (около раздатки) равен 7 градусам. Для 7 градусов критическая частота вращения карданного вала 4629 об/мин. Это на резине 235x75R15 и при главной паре 3,55 дает скорость 180 км/час.

Вывод: Всегда найдется скорость, при которой карданный вал с заданными углами начнет вибрировать.

Пример 3: При замене главной пары на 4,1 обороты карданного вала при той же скорости 104 км/час возрастут в 1, 15 раза, то есть до 3065 об/мин. А это значит, допустимый рабочий угол шарниров карданного вала уменьшится до 10,3 градусов в соответствии с таблицей.
Типичный угол работы карданного шарнира около раздаточной коробки на автомобиле Jeep Cherokee около 5 градусов (наклон карданного вала 9,5 градусов минус наклон раздаточной коробки 4 градуса) с увеличением до 7 градусов при ходе подвески вниз.

Вывод: Можно не менять геометрию подвески, но получить вибрации карданного вала, просто поменяв передаточное отношение главной передачи. А точнее, сдвинется порог возникновения вибраций в сторону меньшей скорости, для данного случая со 180 км/час до 155 км/час.

Первый способ решения проблемы. Опустить раздаточную коробку. Это уменьшит  угол наклона карданного вала. Недостаток: большая нагрузка на опоры двигателя, приводящая к уменьшению их срока службы. Далее смотри здесь.

Второй способ решения проблемы. Радикальный. Сменить тип вала на 2а, модернизировав и укоротив одновременно вал раздаточной коробки (это уменьшит  угол наклона карданного вала и углы в карданных шарнирах. Недостаток: дорого. Далее смотри здесь.

3. Дисбаланс карданного вала

С этим понятно как бороться...

4. Крестовины карданного вала стоят неправильно относительно друг друга

Если в пукте 1 поворот крестовин относительно друг друга помогает решить проблему непараллельности валов, то когда вибрации отсутствуют, а Вы в процессе ремонта случайно, собирая шлицевое соединение карданного вала, сдвините взаимное положение крестовин на один шлиц, результат очевиден. Возникнет неравномерность вращения.

5. Износ карданных шарниров и шлицевого соединения

С этим понятно как бороться...

Ссылки по теории вибраций

Теория на сервере Tom Wood's Custom Drive Shafts