Карданна передача

Карданна передача (універсальний шарнір, шарнір Гука, універсальна муфта, механізм Кардана) — просторовий шарнірний механізм, що складається з центральної хрестовини і двох посаджених на кінці валів-вилок, що шарнірно сполучені з кінцями хрестовини. Служить для передачі крутного моменту між валами, що мають велике кутове зміщення осей (до 40-45°), яке у процесі обертання валів може змінюватись.

Універсальний шарнір (шарнір Гука)

Карданна передача (шарнір Гука)

Карданний перехідник для торцевого ключа

Історичні дані

Основна концепція універсального шарніра була відома з античних часів. Ймовірно універсальний шарнір використовували у Стародавній Греції в конструкції балісти. Перша відома особа, що запропонувала використовувати такий шарнір для передачі рушійної сили, був Джироламо Кардано, італійський математик у 1545 році, хоча неясно, чи він виготовив робочу модель. У Європі пристрій часто називають «Кардан», або «карданний вал». Швед Крістофер Польхем пізніше заново його винайшов, що шведською мовою дало назву Polhemsknut.

Механізм пізніше був описаний у праці Technica Curiosa SIVE Артіс Mirabilia (1664) Гаспаром Шоттом (Gaspar Schott), який назвав його paradoxum, де зробив помилкове твердження про сталість передачі кутової швидкості.^[1] Незабаром після цього, між 1667 і 1675, Робертом Гуком було проаналізовано роботу шарніра й виявлено, що його швидкість обертання не є сталою. Перша згадка терміна «універсальний шарнір» для цього пристрою була зроблена Гуком у 1676 році, в його книзі Helioscopes^[2]. Він опублікував свій опис у 1678 році,^[3] в результаті чого механізм отримав нову назву «шарнір Гука». У 1683 році Гук запропонував вирішення проблеми нерівномірної швидкості обертання універсального шарніра: механізм, який зараз відомий як шарнір рівних кутових швидкостей.

Термін «універсальний шарнір» був поширений у 18 і 19 століттях і використовувався у механізмах привода млинів та ткацьких фабрик. У 19 столітті використання універсального шарніра поширилося на широкий спектр технічних рішень. Значна кількість універсальних шарнірів була використана у системі керування телескопа Нортумберленд Інституту астрономії в Кембріджському університеті в 1843 році^[4]. Ефріам Шей (Ephriam Shay) в 1881 р. отримав патент на локомотив, де використовувався подвійний універсальний шарнір у приводі локомотива^[5]. Чарльз Амідон (Charles Amidon) використав універсальний шарнір малих розмірів у коловороті, запатентованому у 1884 році^[6].

Використання

Карданні шарніри використовуються для:

• компенсації неточності взаємного розміщення валів, що виникає при складанні, при деформаціях рами і ресор (транспортні та ін. машини);
• передачі обертання переставним валам (шпинделі багатошпиндельних свердлильних верстатів, валки вальцювального обладнання та ін.);
• передачі обертання валам, розміщення яких змінюється під час роботи (консолі фрезерних верстатів та ін.).

Часто використовуються конструкції, у яких дві шарнірні муфти сполучаються проміжним валом: такий пристрій називається карданним валом і є звичайною конструкцією багатьох приводних валів.

За габаритами й крутними моментами карданні шарніри (шарнірні муфти) поділяються на:

• малогабаритні, призначені для передавання малих моментів (від 12,5 до 1280 Н·м). У них шарніри розміщені в габаритах ступиць півмуфт;
• великогабаритні, що призначені для передавання середніх і великих моментів (від 1000 до 800000 Н·м). У них шарніри винесені за габарити півмуфт.

Карданний вал служить для передачі обертального моменту від коробки передач (роздавальної коробки) до ведучих мостів у випадку класичного або повноприводного компонування. Також використовується в травмобезпечній рульовій колонці для з'єднання рульового вала й рульового виконавчого механізму (рульового редуктора або рульової рейки).

Карданна передача має істотний недолік — несинхронність обертання валів, що збільшується при збільшенні кута між валами, що виключає можливість застосування карданної передачі в багатьох пристроях, наприклад, у трансмісії передньоприводних автомобілів. Шарнір рівних кутових швидкостей (ШРКШ або синхронний шарнір) — досконаліша конструкція того ж призначення, з назви якої випливає, що вона забезпечує синхронність обертання валів.

Див. також

• Шарнір
• Гнучка фланцева муфта
• Гнучкий вал
• Карданний вал
• Карданний підвіс

Примітки

1. Mills, Allan, «Robert Hooke's 'universal joint' and its application to sundials and the sundial-clock», Notes & Records of the Royal Society, 2007, accessed online [Архівовано 25 вересня 2015 у Wayback Machine.] 2010-06-16
2. «universal, a. (adv.) and n.», para.13, Oxford English Dictionary Online, accessed 2010-06-16
3. Review of Ferdinand Berthoud's Treatise on Marine Clocks, Appendix Art. VIII, The Monthly Review or Literary Journal [Архівовано 5 січня 2014 у Wayback Machine.], Vol. L, 1774; see footnote, page 565.
4. G. B. Airy, Account of the Northumberland Equatoreal and Dome Attached to the Cambridge Observatory [Архівовано 2 липня 2014 у Wayback Machine.], Cambridge University Press, 1844; pages 14, 17, 20, 23, 33 and plates VI, VII, IX, XI, XV, XVII.
5. Ephraim Shay, Locomotive-Engine, U.S. Patent 242,992, June 14, 1881.
6. Charles H. Amidon, Bit-Brace, U.S. Patent 298,542, May 13, 1884.

Література

• Павлище В. Т. Основи конструювання та розрахунок деталей машин: Підручник. — Афіша. — С. 560. — ISBN 966-8013-58-1.
• Поляков В. С., Барбаш И. Д., Ряховский О. А.. Справочник по муфтам. Л., «Машиностроение» (Ленингр. отд-ние), 1974, 352 с.

Посилання

• Карданна передача (Східно-Сибірський державний технологічний університет)(рос.)