Calculul articulatiei cardanice

Elementele articulatiei cardanice care se calculeaza sunt: furca, cru­cea si rulmentii cu role-ace.

1.1        Calculul furcii cardanice.

Furca cardanica este solicitata de forta F (ce actioneaza in punctul B si este perpendiculara pe planul furcii (fig. 3.15).

Fig. 3.15.Schema decalcul a furcii articulatiei cardanice

Sectiunea periculoasa A-A este solicitata la incovoiere si la ra­sucire. Forta F care solicita fiecare brat al furcii cardanice este data de relatia:

                                 (3.12)

in care: Mc este momentul de calcul al transmisiei longitudinale; R-raza me­die la care actioneaza forta F.

Efortul unitar de incovoiere in sec­tiunea A-A este:

                                   (3.13)

unde W_i=b_*h²/6 — pentru sectiunea dreptunghiulara si

W_i=b_*h²/10 — pentru sectiunea eliptica.

Sub actiunea fortei, F bratul furcii, in sectiunea A-A, este solicitat la rasucire:                  

(3.14)

unde W_t=ab²h pentru sectiunea dreptunghiulara si

W_t=pb²h/16 0,2 b²h pentru sectiunea eliptica.

Coeficientul a depinde de raportul h/b (tabe­lul 3.1).

Valorile coeficientului a Tabelai 3.1

Pentru materialele furcilor cardanice, efortul unitar admisibil la in­covoiere este s_ai=100—120 N/mm2, iar efortul unitar admisibil la torsiune t_at=120—150 N/mm2.

Furcile cardanice se executa din oteluri cu continut mediu de carbon, 0,35—0,45%, sau din oteluri de imbu­natatire slab aliate. Dupa calire si re­venire, duritatea furcilor variaza in­tre 197 300 HB in functie de ti­pul automobilului.

In tabelul 3.2 se dau principalele dimensiuni ale furcilor cardanice in functie de momentul maxim transmis.

Principalele dimensiuni ale furcilor cardanice in functie de momentul maxim transmis Tabelul 3.2

1.2        Calculul crucii cardanice

Cru­cea cardanica este supusa solicitari­lor de incovoiere, forfecare si strivire de catre forta Fl (fig. 2,16). Forta F₁ este rezultanta a doua forte, una din partea furcii arborelui conduca­tor si alta din partea furcii arbore­lui condus. Rezultanta care actio­neaza asupra fiecarui brat al crucii cardanice se calculeaza cu relatia:

                                                                        (3.15)

unde g este unghiul dintre axele arborilor.

Efortul unitar la incovoiere in sectiunea A-A, se calculeaza cu re­latia:

                      (3.16)

Se admite un efort unitar admisibil la incovoiere s_ai=150—180 N/mm2.

Solicitarea la forfecare la baza fusului se determina cu relatia:

                (3.17)

in care forta F` se calculeaza cu relatia:

              (3.18)

Se recomanda t_af=50—80 N/mm2.

Verificarea1 la strivire se face determinand presiunea specifica pe fu­sul crucii, sub actiunea fortei F₁ cu relatia:

                               (3.19)

Se recomanda: s_sa=8—10 N/mm2 pentru bucse din otel; s_sa=35— —45 N/mm2 pentru rulmenti cu role-ace.

In tabelul 3.3 se dau principalele dimensiuni ale crucilor carda­nice in functie de momentul maxim transmis.

Tabelul 3.3

Crucile cardanice se executa din oteluri aliate de cementare, elemen­tul principal de aliere fiind cromul. Cementarea se face pe o adancime de 0,7—1,5 mm. Duritatea variaza intre 56 si 65 HRC.

1.3        Calculul rulmentilor articulatiei cardanice

Rulmentii utilizati la ar­ticulatiile cardanice se caracterizeaza printr-o miscare oscilatorie. Capacitatea portanta dinamica a rulmentilor cu role-ace se determina cu relatia:

C=afKS [N]                             (3.20)

in care: a — este un coeficient care tine seama de caracte­rul rotatiei;

f — coeficient ce tine seama de conditiile de incarcare si functionare;K — sarcina specifica, in N/cm2; S — suprafata echi­valenta de sprijin.

Coeficientul a, pentru rulmentii cu ace cu inel ex­terior forjat, are valoarea a=0,66, in cazul rotatiei con­tinue, si a=0,6, in cazul ro­tatiei oscilatorii. Pentru ce­lelalte tipuri de rulmenti cu ace, a==l, in cazul rotatiei continue, si a=0,9, in cazul rotatiei oscilatorii, in cazul sarcinii variabile, se reco­manda f=0,7. Sarcina speci­fica K se determina in functie de durabilitatea adoptata si de produsul nd din figura 3.17 (n fiind tu­ratia, in rpm, iar d diametrul caii de rulare, in mm). Valorile K determi­nate cu ajutorul diagramei din figura 3.17 corespund unei duritati HRC=60. Daca duritatea este mai redusa, atunci K trebuie micsorat la K'=nK. Coeficientul n este dat in figura 3.18, in care curba 2 este valabila pen­tru rulmentii cu inel exterior forjat, iar curba l pentru ceilalti rulmenti cu ace. In general, pentru valorile extreme ale lui d si n, valorile pen­tru K se adopta: K_max=<50 N/mm² pentru rulmentii cu inel exterior for­jat si K_max=<70 N/mm² pentru restul rulmentilor.

Duritatea (HRC)

Fig. 3.18. Coeficientul n de influentaFig. 3.19. Coeficientul n1 de influenta

a duritatii sarcinii specifice K.in­fluenta a temperaturii asupra ca­pacitatii

dinamice portante C.

Suprafata echivalenta de sprijin se determina cu relatia:

S=l_*d/100 [cm²]                    (3.21)

in care l este lungimea acului rulmentului, in mm

Influenta temperaturii asupra capacitatii portante dinamice C se ia in considerare prin coeficientul n₁ de micsorare a acesteia (C`=n₁C), conform figurii 3.19.

Capacitatea portanta statica a rulmentilor cu ace se determina cu re­latiile:

pentru rulmentii cu inel exterior forjat:

C₀=0,66 K₀ S;(3.22)

pentru restul rulmentilor:

C₀=K₀ S,(3.23)

in care: S este suprafata echivalenta de sprijin; K₀=165 N/mm² pentru rulmentii cu inel exterior forjat; K₀= 210 N/mm² pentru restul rulmentilor cu ace.

In cazul in care duritatea HRC<60, valorile sarcinii specifice K₀ se micsoreaza (K`₀ = n' K₀) conform curbei l (fig. 3.20) pentru rulmentii cu inel exterior forjat sau dupa curba 2 pentru restul rulmentilor.