Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Vocelova 1338 Hradec Králové Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Číslo DUM: VY_32_INOVACE_11_C_02 Tematická oblast: SPOJOVACÍ A KLOUBOVÉ HŘÍDELE, JEJICH KLOUBY, ROZVODOVKY A DIFERENCIÁLY Téma: Kloubové hřídele, kinematika Autor: Ing. Miroslav Bodlák Datum vytvoření: prosinec 2012

Anotace Materiál je určen pro 3. ročník studijního oboru Silniční doprava, předmět SILNIČNÍ VOZIDLA. Inovuje výuku použitím multimediálních pomůcek – prezentace s názornými obrázky a schématy doplněných textem podporujícím výklad učitele. Metodický pokyn Materiál používá učitel při výkladu – pro větší názornost a atraktivnost výuky a zároveň jej mohou využívat žáci pro domácí přípravu na výuku.

KLOUBOVÉ HŘÍDELE, KINEMATIKA Používají se k přenosu točivého momentu: - mezi nesouosými skupinami převodového ústrojí, - mezi skupinami, které svou vzájemnou polohu při provozu vozidla mění. Kloubové hřídele jsou opatřeny klouby, které umožňují obvykle výklon 15 o až 20 o. Kloubové hřídele nejčastěji najdeme mezi skupinami převodového ústrojí, které patří k odpérovaným hmotám (např. převodovka) a skupinami, které patří do neodpérovaných hmot (např. rozvodovka):

KLOUBOVÉ HŘÍDELE, KINEMATIKA Kinematika kloubových hřídelů: Použitím jednoduchého křížového kloubu se nesplňuje požadavek synchronního pohybu jeho hnací a hnané části. Osy hřídelů jsou vzájemně vykloněny o úhel . Natočíme-li hnacím hřídelem 1 o úhel , natočí se hnaný hřídel 2 o úhel , přičemž platí: Obvodová rychlost v bodě C je:

Poměr úhlových rychlostí ω 1 /ω 2 je tedy dán poměrem ramen r 1 /r 2. Aby se dosáhlo synchronního pohybu obou hřídelů, muselo by platit: r 1 = r 2. KLOUBOVÉ HŘÍDELE, KINEMATIKA Podmínkou platnosti tohoto vztahu je, aby bod C ležel neustále v průběhu otáčení ve střední rovině souměrnosti úsečky To však není možné konstrukčně zajistit. Rozborem kinematiky otáčení kloubu lze odvodit základní kinematickou rovnici nesynchronního kloubu: Pohyb hřídelů spojených kloubem není shodný. Rozdíl v pohybu hnacího a hnaného hřídele: Je zřejmé, že rozdíl závisí: na velikosti pootočení hnacího hřídele (  ), na úhlu výklonu os obou hřídelů (úhel  ).

KLOUBOVÉ HŘÍDELE, KINEMATIKA Obr. znázorňuje, jak se mění rozdíl mezi úhly  a  během jedné otáčky kloubového hřídele. Při rovnoměrném otáčení hnacího hřídele 1 se hnaný hřídel 2 otáčí nerovnoměrně. Za jednu otáčku (360 0 ) se 2x zpomaluje a 2x zrychluje. Nerovnoměrnost se zvyšuje s úhlem výklonu obou hřídelů . Pro poměr úhlových rychlostí a otáček hnacího a hnaného hřídele lze odvodit rovnici:

KLOUBOVÉ HŘÍDELE, KINEMATIKA Uvedenou problematiku si můžeme znázornit pomocí následující představy: Za předpokladu konstantních otáček hnacího hřídele n1 = 1000 min -1 má hnaný hřídel kolísavé otáčky n 2. Konkrétní velikost těchto otáček v min -1 pro úhel  = 30 o je u jednotlivých poloh natočení hnacího hřídele vepsaná do obrázku.

KLOUBOVÉ HŘÍDELE, KINEMATIKA Aby se odstranila nebo zmenšila uvedená nerovnoměrnost otáčení kloubových hřídelů, mají hřídele dva klouby, jejichž vhodnou polohou lze nerovnoměrnost eliminovat. Možná uspořádání: U kloubů K 1 jsou hřídele 1 hnací a hřídele 2 hnané. U kloubů K 2 jsou hřídele 2 hnací a hřídele 3 hnané. Vidlice hnacích hřídelů obou kloubů jsou pootočeny o 90 o. Tím je nerovnoměrnost otáčení obou kloubů fázově posunuta o 90 o a na hřídeli 3 se vyruší. Hřídele 1 a 3 se tedy otáčejí synchronně a hřídel 2 nerovnoměrně.

KLOUBOVÉ HŘÍDELE, KINEMATIKA Pokud vychází délka kloubového hřídele příliš velká, hrozí jeho snadné rozechvívání průhybem. Pro zkrácení jeho délky nebo z prostorových důvodů se kloubové hřídele někdy dělí na dvě části. Hřídel má potom tři klouby a je uprostřed uložen v opěrném ložisku. Konkrétní uspořádání:

KLOUBOVÉ HŘÍDELE, KINEMATIKA Konstrukční provedení kloubového hřídele podélného: Hřídel je obvykle tvořen dutou tenkostěnnou trubkou s dostatečně velkým průměrem, která má na koncích přivařena zakončení pro připojení kloubů. Ten je tvořen podélně drážkovaným čepem zasunutým do drážkované díry v hnaném unášeči prvního kloubu. Posuvem v axiálním směru je umožněna změna délky kloubového hřídele, která je nezbytná při propérování. Za prvním kloubem je hřídelová trouba opatřena posuvným členem.

KLOUBOVÉ HŘÍDELE, KINEMATIKA Používají se k přenosu momentu na hnací vozidlová kola. Podle typu náprav a podle toho, jde-li o nápravu řídicí, nebo neřízenou, mohou být: a) Spojovací - u výkyvných kyvadlových neřízených náprav a u tuhých neřízených náprav (s výjimkou nápravy De Dijon). b) Kloubové – u řídicích náprav (se stejnoběžnými klouby, které umožňují výklon 25 o až 45 o ) a u nezávislého zavěšení kol. Mívají posuvný člen. Hnací hřídele kol: U nezávislého zavěšení kol a u řídicích náprav se jako hnací hřídele kol používají kloubové hřídele. U neřízených náprav - hřídele se dvěma klouby. U řízených náprav - hřídele se stejnoběžnými (homokinetickými) klouby.

KLOUBOVÉ HŘÍDELE, KINEMATIKA Jako hnací hřídele kol se dále používají spojovací hřídele u zadních náprav (neřízených) výkyvných kyvadlových a u tuhých náprav. Typická provedení spojovacích hnacích hřídelů kol: Vnitřní (na obr. levé) konce hřídelů jsou upraveny pro spojení s planetovým kolem diferenciálu obvykle pomocí drážek, u některých kyvadlových náprav rovněž pomocí kamenových kloubů. Vnější (na obr. pravé) konce hřídelů jsou upraveny pro spojení s hlavou kola, případně pro jejich uložení na vnějším konci nosníku nápravy.

OPAKOVÁNÍ: 1. Kde se na vozidlech používají kloubové hřídele? 2. Vysvětlete kinematiku kloubového hřídele. 3. K čemu slouží posuvný člen a z čeho se skládá? 4. Jaké jsou druhy hnacích hřídelů kol a u jakých náprav se používají? KLOUBOVÉ HŘÍDELE, KINEMATIKA

Použité zdroje:  VLK Klaus a kol. PŘÍRUČKA PRO ELEKTROTECHNIKA. Praha: Europa-Sobotáles cz, s.r.o., 2006, ISBN  JAN, ŽDÁNSKÝ, ČUPERA: Automobily – Převodná ústrojí motorových vozidel (2). Nakladatelství Avid s.r.o. Brno 2007, ISBN  Příručka pro automech.  Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora.