Передача мощности на землю — важная функция любого гоночного автомобиля, причем карданный вал является важнейшим звеном, которое должно выдерживать огромный крутящий момент. Быстрый поиск в Интернете по запросу «поломка карданного вала» выдаст множество видеороликов, на которых автомобили их выплевывают, а также коллекцию фотографий с карданными валами в форме кренделя. Сломанный карданный вал также может привести к серьезному повреждению двигателя из-за превышения оборотов.


Нижняя часть уличного родстера оснащена алюминиевым карданным валом, задней частью MW Modular и шестиступенчатой коробкой передач TREMEC.

 

При выборе карданного вала следует учитывать множество факторов


Они включают тип материала вала, диаметр, толщину и длину, вилки и U-образные шарниры, которые правильно рассчитаны для поставленной задачи. Также важно учитывать в уравнении мощность и вес автомобиля; тяжелый автомобиль со стандартной рамой будет оказывать гораздо большую нагрузку на карданный вал, чем более легкий автомобиль с трубчатым шасси.


Чтобы получить совет эксперта, мы обратились к Mark Williams Enterprises , производителю из Колорадо, который предлагает не менее семи различных моделей карданных валов, охватывающих широкий спектр применений: от автомобилей с кронштейном ET до моделей Pro Mod мощностью 2500 лошадиных сил. Компания также имеет изготовленное по индивидуальному заказу устройство для испытания на кручение, которое может выдерживать нагрузку до 15 000 футов/фунтов. крутящий момент в циклах, управляемых компьютером. Они знают пределы материалов карданного вала и связанных с ним компонентов.


Компания Mark Williams Enterprises создала это сложное устройство для испытаний на кручение с компьютерным управлением, которое может выдерживать нагрузку 15 000 фунтов. крутящего момента и запустите его. Каждый приводной вал Accu-Bond проверяется перед поставкой.

 

Одним из важных критериев измерения потенциала вала является его критическая скорость

 

Это когда собственная частота вала равна скорости вращения карданного вала


При их совпадении вибрации усиливаются и вал может перейти в «режим скакалки» и трястись до отказа карданного вала. Критическая скорость вала определяется тремя факторами: длиной, диаметром и соотношением веса и жесткости материала. И, как колокольчики, более длинный вал имеет более низкую частоту.


Длина стандартного карданного вала Camaro 1969 года составляет около 49-1/2 дюйма. Для сравнения: приводной вал длиной 50 дюймов, изготовленный из мягкой стали диаметром 3 дюйма, имеет критическое значение скорости 6050 об/мин. Тот, который изготовлен из легированной стали 4130 диаметром 3,5 дюйма, имеет скорость 7110 об / мин, а вал из алюминия 7076 диаметром 4 дюйма выдерживает 8170 об / мин. Углеродное волокно (внешний диаметр 3,75 дюйма) позволяет развивать скорость до 9260 об/мин. Таблица M-W охватывает 13 различных комбинаций материалов и размеров трубок и варьируется от 44 до 60 дюймов.


Прочность, диаметр и длина трубки влияют на то, насколько длинным может быть карданный вал, прежде чем он достигнет критической скорости и начнет колебаться.


Каждые карданные валы в Набережных Челнах, изготовленный MW, балансируется собственными силами в соответствии со спецификацией G30 при рабочих параметрах.


По словам Эндрю Диксона из M-W, большой процент отказов карданного вала, особенно в более тяжелых автомобилях, можно отнести на счет карданных шарниров. Карданные шарниры серии Spicer 1310 можно найти во многих OEM-производителях маслкаров, но на самом деле они не справляются с серьезной мощностью гоночных автомобилей. Чашки имеют диаметр 1,062 дюйма, а общая ширина — 3,219 дюйма. Вот почему MW избегает их использования и производит только карданные валы с более мощными U-образными шарнирами серий 1350 или 1480. Популярные шарниры размера 1350 имеют чашки диаметром 1,188 дюйма и шириной 3,625 дюйма и рассчитаны примерно на 50 процентов прочнее, чем 1310, как серия 1480 имеет чашки диаметром 1,375 дюйма, шириной 4,180 дюйма и примерно на 40 процентов прочнее. чем 1350. Также следует учитывать цельные U-образные шарниры по сравнению со смазываемыми типами. Для чисто гоночных автомобилей лучше всего использовать твердость.


Современное производственное предприятие M-W расположено в Техническом центре Колорадо в Луисвилле (недалеко от Денвера). Практически все делается собственными силами.


Существуют также различия в способах крепления U-образных шарниров к траверсе. Они варьируются от простого U-образного болта или опорной ленты до сложной стальной крышки и болта или шпильки, обработаной на станке с ЧПУ. Очевидно, что последний является самым сильным.


Раз уж мы заговорили о U-образных шарнирах, следует понимать, что у них есть ограничения на то, под каким углом они могут безопасно работать. Рекомендуемая процедура — убедиться, что осевые линии выходного вала коробки передач и задней шестерни параллельны, а любая разница по высоте одинаково воспринимается обоими карданными шарнирами. Идеально было бы сохранять параллельность осевых линий на протяжении всего хода подвески (например, четырехрычажная), но часто это сложно с лестничными тягами и моментным рычагом. Общее эмпирическое правило заключается в том, что рабочие углы должны составлять 2 градуса или меньше и отличаться друг от друга в пределах ½ градуса.


Осевая линия трансмиссии и шестерни должна быть параллельной, а карданные шарниры должны компенсировать некоторое несоосность.


Для изготовления карданных валов используются пять основных материалов: мягкая сталь, хромомолибден 4130, алюминий 6061, алюминий 7075 и углеродное волокно. Титан был опробован, но его стоимость непомерно высока, а выгода от него незначительна. Помимо собственной прочности материала, важными факторами являются толщина и наружный диаметр трубки. Например, увеличение диаметра карданного вала с 3 до 4 дюймов приведет к увеличению прочности примерно на 80 процентов.


Еще одним фактором, который следует учитывать, является вес карданного вала, поскольку снижение вращающейся массы, а также общего веса автомобиля дает преимущества в производительности. Для сравнения: стальной карданный вал диаметром 3,5 дюйма (с вилкой MW Turbo 400) весит 20,6 фунта. Карданный вал аналогичного размера, изготовленный из алюминия 7075, весит 13,7 фунта. Таким образом, для разгона карданного вала до рабочих оборотов потребуется примерно на 33 процента меньше мощности, и эта экономия будет способствовать приведению автомобиля в движение.

 

Замена U-образного сустава?


Последняя разработка в области технологии приводных валов от Mark Williams Enterprises предполагает использование ШРУСов вместо карданных шарниров. Они в первую очередь предназначены для использования в автомобилях с трансмиссией, расположенной близко к задней части (например, драгстеры, измененные автомобили и Funny Cars). В этом есть ряд преимуществ, главным из которых является способность ШРУСа эффективно работать под гораздо большим углом, что важно для четырехрычажной подвески. Он также менее подвержен вибрации. Комплект валов CV от M-W, доступный для «коротких» трансмиссий Powerglide с выходными валами с 27 или 32 шлицами, состоит из хвостового картера, карданного вала и вилки шестерни. И хотя установка ШРУСа существенно дороже, чем обычный карданный вал, она может предотвратить дорогостоящие поломки карданного шарнира.


Новинкой от MW является специальный узел карданного вала для «коротких» автомобилей Powerglide, в котором вместо U-образных шарниров используются ШРУСы. Высокий безопасный рабочий угол делает его идеальным для использования в автомобилях с трансмиссией, расположенной близко к задней части, и с 4-рычажной подвеской.


Компания Mark Williams Enterprises использует карданные валы, одобренные стандартом SFI 43.1, с момента создания спецификации. Процедуры испытаний SFI включают приложение нагрузки в 2500 фунтов с последующим изменением ее до 1000 фунтов. и выполнение 25 таких циклов со скоростью не менее 3-5 циклов в минуту. Любая крутильно-угловая деформация вала подлежит дисквалификации при сертификации. То же можно сказать и о признаках коробления или трещин. Какой бы класс автомобиля вы ни использовали, вы можете быть уверены, что карданный вал, сертифицированный по стандарту SFI 43.1, сослужит вам хорошую службу.


Еще один критерий – стоимость. Как вы можете себе представить, карданный вал из углеродного волокна, скорее всего, будет «излишним» для 12-секундного автомобиля, поскольку обычно он более чем вдвое дороже стального агрегата.


Компания Mark Williams Enterprises предлагает не менее семи карданных валов различных типов: от экономичных из мягкой стали до экзотических карданных валов из углеродного волокна.

 

Итак, давайте пробежимся по тому, какой у вас есть выбор


Самые дешевые карданные валы изготавливаются из мягкой стали. Переходя к более дорогому сплаву, хромомолибден 4130 придает дополнительную прочность и позволяет уменьшить толщину стенок, тем самым снижая вес. Алюминий еще легче: многие производители предлагают валы из сплава 6061. Кроме того, MW предлагает карданные валы из алюминиевого сплава 7075, который примерно на 30 процентов прочнее, чем 6061, и позволяет валам иметь более тонкие стенки и снизить вес. На верхнем уровне шкалы находится углеродное волокно, которое является самым легким и имеет лучшую критическую скорость. Но он также и самый дорогой. На протяжении многих лет появлялись гонщики с нестандартными карданными валами из титана, но они чрезвычайно дороги и по весу сравнимы с карбоновыми. Многие гонщики выбирают серию 7075, поскольку это отличный баланс веса, прочности, критической скорости и стоимости.


(Слева) Этот алюминиевый карданный вал MW почти вдвое легче стального агрегата аналогичного размера. Для вращения более тяжелой массы требуется больше лошадиных сил. (Справа) Как видите, стальная трубка весит значительно больше, чем алюминиевый карданный вал, и для вращения ей требуется дополнительная энергия.


Хомуты также являются важной частью уравнения. На валу имеются концевые (или «приварные») вилки, а также вилки трансмиссии и шестерни. Концевые траверсы варьируются от стандартных моделей Spicer 1350 до кованых ярм из стали 4130, обработанных на станке с ЧПУ, и кованых ярм из заготовок 7075, которые используются на валах с классом SFI 43-1. Помимо сварки более экономичных валов, для верхних валов из алюминия и углеродного волокна используется запатентованный процесс Accu-Bond™. Этот запатентованный (USPS 7,485045 B2) процесс соединения оказался значительно прочнее сварки. Также крайне важно, чтобы концевые вилки были одинаково синхронизированы, чтобы исключить любые проблемы с фазировкой. Марк Уильямс использует специальные прецизионные приспособления при сборке валов, чтобы обеспечить точную фазировку.


Алюминиевый карданный вал Mark Williams серии 7075 исключительно легкий, но при этом соответствует жестким спецификациям SFI 43.1.


Вилки трансмиссии M-W изготовлены из кованой легированной стали 4340 и снабжены шлицами, чтобы соответствовать всем популярным трансмиссиям OEM и вторичного рынка, включая агрегаты специального диаметра и термообработки при использовании в сочетании с хвостовым корпусом на роликовых подшипниках. Также доступны вилки «быстрого выпуска» со съемными колпачками, которые облегчают снятие карданного вала с коробки передач, а не шестерни. Хомуты оснащены уплотнительным кольцом для предотвращения утечки жидкости.


В компании MW очень серьезно относятся к контролю качества, и эта координатно-измерительная машина Zeiss является одним из многих устройств, используемых для проверки точности компонентов.


Вилки шестерни также изготовлены из поковок из сплава 4340 и имеют шлицы, подходящие для всех популярных задних частей. MW также производит вилки шестерен из заготовок из алюминия.


Относительные размеры U-образных шарниров Spicer 1310, 1350 и 1480 здесь совершенно очевидны. Размер имеет значение!


Последний штрих – это, конечно же, балансировка. MW самостоятельно балансирует каждый карданный вал в соответствии со спецификациями G30 на реальных рабочих скоростях, чтобы обеспечить плавную работу на высоких оборотах.


Теперь, когда вы знаете, какие компоненты и процедуры используются для создания карданных валов конкурентоспособного качества, вы можете приступить к выбору того, что лучше подходит для вашего применения и бюджета.