زبان
اتصالات U-Joints در مقابل CV Joints: تفاوت ها، موارد استفاده و زمان تعویض
تفاوت اصلی بین مفاصل U و مفاصل CV به یک چیز مربوط می شود: زاویه عملکرد و صافی چرخشی . الف U-joint (مفصل جهانی) سادهتر، قویتر و برای کاربردهای با گشتاور بالا مانند میلهای محرک کامیونها و محورهای خارج از جاده مناسبتر است - اما قدرت ناهمواری را در زوایای بالای 3 درجه ارائه میکند. الف مفصل CV (مفصل با سرعت ثابت) قدرت را به آرامی در زوایای تا 47 درجه منتقل می کند، که این گزینه را برای محورهای چرخ جلو محرک و سیستم های تعلیق مستقل که کیفیت سواری و هندسه فرمان اهمیت دارند، تبدیل می کند. هیچکدام از اینها برتری جهانی ندارند - انتخاب صحیح کاملاً به برنامه بستگی دارد.
نحوه عملکرد U-Joint: مکانیک و محدودیت ها
یک اتصال U شامل دو یوغ است که توسط یک یاتاقان ضربدری شکل که عنکبوت نیز نامیده می شود به هم متصل شده اند. همانطور که میل محرک می چرخد، عنکبوت به مفصل اجازه می دهد تا به طور همزمان در دو صفحه بچرخد - با ایجاد ناهماهنگی بین شفت خروجی انتقال و ورودی دیفرانسیل. این طراحی ساده فوق العاده بادوام است و قابلیت انتقال دارد بارهای گشتاور بالا در زوایای عملیاتی پایین .
محدودیت حیاتی یک U-joint چیزی است که مهندسان به آن می گویند نوسان سرعت . هنگامی که یک اتصال U با زاویه کار می کند، شفت خروجی با سرعت کاملاً ثابتی نمی چرخد، حتی زمانی که شفت ورودی چرخش می کند. در عوض، در یک الگوی چرخه ای دو بار در هر دور شتاب و کاهش سرعت می یابد. شدت این نوسان با زاویه عملکرد افزایش می یابد:
- در 0 درجه (در خط) : بدون نوسان - سرعت ورودی و خروجی یکسان است
- در 3 درجه : نوسانات جزئی است و به طور کلی در کاربردهای میل محرک قابل قبول است
- در 10 درجه : لرزش و لرزش محرکه قابل توجه شروع به ایجاد می کند
- در 20 درجه : لرزش شدید می شود و سایش درپوش یاتاقان ها و اجزای متصل را تسریع می کند
به همین دلیل است که مهندسان میل محرک زوایای U-joint را با دقت طراحی می کنند - اکثر سیستم های میل محرک OEM هر اتصال U را در زیر نگه می دارند. 3-5 درجه از زاویه عملکرد استفاده کنید و از دو مفصل U به صورت مرحلهای برای خنثی کردن نوسان سرعت یکدیگر استفاده کنید. هنگامی که یک وسیله نقلیه بلند یا پایین می آید، این زوایای تغییر می کند، اغلب به یک گوه اصلاح یا اتصال دو کاردان برای بازگرداندن عملکرد صاف نیاز دارد.
چگونه یک اتصال CV کار می کند: مهندسی پشت سرعت ثابت
یک اتصال CV مشکل نوسان سرعت را از طریق هندسه حل می کند. دو نوع رایج - مفصل توپ و شیار Rzeppa (CV بیرونی) و مفصل سه پایه (CV داخلی) - از مجموعه ای از توپ ها یا غلتک ها استفاده کنید که در شیارهای دقیقاً ماشین کاری شده اجرا می شوند. این هندسه تضمین می کند که بدون توجه به زاویه عملکرد، نقاط تماس همیشه زاویه بین شفت ورودی و خروجی را نصف می کنند و نسبت سرعت ثابت را دقیقاً 1:1 حفظ می کنند.
نتیجه: یک محور محور چرخ جلو می تواند از طریق a زاویه چرخش 47 درجه در حالی که به طور همزمان گشتاور موتور را به چرخ منتقل می کند - به آرامی، بدون لرزش و بدون نوسان سرعت که باعث پرش چرخ یا کشش فرمان می شود.
مبادله این است که اتصالات CV در مقایسه با اتصالات U پیچیدهتر، گرانتر برای تولید و تحمل بارهای گشتاور شدید کمتری هستند. انتقال میل محرک کامیون سنگین گشتاور 800 پوند فوت به سرعت یک مفصل استاندارد Rzeppa CV را از بین می برد. همان شفت با دستههای U-joint با فازی مناسب که به طور معمول 100000 مایل بارگیری میکنند.
U-Joints در مقابل مفاصل CV: مقایسه کامل
| مشخصه | U-Joint | CV Joint |
|---|---|---|
| محدوده زاویه عملکرد | 0-20 درجه عملی؛ حداکثر تا 45 درجه (عمر کوتاه) | 0°-47° (Rzeppa)؛ 0°-26° (سه پایه) |
| خروجی سرعت | غیر ثابت بالای 0 درجه | در تمام زوایا ثابت است |
| ظرفیت گشتاور | بسیار بالا (قابلیت کامیون سنگین) | متوسط (کامیون مسافری/سبک) |
| لرزش در زاویه | با زاویه به طور قابل توجهی افزایش می یابد | حداقل در زاویه عملکرد نامی |
| عمر سرویس معمولی | 100,000-200,000 مایل (چربی شده) | 80000-150000 مایل |
| روغن کاری | اتصالات گریس (قابل سرویس) یا آب بندی شده | چکمه گریس مهر و موم شده (غیر قابل سرویس) |
| هزینه تعویض (فقط قطعه) | 15 تا 60 دلار در هر مفصل | 80 تا 300 دلار برای هر محور محور |
| کاربرد اولیه | میلهای محرک چرخهای عقب، محورهای جامد | شفت محور FWD/AWD، نیم شفت IRS |
| سازگاری فرمان | برای محورهای هدایت شونده مناسب نیست | برای محورهای محرک هدایت شونده مورد نیاز است |
جایی که U-Joints استفاده می شود: برنامه های کاربردی در دنیای واقعی
میل های محرک عقب و چهار چرخ محرک
رایج ترین کاربرد برای اتصالات U، میل محرک است که جعبه دنده یا جعبه انتقال را به دیفرانسیل عقب متصل می کند. در یک کامیون RWD معمولی، وجود دارد دو مفصل U - یکی در هر انتهای میل محرک - در زوایای مکمل به صورت مرحلهای قرار میگیرد تا نوسانات سرعت آنها از بین برود. برخی از میلهای محرک طولانیتر، سومین اتصال U را در یاتاقان پشتیبانی مرکزی اضافه میکنند تا لرزش هارمونیک را در سرعتهای بزرگراه کاهش دهند.
در سیستمهای 4WD، اتصالات U در میل محرک جلو و در محورهای جلوی جامد، در خود شفتهای محور جلو ظاهر میشوند. کاربردهای محور جامد مانند مواردی که در دانا 44 و دانا 60 یافت می شود - تجهیزات استاندارد در کامیون های سنگین و وسایل نقلیه خارج از جاده - استفاده می شود مفاصل U به سبک اسپایسر برای استفاده مداوم و سنگین رتبه بندی شده است.
شفت فرمان
اتصالات U در شفت میانی ستون فرمان تقریباً در هر وسیله نقلیه ای با ستون فرمان تاشو استفاده می شود. در اینجا، زاویه ها کوچک هستند (معمولاً زیر 30 درجه)، و بارهای گشتاور کم هستند - بنابراین نوسانات سرعت یک اتصال U قابل قبول است. این کاربرد به طور خاص به یک اتصال U نیاز دارد زیرا شفت فرمان باید چندین خم بین فرمان و دنده رک و پینیون را در خود جای دهد.
تجهیزات کشاورزی و صنعتی
شفت های پرتاب برق (PTO) در تراکتورها و ادوات کشاورزی به شدت به اتصالات U متکی هستند. این شفت ها با سرعت های ثابت کار می کنند (معمولا 540 یا 1000 دور در دقیقه ، گشتاور بالا را منتقل می کند و از اتصالات U استفاده می کند زیرا سادگی و تعمیرپذیری طراحی در شرایط میدانی که یک شفت مجهز به CV برای سرویس غیرعملی است ضروری است.
محل استفاده از اتصالات CV: برنامه های کاربردی در دنیای واقعی
شفت های محور جلو چرخ
هر وسیله نقلیه FWD از اتصالات CV در دو انتهای هر شفت محور جلو استفاده می کند. را مفصل CV خارجی (معمولاً طراحی Rzeppa) هنگام انتقال گشتاور درایو، زاویه فرمان را کنترل می کند - تا 47 درجه در طول پیچ های قفل کامل. را مفصل CV داخلی (معمولاً طراحی سه پایه یا دو انحرافی) حرکت فرورفتگی را در حین بالا و پایین رفتن سیستم تعلیق تطبیق می دهد و به شفت محور اجازه می دهد طول بدون اتصال را تغییر دهد.
محورهای عقب تمام چرخ متحرک با سیستم تعلیق مستقل
خودروهای مدرن AWD با سیستم تعلیق عقب مستقل از اتصالات CV در نیمهشفتهای عقب استفاده میکنند، به همان دلیلی که شفتهای جلوی FWD - حرکت سیستم تعلیق و زاویه اتصال بیش از آن چیزی است که یک اتصال U میتواند به راحتی از عهده آن برآید. وسیله نقلیه ای مانند سوبارو اوت بک یا آئودی کواترو استفاده می کند چهار نیم شفت با اتصال CV و یک محور مرکزی (که بسته به طراحی ممکن است از اتصالات U یا اتصال CV استفاده کند).
برنامه های کاربردی و مسابقه ای
وسایل نقلیه با کارایی بالا به طور فزاینده ای از اتصالات CV حتی در کاربردهای U-joint سنتی استفاده می کنند. نیمه شفتهای مسابقهای در خودروهایی با سیستم تعلیق عقب مستقل، از Rzeppa سنگین یا سه پایه CV استفاده میکنند که برای بارهای گشتاور رتبهبندی شدهاند که با اتصالات U استاندارد در زوایای عملیاتی مورد نیاز غیرممکن است. شرکتهایی مانند GKN و Neapco اتصالات CV موتوراسپرت را تولید میکنند بیش از 1000 پوند فوت گشتاور برای استفاده در اتومبیل های رالی و دریفت AWD.
مفصل دو کاردان: یک مفصل U که رفتار CV را تقلید می کند
اتصال دوکاردان - که گاهی اوقات اتصال میل محرک CV یا اتصال سوکت مرکزی نامیده می شود - یک مجموعه تخصصی U-joint است که ترکیب می شود دو اتصال استاندارد U به صورت سری با یک سوکت مرکزی بین آنها هندسه این آرایش نوسانات سرعت هر مفصل U را لغو می کند و خروجی سرعت ثابتی را در زوایای عملیاتی تا 30-35 درجه .
این طرح معمولاً در اتصال میل محرک جلو در کامیونها و خودروهای شاسی بلند با سیستم تعلیق مستقل جلو یا بالابر تعلیق قابل توجه یافت میشود. مثالها عبارتند از:
- میل محرک جلو در فورد سوپر دیوتی و رم 2500/3500 با سیستم تعلیق بالا رفته
- یوک های خروجی کیس را روی خودروهایی با زوایای شدید میل محرک جلو منتقل کنید
- جایگزینی پس از فروش برای اتصالات U استاندارد در خودروهای 4WD بلند شده که لرزش خط محرکه را تجربه می کنند
اتصال دوکاردان ظرفیت گشتاور یک اتصال U را با خروجی صاف یک اتصال CV میدهد - اما سنگینتر، گرانتر است (150 تا 400 دلار برای یک مونتاژ کامل)، و نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتری نسبت به هر یک از طراحیهای جداگانه دارد.
نارسایی U-Joint: چگونه یک U-Joint بد را قبل از شکست کامل شناسایی کنیم
نارسایی مفصل U خود را از طریق علائم مشخص و قابل شناسایی اعلام می کند. سایش زودهنگام از حالت خرابی فاجعهبار جلوگیری میکند - یک اتصال U شکسته که میل محرک را با سرعت روی جاده میاندازد، که میتواند باعث از دست دادن کنترل وسیله نقلیه و آسیب شدید زیرشاخه شود.
علائم ساییدگی یا نارسایی مفصل U
- لرزش یا لرزش خط محرکه: لرزش چرخهای در کف، صندلی یا ستون فرمان احساس میشود که با سرعت خودرو افزایش مییابد. قابل توجه ترین بین 45-65 مایل در ساعت . این اثر نوسان سرعت است که از لحاظ فیزیکی قابل درک است زیرا سایش یاتاقان شیب عملیاتی را افزایش می دهد.
- ضربه زدن در شتاب یا کاهش سرعت: یک ضربه فلزی زمانی که پیشرانه از شتاب به اورران یا برعکس تغییر می کند. این نشاندهنده بازی بیش از حد در یاتاقانهای تراننیون U-joint است.
- صدای جیر جیر با سرعت کم: صدای جیر جیر ریتمیک در زمان با چرخش میل محرک، به خصوص زمانی که خودرو سرد است. این نشاندهنده خشکی یا آلوده بودن کلاهکهای بلبرینگ است - یک علامت هشدار اولیه قبل از خرابی مکانیکی مفصل.
- زنگ یا خوردگی قابل مشاهده روی درپوش بلبرینگ: درپوشهای زنگزده که در هنگام بازرسی زیرین نمایان میشوند، نفوذ رطوبت را نشان میدهند، به این معنی که آببند گریس از کار افتاده است. بدون توجه به وجود علائم فوراً جایگزین کنید.
- اتصال یا مقاومت در حین چرخش: با خودرو در حالت خنثی و میل محرک در دسترس، چرخش دستی شفت باید صاف باشد. هرگونه لکه ناهموار، گیره یا مقاومت نشان دهنده سایش کلاهک یاتاقان است.
نحوه بازرسی U-Joint
- در حالی که وسیله نقلیه به طور ایمن روی پایه جک بلند شده است و گیربکس در حالت خنثی است، میل محرک را محکم نزدیک هر یک از اتصالات U بگیرید.
- درtempt to move the driveshaft in all directions — up-down and side-to-side. هر بازی محسوس بیشتر از 1-2 میلی متر نشان دهنده فرسوده شدن کلاهک یاتاقان است که نیاز به تعویض دارد.
- میل محرک را به آرامی با دست بچرخانید و حرکت خشن یا ناهموار را در هر مفصل U احساس کنید. چرخش صاف نشان دهنده اتصالات قابل استفاده است. هر گونه ناهمواری نشان دهنده سایش داخلی است.
- اتصالات گریس را بررسی کنید (در صورت وجود) - اتصالات مفقود یا آسیب دیده به این معنی است که اتصال بدون روغن کاری مناسب کار کرده است. وضعیت کلاهک بلبرینگ را با بررسی دقیق بررسی کنید.
تعویض U-Joint: هزینه، فرآیند و فاصله زمانی
تعویض U-joint یکی از در دسترس ترین تعمیرات پیشرانه برای کسانی است که با تجربه انجام می دهند. قطعات ارزان هستند - هزینه اتصال Spicer یا Moog U با کیفیت 15 تا 60 دلار بسته به کاربرد وسیله نقلیه - و این فرآیند فقط به ابزارهای دستی اولیه به اضافه یک گیره نیمکتی یا پرس مفصل U برای برداشتن و قرار دادن کلاهک های بلبرینگ نیاز دارد.
نیروی کار حرفه ای اضافه می کند 80 تا 180 دلار برای یک تعویض مفصل U، به طور معمول هزینه کل تعمیر را تشکیل می دهد 100 تا 250 دلار - به طور قابل توجهی کمتر از جایگزینی شفت محور CV با 250 تا 600 دلار شامل قطعات و نیروی کار.
U-Joints قابل گریس در مقابل مهر و موم شده
این یکی از مهمترین تمایزات در هنگام انتخاب یک اتصال U جایگزین است:
- مفاصل U قابل روغن کاری (با اتصالات Zerk) را می توان در فواصل زمانی منظم سرویس روغن کاری کرد - معمولاً هر کدام 5000-10000 مایل یا سالانه وقتی این اتصالات به درستی نگهداری شوند، به طور معمول عمر وسیله نقلیه را دوام میآورند. آنها انتخاب ارجح برای وسایل نقلیه خارج از جاده، کامیون ها و هر برنامه ای هستند که در آن مفصل در معرض آب، گل یا گرد و غبار قرار دارد.
- مفاصل U مهر و موم شده در کارخانه با گریس از پیش بسته بندی شده اند و نیازی به تعمیر و نگهداری ندارند - اما در صورت تخلیه یا تحلیل رفتن گریس داخلی نمی توان آنها را دوباره روغن کاری کرد. آنها استاندارد OEM در بسیاری از وسایل نقلیه سواری هستند و عمر مفید مناسبی را در شرایط عادی ارائه می دهند، اما ممکن است در کاربردهای شدید، سریعتر فرسوده شوند.
برای کامیون هایی که برای بکسل کردن، رانندگی خارج از جاده یا در مناطقی که در معرض نمک زیاد جاده قرار دارند، استفاده می شود. همیشه یک U-joint قابل روغن کاری را مشخص کنید بیش از یک معادل مهر و موم شده زمانی که هر دو گزینه برای برنامه در دسترس هستند. هزینه اضافی اندک روغن کاری دوره ای عمر مفصل را به طور چشمگیری افزایش می دهد و یک سیستم هشدار اولیه را فراهم می کند - مفصلی که به طور ناگهانی به گریس بسیار بیشتری نیاز دارد تا روغن کاری شود، نشان دهنده سایش داخلی قبل از وقوع خرابی فاجعه بار است.
