Обучение приводному валу — поставка мощности

Независимо от того, насколько мощен ваш гоночный двигатель, ни одна из этих мощных сил не сможет дойти до задних колес, если ваш приводной вал не сможет противостоять злоупотреблениям

Когда речь идет о приводном валу В вашей гоночной машине многие гонщики склонны относить ее к той же категории, что и сантехника под вашим домом, сборщики мусора и вытяжные вентиляторы в общественных туалетах — вы ни о ком не задумываетесь, пока они не перестанут работать.

И по большей части это нормально.Хитрость заключается в том, чтобы выбрать карданный вал, который не только разрешен правилами, но и является лучшим вариантом, доступным для вашего приложения. Теперь, если вы управляете автомобилем Pure Street, высокотехнологичный карданный вал из углеродного волокна, вероятно, не нужен для вашего приложения и лошадиных сил — не говоря уже о том, что ваш техник, вероятно, выгонит вас, если он когда-нибудь потрудится засунуть голову под машина.

Просмотреть все 9 фотографий

Но точно так же, как поместить карбоновый карданный вал на Pure Street, который стоит примерно столько же, сколько двигатель, не лучшая идея в мире (или лучшее использование ваших с трудом заработанных денег) ), ни один из них не пытается обойтись на плохо сбалансированном, изношенном или не восстановленном карданном валу из свалки.Вы можете сэкономить деньги заранее, но если карданный вал решит отпустить на гоночную трассу, ваши затраты на ремонт почти наверняка будут включать в себя гораздо больше, чем просто стоимость замены вала.

Чтобы помочь всем нам получить немного больше знаний о технологиях карданных валов, мы связались с проверенными техническими специалистами трех компаний, занимающихся карданными валами для гонок: Quarter Master, Dynotech Engineering и QA1. Теперь, если вы гоняли или строили гоночные машины в течение разумного периода времени, вы, возможно, подумали, что просто поймали нас не на том.Да, Quarter Master и Dynotech Engineering доверяют победителям гонок по всей стране за качество приводимых валов, но QA1 никогда не предлагал карданный вал. Они славятся концами шатунов, амортизаторами, пружинами и множеством других компонентов шасси, но они не предлагают карданный вал.

До сих пор. Braintrust в QA1 уже некоторое время работает над созданием собственного карбонового карданного вала, и к тому времени, как вы прочтете это, они либо объявят о своих новых разработках, либо скоро появятся.Поскольку сотрудники QA1 имеют в своем распоряжении тонну самых современных исследований, разработанных при проектировании их нового карданного вала, мы очень мило их спросили — даже просили — не поделятся ли они некоторыми из них с нашими читателями.

Просмотреть все 9 фотографий

Итак, мы отправили ряд вопросов техническому отделу Quarter Master, Стиву Раймонду из Dynotech Engineering Services и директору по передовым материалам Трэвиса Горсуха QA1. И QA1, и Quarter Master имеют дело исключительно с карбоновыми карданными валами, поэтому их ответы зависят от конкретного материала.Опыт Dynotech более широк. Они не только работают со стальными, алюминиевыми и карбоновыми карданными валами, они также создали сверхпрочную «гибридную» конструкцию, которая представляет собой алюминиевый вал с углеродистой обмоткой. Ниже приведены некоторые из вопросов, которые мы чаще всего слышим от гонщиков, но мы знаем, что у вас может быть гораздо больше вопросов, которые мы не задавали. Если после прочтения этой статьи у вас остались вопросы, все три производителя приветствуют их в своих технических отделах.

Если в своде правил не требуется конкретный материал, есть ли какие-либо преимущества стального карданного вала по сравнению с алюминием и алюминия по сравнению с углеродным волокном?

Безусловно, самым большим фактором после требований вашей книги правил являются ограничения вашего гоночного бюджета.Алюминиевый гоночный карданный вал будет дороже стального, а углеродное волокно будет дороже.

Но старая поговорка, что вы получаете то, за что платите, здесь верна. «Одна из хороших вещей в старомодной стали марки D.O.M. (вытянутой на оправке) в том, что она очень прочная», — говорит Рэймонд. «Сталь может подвергаться гораздо большему злоупотреблению, чем любой другой вал, но алюминиевые и карбоновые валы также имеют гораздо меньший вес и, как результат, требуют меньшего крутящего момента для вращения.Вы также получите лучший отклик, пытаясь раскрутить карданный вал легкого веса. Нам сказали, что вы можете получить от 6 до 8 лошадиных сил на задние колеса, просто сделав замену вала со стали на алюминий. Все материалы хороши и имеют свои приложения, это действительно тот случай, когда вы понимаете, что вы пытаетесь сделать и как вы хотите использовать автомобиль ».

Существует ли практический предел мощности для карданного вала? поверхность с высоким сцеплением, поэтому мне нужно беспокоиться о ударных волнах от удара дроссельной заслонки после того, как колени ослабят вал?

Просмотреть все 9 фотографий

Почти все производители предоставят вам полезный диапазон мощности.Раймонд говорит, что почти любой хорошо сделанный стальной или алюминиевый карданный вал должен без проблем справляться с мощностью до 700 лошадиных сил. Это намного выше уровня мощности практически любого гоночного класса, кроме Суперклассов и NASCAR Sprint Cup. Quarter Master оценивает его до предела крутящего момента Ultimate Torsion до невероятного крутящего момента в 4100 Нм. Но независимо от того, какой материал вы выберете, регулярное техническое обслуживание поможет продлить срок службы любого карданного вала. Quarter Master говорит, что когда все сделано правильно, вы можете использовать плетение из углеродного волокна, чтобы создать собственную характеристику демпфирования вибрации.Это потому, что слабым звеном почти всегда будут U-образные соединения и подшипники. Помимо проверки различных компонентов карданного вала, вы должны регулярно чистить и восстанавливать U-образные соединения.

Итак, как я могу проверить U-образные соединения и карданный вал в целом на наличие повреждений или износа?

«Ваш карданный вал всегда должен быть предметом технического обслуживания», — говорит Рэймонд. «Рекомендуется проверить люфт и убедиться, что рядом со сварными швами нет трещин. Вы также должны убедиться, что карданный вал прямой, вы можете использовать металлическую линейку, чтобы убедиться, что U-образные соединения не скручиваются.Вы будете утомлять алюминиевый вал намного быстрее, чем стальной. У них просто не такой же усталостный срок службы. «

Просмотреть все 9 фотографий

Горсух из QA1 также подчеркнул важность регулярного осмотра и технического обслуживания, даже когда работа с углеродным волокном. «В целом, наши карданные валы требуют не более техобслуживания, чем любой карданный вал из оригинальной стали, — говорит он. — Всегда полезно содержать вещи в чистоте и периодически проверять универсальные шарниры и скользящие хомуты, чтобы убедиться, что все туго.Это всегда хорошая идея сделать визуальный осмотр вала, чтобы убедиться, что концевые хомуты труб не переутомлены и не привязаны к вторичному хомуту. Вы также можете осмотреть поверхность углеродной трубки на предмет повреждений, вызванных мусором. Когда мы балансируем наши карданные валы, мы фактически удаляем материал, а не пытаемся добавить вес на вал. Это исключает вероятность сбивания веса и возможного дисбаланса вала. На данный момент мы не разработали ограничение крутящего момента.Постоянное тестирование позволит нам разрабатывать наши стандарты, чтобы не «перекомпилировать» карданные валы, что снижает прирост производительности. Так как мы производим наши углеродные трубы, мы можем отрегулировать конструкцию так, чтобы ограничивающим фактором было универсальное соединение или хомут трубы, а не углеродная труба. » число оборотов в минуту?

Максимальная частота вращения приводного вала также известна как его критическая скорость.Реймонд говорит, что критическая скорость любого приводного вала зависит от длины, диаметра, веса и материала.Вот почему карданные валы из алюминия и углеродного волокна, которые обладают меньшей прочностью, чем сталь, обычно имеют больший диаметр, чем стальной карданный вал.

«Если вы будете работать на критической скорости, у вас будет отказ приводного вала», — добавляет он. «Обычный режим отказа на критической скорости — труба карданного вала распадется, как рулон бумажного полотенца. Это нехорошо, и карданный вал почти всегда будет брать с собой что-то большее.

» Теоретический расчет критической скорости довольно прост.Мы постоянно проводим расчеты критических скоростей для клиентов и скорректировали наши расчеты, чтобы они были ближе к реальному миру. Вы также можете влиять на критическую скорость в зависимости от того, как устроен карданный вал и где размещены балансиры. Мы проделали большую работу с критической скоростью, наши клиенты NASCAR всегда действительно подталкивали нас к тому, чтобы получить больше от наших карданных валов, чем кто-либо другой. Мы видим, как гонщики преодолевают критическую скорость, а затем бегают выше ее, но это все еще рискованно, потому что каждый раз, когда вы проходите критическую скорость, вы утомляете карданный вал, что в конечном итоге приводит к отказу.«

Одним из больших преимуществ использования более дорогих материалов, таких как алюминий или углеродное волокно, является то, что более легкий вес обеспечивает более высокую критическую скорость. Однако Горсуч предупреждает, что не имеет значения, насколько высокое качество вашего карданного вала, если вы не он хорошо прилегает к хвостовой части коробки передач, а также к задней части. «Если вкладыш в хвостовой части коробки передач изношен, вы можете столкнуться с вибрацией, — говорит он. — Это происходит из-за того, что карданный вал теперь раскручивается ось.По этой причине всегда полезно проверять хомуты и шлицы, чтобы убедиться в их хорошем состоянии. «

Просмотреть все 9 фотографий

Карданные валы из алюминия и углеродного волокна немного легче стальных, но они могут также быть шире. Насколько велик этот компромисс при рассмотрении момента инерции?

Ускорение является важной частью кольцевых гонок, так как вы пытаетесь максимизировать, как быстро вы можете ускоряться в два раза на каждом круге. Момент инерции — это какая сила требуется что-то крутить, и есть два фактора, которые увеличивают момент инерции: вес и диаметр.Таким образом, вопрос заключается в том, сводит ли увеличение диаметра, необходимое для карданных валов из алюминия и карбона, к снижению веса?

Рэймонд настаивает на том, что увеличение диаметра не является чем-то компромиссным из-за резкого уменьшения общей массы.

Горсух добавляет, что вы должны рассмотреть все материалы, использованные для изготовления карданного вала. «Как правило, в стальном приводном валу используются стальные хомуты, приваренные к трубе, в то время как в углеродных и алюминиевых валах используются алюминиевые сварные хомуты.Момент инерции массы будет уменьшен в карданном валу из углеродного волокна или алюминия просто из-за смены материала ярма, — объясняет он. — Кроме того, поскольку углеродное волокно менее плотно, чем сталь и алюминий, диаметр трубы можно увеличить с помощью нет момента увеличения инерции. Например, если смотреть только на трубу (без сварочных хомутов), стальная труба диаметром 2,0 дюйма с толщиной стенки 0,095 дюйма имеет тот же момент инерции, что и углеродная труба с наружным диаметром 3,1 дюйма и толщиной стенки 0,125 дюйма. ,

Просмотреть все 9 фотографий

Каков практический срок службы карданного вала?

«Срок службы — это все, в каких условиях используется карданный вал», — говорит Рэймонд. «Если вы можете удерживать углы сочленения на уровне от 0,5 до 3,0 градусов и не сталкиваться с какой-либо влажностью, вы сможете управлять валом в течение всего сезона. У нас есть команды серии Truck, которые проводят несколько гонок на одном карданном вале и никогда не предпринимать никаких действий по техническому обслуживанию. У нас есть другие команды, которые проводят их только три гонки, а затем отправляют вал обратно для проверки, замены U-образного соединения и высокоскоростного баланса.Каждый меняет свой карданный вал после замены U-образного соединения на более высоких гоночных уровнях.

«Вмятины и царапины — все это может стать причиной возникновения стресса и, скорее всего, станет причиной отказа», — продолжает он. «Сложнее понять, насколько ваше приложение близко к пределу упругости карданного вала. Некоторые приложения Dirt Late Model могут работать в течение всего года с довольно серьезными вмятинами или царапинами, если они вызывают лишь небольшую вибрацию из-за изменения баланса. »

Ситуация с углеродным волокном немного отличается от срока службы алюминиевого вала, который может страдать от усталостной нагрузки.«Для правильно сконструированного высококачественного вала из углеродного волокна, в котором максимальные эксплуатационные нагрузки находятся в волокнах, усовершенствованный композитный материал обладает высокой устойчивостью к общим эффектам усталости и является отличным заменителем металлов в условиях повышенной усталости», — объясняет технология в Quarter Master. «Например, алюминиевые валы должны быть рассчитаны на работу с максимальным уровнем напряжения 30 процентов, чтобы избежать потенциального усталостного разрушения в течение жизненного цикла. Напротив, усталостные характеристики для углеродного волокна намного превосходят все металлы.Опубликованные данные показывают, что уровень стресса в 50 процентов, углеродного волокна может работать в течение 30 лет при этом устойчивом уровне нагрузки с коэффициентом надежности 0,999999. Другими словами, теоретически вал Quarter Master из углеродного волокна может непрерывно работать при 2050 фунт-фут в течение более 30 лет без сбоев. » безопаснее как для водителя, так и для автомобиля по сравнению с алюминиевым или стальным валом. Когда выходит из строя угольная труба, матрица расслаивается и измельчается в волокна, оставляя очень малую массу для разрыва в автомобиле.Стальной или алюминиевый вал, однако, сохраняет всю свою массу и в случае отказа становится смертельным оружием, разворачивающимся прямо под водителем. Этот вал может разорваться через металлическую половую панель, как бейсбольная бита, через лист газеты, и водитель будет следующим. К сожалению, когда человеческая плоть и кости пытаются столкнуться с быстро движущимся куском алюминия или стали, металл всегда побеждает.

Просмотреть все 9 фотографий

Правильно измерить карданный вал так же важно, как правильно подобранный материал или правильный баланс.Запуск слишком длинного или слишком короткого карданного вала может вызвать массу проблем. Ваш карданный вал входит в задний вал трансмиссии и вынимается из него во время обычного хода подвески. В некоторых современных грунтовых автомобилях более высокого уровня подвеска движется довольно медленно на каждом круге. Если нет достаточного места для того, чтобы передний желток скользил в карданный вал и выходил из него, это может повредить подшипники и уплотнения, саму трансмиссию или, в крайнем случае, соскользнуть с карданного вала.

При этом убедитесь, что вы правильно измеряете для вашего нового карданного вала имеет решающее значение.Каждый производитель карданных валов может предложить вам конкретный способ измерения, но вот несколько вещей, которые всегда следует помнить.

Наличие автомобиля на высоте дорожного просвета дает вам отличную отправную точку для измерения, поскольку вы находитесь в середине хода подвески. Повторное изображение висящее или сжатое, желток скольжения может быть слишком далеко внутри или снаружи корпуса заднего вала.

Вашему карданному валу нужно место, чтобы проскользнуть в коробку передач и выйти из нее. Оставляя около дюйма места для желтка, чтобы скользить в хвостовой вал, в большинстве случаев будет более чем достаточно места, чтобы убедиться, что карданный вал не повредит трансмиссию.

Проверьте во время измерения, но убедитесь, что нет ничего, с чем может соприкоснуться карданный вал. Выхлопные кронштейны или любые другие зажимы или кронштейны могут разрезать карданный вал, вызывая неисправность. Также проверьте, нет ли ослабленных шлангов или проводов. Поскольку приводной вал вращается с высокой скоростью, топливные или тормозные магистрали или провода могут легко запутаться в приводном валу. Их могут вырвать из машины, что вызовет гораздо большие проблемы!

Хотя это отдельная тема для истории, сейчас самое время проверить и исправить углы трансмиссии, если они выключены.Крайние углы могут привести к преждевременному износу и выходу из строя U-образного шва. Убедитесь, что углы находятся в пределах рекомендуемого диапазона.

Хитрость заключается в том, чтобы выбрать карданный вал, который не только разрешен правилами, но и является лучшим вариантом, доступным для вашего приложения.

Просмотреть все 9 фотографий