Fotki:

Przegub Cardana
Autor: Mgr inż. Jan Marek Kurtycz <>
Źródło: Młody Technik 1/1966 <http://www.mt.com.pl>

W ogromne] rodzinie mechanizmów służących do przenoszenia energii
mechanicznej napotykamy na urządzenie o nazwie przegub Cardana. Mechanizm
ten, zwany również sprzęgłem wychylnym, służy do połączeniu dwu
obracających się. wałów w tych przypadkach, gdy osie ich są nachylone pod
pewnym kątem. Najprostszy układ przegubu Cardana przedstawiony ]est na rys.
l i składa się. z dwu jarzmowych zakończeń wałów i łączącego je krzyżaka. W
ten sposób wirujący z prędkością W, wał napędzający I zmusza wał II do
obrotów z prędkością W2. Układ ten ma jednak zasadniczą wadę polegającą na
nierównomierncści obrotów wału napędzanego II przy stałych obrotach wału I.
Zmiany te powtarzają się za każdym obrotem i są zgodne z następującą
zależnością matematyczną wyrażającą stosunek prędkości obrotowych:

i=W1/W2=cos(gamma)/sin(alfa)*sin(alfa)+cos(alfa)*cos(alfa)*cos(gamma)*cos(gamma)
[oznaczenia kątów - patrz obrazki 1 i 2]

gdzie gamma jest kątem nachylenia osi wałów względem siebie i alfa kątem
obrotu wału I mierzonym od początkowego pionowega połażenia osi jarzma.
Jak z tego wynika, nie można wykorzystać takiego przegubu w maszynach, w
których zależy nam na przenoszeniu ruchu obrotowego bez zniekształceń, a
więc w obrabiarkach czy układach napędowych samochodu. Nie ma jednak powodu
do niepokoju, bo ta sama matematyka, która służyła nam do określenia
działania pojedynczego przegubu, ukazuje metodę okiełznania
niezdyscyplinowanych obrotów wału napędzanego.
Na rys. 2 przedstawiony został schemat tek zwanego podwójnego przegubu
Cardana, który składa się z dwu identycznych, a opisanych wyżej elementów.
Każdy z nich obarczony jest nieszczęsną wadą zniekształcania obrotów, w
sumie jednak wał II będzie miał prędkość obrotową identyczną z prędkością
wału napędowego I. Dzieje się tak dzięki ustaleniu obu przegubów w taki ap
sób, aby były przekręcone względem siebie o 90°, i zapewnieniu równości
kąta gamma, zawartego między wałem napędowym I i pośredniczącym, z kątem
zawartym między wałem pośredniczącym i odbierającym. Tak więc prędkość
obrotowa zniekształcona przez pierwszy przegub wraca do normy po  przejściu
drugiego.
Mamy tu do czynienia ze zjawiskiem wzajemnego znoszenia się zniekształceń o
znakach przeciwnych.
Dzięki giętkości przegubu podwójnego — w przenośni i w znaczeniu dosłownym
— dzięki zaletom technicznym jest on często stosowany w budowie obrabiarek
do przenoszenia napędu na zespoły ruchome, do połączenia silnika z
mechanizmem różnicowym w samochodzie i w wielu innych urządzeniach.
Lepszym jeszcze, bo bardziej zwartym mechanizmem jest przegub Cardana o
zerowej długości wału pośredniczącego, przedstawiony na okładce [rys. 3].
Cały ten mechanizm składa się z wału napędzającego, napędzanego i dwu
pierścieni łączących. Rozwidlony koniec wału napędzającego (1) połączony
jest przegubowo z pierścieniem wewnętrznym (2) przy pomocy trzpieni (6).
pierścień wewnętrzny połączony jest również przegubowo z zewnętrznym (3)
inną parą trzpieni, a te.i z kolei w ten sam sposób z jarzmem (4) wału
napędzanego (5). Wszystkie te połączenia nie są zupełnie dowolne, gdyż uś
wychyłu każdego z nich musi być prostopadła do osi następnego. Tylko przy
spełnieniu tego warunku mażemy liczyć na prawidłową pracę całego
mechanizmu. Kąt wzajemnego nachylenia obu wałów, teoretycznie, może
dochodzić do wart ści nieskończenie bliskiej 90°, w praktyce jednak nie
możemy się zbytnio zbażać do tej wartości, gdyż oprócz trudności
konstrukcyjnych, grozi to zakleszczeniem mechanizmu.
Jeżeli chodzi o wyjaśnienie nazwy przegubu, to przy pewnej dozie chęci,
dociekliwości technicznej i wy braźni możemy odszukać ten zagadkowy wał
pośredniczący o zerowej długości.
Na zakończenie warto dodać, że interesującym i jednym z bardzo licznych
zastosowań opisanego mechanizmu jest tzw. zawieszenie uniwersalne kompasów
i urządzeń giroskopowych służących do sterowania samolotu.

Mgr inż. Jan Marek Kurtycz