Анализ методов повышения долговечности крестовин и шлицевых сочленений карданной передачи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ методов повышения долговечности крестовин и шлицевых сочленений карданной передачи

А.П. Ериков, доцент кафедры эксплуатации автобронетанковой техники, доцент

Электронный адрес: yerikov@yandex.ru

Пермский военный институт войск национальной гвардии Российской Федерации,

614112, г. Пермь, ул. Гремячий Лог, 1

В статье проведен анализ современных методов повышения долговечности крестовин и шлицевых сочленений карданной передачи автомобилей, рассмотрены виды конструкционных материалов применяемых для их изготовления и проанализировано влияние пластичных смазок на долговечность работы соединений.

Ключевые слова: карданный шарнир; крестовина; шлицевое сочленение; карданная передача; подшипник; узел трения; фреттинг-коррозия; консистентная смазка; азотирование; цементация; цианирование.

ANALYSIS OF METHODS OF INCREASING DURABILITY OF FROGS AND SPLINE JOINTS DRIVELINE

A.P. Yerikov, associate professor of the department of armored equipment, associate professor.

E-mail: yerikov@yandex.ru

The Perm Military Institute of the National Guard Troops of the Russian Federation, Perm

614112, Perm, Gremyachiy Log Street, 1

The article analyzes the modern methods of increasing the durability of the crosses and spleen joints of the driveline for cars, examines the types of structural materials used for their manufacture and analyzes the effect of greases on the durability of the compounds.

Keywords: universal joint; cross; spleen joint; universal drive; bearing; friction knot; fretting corrosion; grease; nit riding; cementation; cyanidation.

Существенное влияние на нагруженность карданного шарнира оказывают пружинящие свойства шипа крестовины и стакана игольчатого подшипника. Одним из факторов, определяющих работоспособность шарнира, является точность изготовления его деталей. Так в интервале контактных давлений 2000-3000 МПа при максимальном зазоре, возможно, увеличить передаваемый крутящий момент на 20-30%. Изменяя жесткость вилок и радиальный зазор в подшипнике можно в 3-5 раз повысить нагрузочную способность узла [1].

Смазка, герметичность и качество технического обслуживания карданного шарнира являются основными средствами борьбы с ложным бринелированием. Результаты многочисленных экспериментальных исследований показали целесообразность использования для карданных шарниров консистентных смазок вместо жидких масел. Применение более инновационных пластичных смазок повышает эксплуатационные показатели крестовин и подшипников. Повышение износостойкости, обеспечивая уменьшение нагруженности узла трения, увеличение его защищенности от попадания абразива и улучшение смазки, способствуют повышению ресурса деталей.

Комплекс внедренных на заводах автомобильной промышленности конструкторских мероприятий, включающих уменьшение установочного статического угла наклона карданных валов, введение крестовин увеличенных размеров, повышение точности изготовления подшипников, обеспечил двукратное увеличение долговечности карданного шарнира. Дальнейшее повышение износостойкости узла конструкторскими методами может заключаться в увеличении его герметичности, оптимизации системы смазывания, повышении точности деталей, оптимизации геометрии тела качения подшипника.

Конструкторские приемы повышения износостойкости являются более предпочтительными по сравнению с другими, так как влияют на причину преждевременного выхода детали из строя. Однако для традиционно сложившихся конструкций совершенствование технологий является достаточно эффективным.

Важное значение имеет выбор конструкционного материала для изготовления деталей шарнира. В отечественном автомобилестроении для крестовин карданных шарниров грузовых автомобилей используют в основном легированные, подверженные цементации стали следующих марок: 20Х, 12ХН3А, 15ХГН2ТА, 18ХГТ, 20ХГНТР и др. Для достижения высокой контактной и усталостной прочности необходимо сочетание повышенной твердости шипов крестовины в зоне посадки подшипников и увеличенной вязкости в их основании.

Существенными возможностями для изменения химического состава и структуры поверхностного слоя, а также физико-механических и фрикционно-усталостных параметров обладают технологические методы упрочнения. На многих автотранспортных предприятиях ведутся работы по применению плазменного напыления, лазерной, электронно-лучевой и других методов упрочнения шипов крестовины.

Анализ технологии изготовления новых и восстановления изношенных крестовин карданных валов указывает на то, что для увеличения ресурса этих деталей необходимо повысить точность и стабильность геометрических и эксплуатационных параметров, а также улучшить качество защиты трущихся поверхностей от частиц дорожной пыли [2].

Повышение износостойкости шлицевых соединений может быть обеспечено конструкторскими и технологическими методами. В случае преимущественного абразивного изнашивания шлицевых соединений эффективным может быть применение дополнительного уплотнения, препятствующего попаданию частиц дорожной пыли в зону контакта трущихся поверхностей. Применение телескопической защиты шлицев карданных валов способствует уменьшению средней интенсивности износа деталей сопряжения в 2,5-4 раза.

Большое влияние на долговечность шлицевых поверхностей оказывают их геометрические параметры. Так увеличение зазора по центрирующему диаметру с 0,02 до 0,14 мм приводит к повышению износа на 15-20%. В значительно меньшей степени на износостойкость шлицев влияет изменение бокового зазора. Даже при его увеличении до 2 мм при испытаниях не было выявлено заметного изменения износостойкости. При трогании автомобиля с места, а также при работе в сложных дорожных условиях в шлицевых сочленениях карданного вала происходит резкая выборка бокового зазора, и хотя при этом увеличивается нагруженность деталей сочленения, существенного изменения величины износа не наблюдается.

Для предотвращения фреттинг-коррозии в шлицевых соединениях необходимо по возможности устранить или уменьшить относительное перемещение сопрягаемых поверхностей. Это обеспечивается оптимизацией профиля зубьев, повышением точности изготовления шлицевых соединений. Также эффективным конструкторским приемом является назначение посадок по центрирующему диаметру шлицевого соединения с минимальными зазорами.

В свое время осуществленная на КамАЗе замена прямобочного профиля шлицевого соединения эвольвентным более чем в два раза увеличила износостойкость трущихся поверхностей, что объясняется меньшей величиной скольжения рабочих поверхностей шлицев вследствие лучшего самоцентрирования втулки относительно вала при эвольвентном профиле зуба.

Эффективным средством борьбы с фреттинг-коррозией является перенос относительного микроперемещения в промежуточную среду, что достигается применением промежуточных демпфирующих материалов на основе металлов с низким модулем упругости или полимеров. Устранить фреттинг-коррозию можно применением фосфатно-фторопластовых покрытий, что увеличит вдвое долговечность шлицевых соединений.

Для повышения износостойкости шлицевых соединений хорошо себя зарекомендовали специальные нейлоновые антифрикционные покрытия трущихся поверхностей. Такие покрытия способствуют демпфированию вибраций, более равномерному распределению нагрузок по рабочим поверхностям. Применение нейлоновых прослоек позволяет снизить коэффициент трения, что продлевает срок службы шлицевых соединений карданного вала и увеличивает пробег автомобиля [3].

Повышение износостойкости шлицевых соединений технологическими методами ведется по двум направлениям: повышение точности изготовления шлицевых соединений и борьба с процессами разрушения трущихся поверхностей в сочленениях.

Что касается точности изготовления, то в значительной степени на износостойкость влияют отклонения от параллельности боковых поверхностей шлицев, которые приводят к перекосу и смещению точек контактов шлицев в радиальном и осевом направлении. Аналогичное влияние оказывают и отклонения от параллельности боковых поверхностей впадин шлицевого соединения.

Таким образом, важным фактором повышения износостойкости шлицевых соединений является соблюдение параллельности зубьев вала относительно его оси, что при производстве шлицевых соединений достигается введением в технологический процесс операции шлифования зубьев после термической обработки.

Чтобы уменьшить вероятность появления задиров, необходимо повышать твердость и сопротивление поверхностных слоев пластическому деформированию, а также предотвращать появление металлического контакта между трущимися поверхностями. Для этого необходимо применять разнообразные технологические способы, понижающие интенсивность разрушения шлицевых соединений.

Значительное влияние на износостойкость оказывает твердость шлицев деталей, входящих в сочленение. При неоднократных стендовых испытаниях был выявлен линейный характер зависимости износа шлицев от их твердости. Испытания шлицевых соединений из различных марок сталей с одинаковой твердостью показали практически равную износостойкость. Изучение интенсивности изнашивания шлицевых соединений, повергающихся упрочнению цементацией, показало увеличение критического давления в полтора раза. Для дальнейшего увеличения износостойкости шлицевых соединений необходимо шире использовать скоростные методы цементации. Применение азотирования и цианирования может увеличить в три раза срок службы шлицевого соединения в приводе. Минимальное коробление детали получается при цианировании на глубину 0,2-0,3 мм.

Существенным резервом повышения износостойкости шлицевых сопряжений карданной передачи автомобиля, выходящей из строя вследствие схватывания или усталостного выкрашивания, является использование оптимальных составов смазок. Повышение вязкости устраняет износ шлицев в соединениях, где ранее наблюдались износы. Повысить износостойкость шлицевых соединений можно применением специальных металлоплакирующих смазок с добавлением частиц различных металлов, способствующих возникновению явления избирательного переноса.

Таким образом, методы повышения долговечности шлицевых соединений с применением консистентных смазок независимо от типа загустителя не эффективны для сопряжений, преобладающим износом в которых является фреттинг-коррозия, так как применяемые смазки засоряются продуктами износа и теряют свои свойства.

Список литературы

крестовина шлицевой карданный передача долговечность

1. Кокорева О.Г. Повышение долговечности тяжелонагруженных поверхностей сердечников крестовин стрелочных переводов // Международный журнал экспериментального образования. М.: Изд-во: НИЦ «Академия естествознания». 2010. - № 11.

2. Тимашев Е.П. Крестовина карданного шарнира повышенной ремонтопригодности // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина. М.: Изд-во: Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева. 2009. - № 1(32).

3. Беленький В.Я. Использование аддитивных технологий для восстановления деталей транспортных средств специального назначения / В.Я. Беленький, А.П. Ериков, А.Р. Магомедов // Развитие научной конкуренции в области высоких технологий: сб. ст. междунар. науч.-пр. конф. - Уфа: РИО МЦИИ ОМЕГА САЙНС, 2018.

Размещено на Allbest.ru