Карданный вал
Напряжения вычислены для карданного вала заднего моста КрАЗ по максимальному крутящему моменту, ограниченному сцепным весом автомобиля, = 43700 кгс-см без учета осевой силы.
Трубу карданного вала КрАЗ рассчитывают по сечению, имеющему наименьший момент сопротивления. В исходной конструкции таким сечением было сечение по проточке под установку вилки диаметром 82,6 мм.
Впоследствии проточка была аннулирована, поэтому напряжение в трубе карданного вала уменьшилось с 1112 до 1010 кгс/см2. В результате этого возрос коэффициент запаса прочности трубы и, следовательно, повысилась надежность карданного вала.
Известный интерес представляют нагрузки, действующие на торец шипа и донышко игольчатого подшипника шарнирного сочленения, так как в отдельных случаях при эксплуатации автомобилей КрАЗ наблюдались повышенный износ торца шина и разрушение донышек игольчатых подшипников.
В литературе описано влияние дисбаланса деталей карданной передачи на нагруженность торца шипа и донышка игольчатого подшипника. Проведенные на партии деталей измерения показали, что дисбаланс фланца-вилки автомобилей КрАЗ может достигать 305 гс-см. При этом дисбалансе центробежная сила на режиме максимальной частоты вращения 3160 об/мин равна 33,9 кгс. Следовательно, максимальная нагрузка от центробежных сил на торец шипа с учетом неуравновешенности крестовины и всего карданного вала вряд ли может превысить 80-100 кгс, т. е. центробежные силы не могут вызвать повышенный износ торца шипа и разрушения донышка подшипника.
Рассмотрим влияние возникающей в шлицевом соединении осевой силы на нагруженность торца шипа и донышка подшипника. При угле наклона карданного вала 15° и осевой силе 5400 кгс сила 1398 кгс. Таким образом, можно констатировать, что решающее влияние на нагруженность торца шипа и донышка оказывает осевая сила. Чтобы снизить нагруженность торца шипа, необходимо уменьшить эту силу. Принятые меры по уменьшению силы в шлицевых сочленениях карданных валов рассмотрены ниже.
Наряду с оценкой нагрузочных режимов карданной передачи расчетным методом проводятся экспериментальные исследования нагруженности карданной передачи па стендах и в дорожных условиях.
Крутящие моменты на карданных валах и осевые силы измеряются методом тензометрирования. Аппаратура, используемая для этой цели, состоит из проволочных тензодатчнков, ртутных и щелочных токосъемников, усилителя и осциллографа.
При измерении крутящего момента на трубу карданного вала наклеивают два датчика, расположенных под углом 45е к оси вала и перпендикулярно друг к другу. Датчики включаются в разные плечи полумоста, что исключает влияние изгибных деформаций.
При определении осевых сил на вал наклеивают четыре датчика: рабочие датчики на противоположных сторонах трубы в плоскости вилок с ориентацией вдоль оси трубы и компенсационные датчики - поперек трубы рядом с датчиками соответственно. Датчики соединяют последовательно в одном плече полумоста, а датчики - в другом его плече. Такое соединение исключает влияние изгибных деформаций и деформаций кручения.
Результаты тензометрирования и расчетов, дополняя друг друга, дают возможность определить те детали карданной передачи, которые имеют недостаточную статическую или усталостную прочность и требуют усиления. Однако ресурс карданной передачи зависит не только и не столько от прочности ее деталей, сколько от их износостойкости. Рекомендации по улучшению износостойкости, как правило, вырабатываются на основании большого числа экспериментов. Хорошо известно общее положение о том, что износостойкость трущихся поверхностей зависит от их твердости и чистоты, удельной нагрузки и удельной мощности трения, смазки рабочих поверхностей и защищенности их от влаги, пыли и грязи.
Предельный износ шлицев карданной передачи определяется не их прочностью, а вызываемыми им последствиями. К ним относятся увеличение неуравновешенности карданной передачи и обусловленное этим возникновение вибраций, отрицательно влияющих на работоспособность всего автомобиля, а также заклинивание шлицев, вследствие чего резко возрастает осевая сила. При увеличении осевой силы не только снижается работоспособность шарниров, как это было показано выше, но возникают также дополнительные нагрузки в картерах и подвеске агрегатов трансмиссии.