Карданный вал КрАЗ
Срок службы карданной передачи обычно меньше срока службы автомобиля. Несколько лет назад считался удовлетворительным ресурс карданной передачи, равный половине ресурса автомобиля. Однако на основании проведенных в последнее время автомобильными заводами и научно-исследовательскими организациями работ по совершенствованию карданной передачи установлена принципиальная возможность увеличения ресурса карданной передачи до общего ресурса автомобиля.
Характерными и наиболее часто встречающимися отказами карданной передачи являются отказы карданных шарниров и шлицевых соединений.
Отказы карданных шарниров происходят вследствие износа, питтинга и бринеллировання шипов крестовин, разрушения игольчатых подшипников и их уплотнителей, а отказы шлицевых соединений являются результатом почти исключительно износа. И те, и другие отказы вызываются совместным действием многих факторов. Поэтому повышение долговечности карданной передачи должно решаться комплексно и включать исследование нагрузочных режимов и выработку мер по уменьшению нагрузок, действующих на детали карданной передачи; улучшение смазки и защиты рабочих поверхностей от абразивного износа и коррозии; исследование технологических особенностей изготовления и совершенствование технологии. Эти три направления были избраны в качестве основных при совершенствовании карданной передачи.
Режимы нагружения карданной передачи КрАЗ
Известно, что в передаче с асинхронными карданами карданный вал из-за неравномерности вращения нагружается переменным крутящим моментом, максимальная величина которого зависит от угла наклона вала.
Частота колебаний моментов равна удвоенной частоте вращения ведущего вала. Зная максимальные моменты, а также конструктивные параметры карданной передачи, определяют напряжения в ее деталях, а валы, кроме того, проверяют на крутильные колебания.
Оценка нагрузочного режима карданной передачи по максимальным напряжениям в ее деталях признана вполне достаточной, так как эти детали, как правило, не имеют усталостных разрушений.
При определении напряжений обычно ограничиваются только учетом сил, возникающих от передаваемого крутящего момента. Однако детали карданной передачи нагружаются также осевыми силами, возникающими в шлицевом соединении при перемещениях ведущих мостов. Как показывают исследования, эти силы могут достигать значительной величины. Установлено, что между осевой силой и передаваемым моментом существует нелинейная зависимость, что свидетельствует о непостоянстве коэффициента трения.
Нагруженность осевой силой карданных валов автомобилей КрАЗ исследовалась на стенде с качающейся промежуточной опорой. Измерения проводились методом тензометрирования. Ввиду того что стенд не позволял создать нагрузки, равные эксплуатационным, измерения осуществлялись при крутящем моменте до 80 кгс-м.
Если принять полученный из этой зависимости коэффициент трения 0,145, то максимальная осевая сила в карданных валах привода мостов автомобилей КрАЗ 2190 кгс (по моменту, ограниченному сцепным весом автомобиля). Если расчет вести по максимальному моменту двигателя, то осевая сила 5400 кгс. При такой осевой силе напряжения в деталях карданной передачи могут заметно возрасти, поэтому осевую силу при расчетах на прочность надо учитывать. Проиллюстрируем это на примере крестовины карданного вала привода заднего моста автомобиля КрАЗ-255Б.
Напряжения изгиба в шипе крестовины без учета осевой силы 2410 кгс/см2; с учетом осевой силы 2190 кгс, а с учетом осевой силы 5400 кгс. Таким образом, осевая сила увеличивает расчетные напряжения в шипе крестовины на 12,5%. Ниже приводятся некоторые сведения о параметрах карданной передачи автомобиля КрАЗ-255Б и даются полученные расчетным путем напряжения в основных деталях этой передачи.
Повышение надежности карданной передачи КрАЗ
Износ и осевые силы в шарнирном сопряжении можно уменьшить, выбрав соответствующую смазку. До 1973 г. шлицевое соединение карданных валов автомобилей КрАЗ смазывалось при каждом ТО-2 (через 8-10 тыс. км) солидолом УС-3 (летом) или УС-1 (зимой). С 1973 г. применяется графитная смазка УСсА (ГОСТ 3333-55), замена ее производится через каждое ТО-2. Одновременно со значительным уменьшением трудоемкости обслуживания применение смазки нового вида увеличивает износостойкость шлицев и уменьшает осевую силу в шлицевом соединении.
Другой мерой, позволившей повысить долговечность карданной передачи, является увеличение длины шлицев карданного вала переднего моста с 115 до 190 мм. При этом вместо войлочного уплотнителя был установлен более эффективный резиновый уплотнитель, работающий по шлицевой части. Вследствие увеличения длины шлицев уменьшилась удельная мощность сил трения, а следовательно, и износ шлицев, который, как известно, непосредственно от нее зависит.
Если принять, что скорость скольжения постоянна, то уменьшение удельной мощности сил трения при удлинении шлицев с 115 до 190 мм составит 40%.
Удлинение шлицев карданного вала, кроме того, позволяет уменьшить дисбаланс, вызываемый монтажными зазорами и износами в шлицевом соединении. Дисбаланс, обусловленный наличием зазоров в шлицевом соединении, определяется изломом геометрической оси карданного вала.
Большое значение имеет установление зависимости между износом шлицев и эффективностью их защиты от попадания пыли и грязи. Известны два вида защитных устройств шлицевых соединений карданных валов: резиновая гофрированная муфта и жесткая защитная труба, один конец которой прикреплен к шлицевому концу вала, а другой перемещается по наружной поверхности скользящей вилки.
Эффективность защитных устройств проверяется во время дорожных и стендовых испытаний. Стенд оборудован двумя одинаковыми электрическими машинами постоянного тока и двумя коробками передач. Электрическая машина работает в режиме электродвигателя, а балансирная электрическая машина - в режиме генератора. Последняя снабжена весовым устройством, с помощью которого контролируют нагружение карданной передачи. Испытываемую карданную передачу помещают в грязевую ванну. Карданные валы, установленные на промежуточных опорах, крепятся соответственно к коробкам передач. Между собой валы соединяются с помощью промежуточной опоры, которая шарнирно подвешена на оси и получает качательное движение от гидравлического цилиндра.