CC BY
67
УДК 621.825.6-192
Е.П. Тимашов, канд. техн. наук
ОУ ВПО «Белгородский университет потребительской кооперации»
КРЕСТОВИНА КАРДАННОГО ШАРНИРА ПОВЫШЕННОЙ РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ
В механических трансмиссиях автомобилей широко применяются карданные шарниры неравных угловых скоростей на игольчатых подшипниках. Долговечность карданных шарниров ограничивает надежность трансмиссии в целом.
Анализ износов подшипниковых узлов показал, что основной причиной выхода из строя игольчатых подшипников является одностороннее восприятие нагрузки элементами подшипниковых узлов. Нерабочие поверхности подшипниковых узлов практически не изнашиваются [1].
Перспективным методом повышения долговечности карданных шарниров являются мероприятия, направленные на более полное использование рабочих поверхностей подшипниковых узлов карданных шарниров. Реализация таких методов осуществляется заменой рабочих поверхностей шипов крестовин карданных шарниров [2-4].
Недостатки этих методов—необходимость разборки карданного шарнира и, как следствие, — высокая трудоемкость технического обслуживания.
Для устранения указанных недостатков был разработан карданный шарнир повышенной ремонтопригодности и способ его обслуживания [5]. Отличительная особенность шарнира — одновременный поворот рабочих поверхностей четырех шипов при его техническом обслуживании с помощью приводного элемента (рис. 1).
Техническое обслуживание указанного карданного шарнира включает частичную разборку, вос-
7
4 ^3
Рис. 1. Крестовина карданного шарнира повышенной ремонтопригодности:
1 — нижний корпус; 2 — верхний корпус; 3 — центрирующий элемент; 4 — шипы; 5 — конические зубчатые колеса; 6 — приводной элемент; 7 — болты
84
становление технического ресурса путем поворота поверхностей шипов крестовины вокруг их собственных осей на любой угол с помощью приводного элемента и сборку.
Для реализации способа замены поверхностей подшипниковых узлов необходимо обосновать угол, на который нужно поворачивать шипы крестовины. Угол зоны износа шипа крестовины уи определяется по формуле:
уи = ^1 + 2р, (1)
где у1 — угол зоны нагружения, град, для однорядного игольчатого подшипника у1 = 90° [6]; в — угол излома карданного шарнира, град.
Таким образом, используя зависимость (1), можно определить угол поворота шипов крестовины при замене рабочих поверхностей. Например, согласно ГОСТ 2752-81 и ГОСТ 13758-89 максимальный угол излома карданного шарнира составляет 22°, тогда угол поворота составит 134°.
Так как данное изобретение вносит существенные изменения в конструкцию стандартных крестовин карданных шарниров, то необходим проверочный расчет предлагаемой конструкции. Для расчета применен программный комплекс инженерных расчетов АРМ "^пМаБЫпе, разработанный научно-техническим центром «Автоматизированное проектирование машин», г. Королев. В этом комплексе используется модуль АРМ В^исШгеЗБ, основанный на методе конечно-элементного анализа.
При расчете трехмерные модели стандартной и новой крестовин были разбиты на несколько тысяч конечных элементов. Затем к полученным конечно-элементным моделям были приложены нагрузки, соответствующие эксплуатационным. Например, на карданные шарниры трансмиссии автомобиля ГАЗ-53А действует крутящий момент 737,9 Нм при частоте вращения 992,3 мин-1. В результате произведенных расчетов для каждой крестовины построены компьютерные конечно-элементные модели (рис. 2), карты напряжений, карты перемещений и коэффициенты запаса усталостной прочности. Количественные результаты расчетов представлены в таблице.
Полученные результаты показали, что конструкция предлагаемой крестовины по основным параметрам не уступает стандартной конструкции.
а б
Рис. 2. Конечно-элементные модели стандартной (а) и новой (б) крестовины
Результаты расчетов
Параметр Стан- дартная кресто- вина Новая кресто- вина
Максимальные напряжения, МПа Максимальные перемещения, мм Коэффициент запаса усталостной прочности 348 0,047 1,92 200 0,029 3,56
Поэтому целесообразно изготовление опытных образцов и проведение испытаний с целью определения долговечности крестовины повышенной ремонтопригодности.
Для реализации данного изобретения были разработаны рабочие чертежи деталей сборной крестовины с учетом всех конструктивных особенностей стандартной крестовины IV типоразмера по ОСТ 37.001.068-76. По рабочим чертежам был изготовлен опытный образец крестовины.
Реализация принципа замены рабочих поверхностей подшипниковых узлов карданных шарни-
ров позволит повысить их долговечность, а следовательно, и надежность техники. Предлагаемая конструкция карданного шарнира повышенной ремонтопригодности и методика расчета угла поворота шипов крестовины позволят реализовать принцип замены рабочих поверхностей. Задача дальнейших исследований — проведение стендовых и эксплуатационных испытаний карданного шарнира повышенной ремонтопригодности.
Список литературы
1. Тимашов, Е.П. Повышение долговечности карданных шарниров сельскохозяйственной техники при ремонте и эксплуатации: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.20.03. — М.: ФГОУ ВПО МГАУ, 2005.
2. Сигаев, А.М. Экспериментальная оценка некоторых путей повышения надежности шарниров карданных передач энергонасыщенных тракторов: сб. науч. тр. МИИСП / А.М. Сигаев. — М., МИИСП, 1982.
3. Пат. 2075878 РФ, МПК6 Е 16 Б 3/26. Карданный шарнир / А.М. Сигаев, А.Г. Пастухов. — № 93035709/28, заявл. 07.07.93; опубл. 20.03.98. Бюл. № 8.
4. Пат. 2232309 РФ, МПК7 Е 16 С 11/06. Карданный шарнир и способ его технического обслуживания / Е.П. Ти-машов, А.Г. Пастухов, Н.Ф. Скурятин. — № 2003100986/11, заявл. 13.01.2003; опубл. 10.07.2004. Бюл. № 19.
5. Пат. 2238446 РФ, МПК7 Е 16 С 11/06, Е 16 Б 3/32, В 60 $ 5/00. Карданный шарнир и способ его технического обслуживания / Н.Ф. Скурятин, А.Г. Пастухов, Е.П. Тимашов. — № 2003106909, заявл. 12.03.2003; опубл. 20.10.2004. Бюл. № 29.
6. Тимашов, Е.П. Теоретическое обоснование конструктивно-технологических параметров крестовины карданного шарнира повышенной ремонтопригодности / Е.П. Тима-шов // Сб. тр. Междунар. науч.-практич. конф. — Старый Оскол: СТИ МИСиС, 2007. — Т. 4. — С. 156-161.
УДК 621.891
С.В. Стребков, канд. техн. наук, доцент
ФГОУ ВПО «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия»
А.С. Стребков, аспирант
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
обоснование применения добавок к смазочным материалам
Во время нормальной эксплуатации трение, как физическое явление, формирует определенный уровень надежности узлов и агрегатов машин. Изнашивание приводит к изменению зазоров или натягов соединений. Взаимодействие поверхностей локализуется в тонком приповерхностном слое с образова-
нием вторичных структур. Причиной их образования является взаимное влияние материала контактирующих тел, смазывающей среды, атмосферы, режимов трения. В результате поверхность трения приобретает свойства, ранее ненаблюдаемые: защищает исходный материал от механических и физи-
85
