§4.4. Карданные приводы.

Карданные приводы состоят из карданных валов, раздаточных и осевых редукторов. При проектировании карданного привода стремятся обеспечить небольшие углы наклона карданных валов, минимальные моменты инерции вращающихся масс и хорошую их балансировку. Карданные приводы стремятся максимально унифицировать, применяя однотипную конструкцию карданных валов, раздаточных и осевых редукторов.

В карданном приводе крутящий момент от коробки передач к осевым редукторам передается через карданные валы, наличие которых вследствие шлицевых и шарнирных соединений обеспечивает осевые и угловые смещения одного связываемого агрегата относительно другого. Например, при вписывании тепловоза в кривую, колебаниях надрессорного строения.

Элементы карданного привода работают в тяжелых условиях. Так, осевой редуктор привода установлен на ось колесной пары, которая при движении локомотива испытывает удары на стыках и других неровностях пути. При этом ускорения оси и корпуса редуктора могут достигать 100 м/с² и более. Передаваемый редукторами мощных локомотивов крутящий момент составляет 40 кН-м и более (при трогании с места).

В элементах привода вследствие фрикционных автоколебаний при боксовании возникают динамические нагрузки, в 2—3 раза превосходящие наибольшие статические нагрузки при трогании. Динамические нагрузки возникают также и в результате колебаний надрессорного строения, виляния тележек, наличия углов излома карданных валов, вибрации, источником которых являются главным образом зубчатые передачи. При таком сложном и тяжелом характере нагрузок масса, приходящаяся на единицу мощности локомотивного привода, обычно в 2—4 раза меньше стационарного привода такой же мощности.

Карданные валы. В тепловозах типов ТГМ4, ТГМ6 в тяговом приводе (см. рис. 3.2, а) применяются карданные валы двух видов: раздаточные и тележечные. Раздаточные карданные валы соединяют входной вал гидропередачи со средними осевыми редукторами, тележечные связывают осевые редукторы тележки. Раздаточный вал более длинный из-за приварки проставочной трубы к шлицевому хвостовику. Карданные шарниры раздаточных и тележечных валов унифицированы.

Раздаточный карданный вал (рис. 3.18) включает в себя два шарнира, каждый из которых состоит из фланца 1, скользящей 5 и сварной 7 вилок, крестовины в сборе 2, крышек 8 и роликовых подшипников. Фланцы и вилки выполнены из стали 45 и термообработаны до твердости НВ 255—302. Крестовины изготовлены из стали марки 12ХН3А; твердость их рабочих поверхностей после цементации и закалки с низкотемпературным отпуском термообработки равна НRС 58—62. Шлицевая часть хвостовика сварной вилки 7 из стали 38ХС после окончательного изготовления закаливается токами высокой частоты до твердости НRС 45.

Рисунок 3.18 –Раздаточный карданный вал тепловоза типа ТГМ6:

1 — фланец; 2 — крестовина; 3 — балансировочный груз; 4 — масленка; 5 — скользящая вилка; 6 — гайка; 7 — сварная вилка; 8 — крышка; 9 — ролик подшипника; 10 — стакан; 11 — капроновая шайба;

12 — обойма.

Радиальные нагрузки от шипа крестовины воспринимаются роликовыми бессепараторными подшипниками 814712К4. У подшипника ролики разной длины (20 и 25 мм), расположенные в шахматном порядке, диаметр роликов 8 мм. В карданных валах, выпускаемых Людиновским заводом для тепловозов, до 1987 г. применялись игольчатые подшипники 814712К1 и 814715К1. Применение роликовых подшипников повысило долговечность карданных шарниров.

Осевые нагрузки от торца шипа крестовины через капроновую шайбу 11, стакан подшипника 10 и напрессованную на стакан обойму 12 воспринимает крышка 8, которая прикреплена к проушинам шестью болтами, застопоренными проволокой.

Вилки 5 и 7 соединены между собой эвольвентными шлицами с центрированием по наружному диаметру шлицев вала. Вилка 7 состоит из шлицевого хвостовика, трубы и собственно вилки, соединенных между собой сваркой.

Смазку в шлицевое соединение запрессовывают через одну из двух диаметрально расположенных масленок 4, откуда она поступает ко всем шлицам через кольцевую проточку в скользящей вилке. Масленки крестовин и шлицевого соединения расположены таким образом, что каждая точка смазки может получать масло от любой из двух диаметрально расположенных масленок. Смазываются подшипники и шлицевые соединения смазкой «Буксол».

Фланцы карданного вала статически балансируют с точностью до 30 Н-мм; вилки допускается не балансировать. Собранный карданный вал подвергают динамической балансировке с точностью до 90 Н-мм. Статическую балансировку обеспечивают сверлением отверстий в вилках, а динамическую — установкой двух пар балансировочных грузов 3 с каждой стороны вала в пазах типа ласточкиного хвоста.

Осевые редукторы бывают одноступенчатыми, двухступенчатыми, а в некоторых случаях и трехступенчатыми (рис. 3.19). Одноступенчатый редуктор (схема I) наиболее прост по конструкции. Он состоит из одной пары конических колес. Применение одноступенчатых редукторов уменьшает необрессоренную массу колесной пары. Однако для передачи крутящего момента необходимы еще раздаточные, а иногда и промежуточные редукторы, устанавливаемые на раме тележки (см. рис. 3.3), или один из осевых редукторов может быть раздаточным, выполненным, например, по схемам IV, V (см. рис. 3.19). Такие редукторы обычно устанавливаются на средней колесной паре трехосной тележки. Крайние колесные пары оснащены одноступенчатыми редукторами, на которые крутящий момент через короткие карданные валы передается от раздаточного редуктора.

Рисунок 3.19 – Кинематические схемы осевых редукторов тепловозов с гидропередачей:

I — одноступенчатый; II — двухступенчатый; III — двухступенчатый цилиндрическо-конический; IV — двухступенчатый раздаточный; V — трехступенчатый раздаточный.

Наибольшее распространение получили двухступенчатые осевые редукторы. В зависимости от последовательности расположения зубчатых колес двухступенчатые редукторы разделяют на коническо-цилиндрические (схема II) и цилиндрическо-конические (схема III). Применение двухступенчатых редукторов для привода колесных пар обеспечивает широкий диапазон передаточных чисел при унификации редукторов. Двухступенчатый редуктор легко преобразовать в промежуточный редуктор, передавая крутящий момент через карданный вал и на другие колесные пары. Трехступенчатые редукторы применяют как раздаточные (схема V).

Основные характеристики отечественных осевых редукторов приведены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Основные характеристики осевых редукторов

Понижающий осевой редуктор тепловозов ТГМ6А, ТГМ6Д (рис. 3.20) предназначен для передачи вращающего момента от выходного вала унифицированной гидропередачи (УГП) к колесам тепловоза. У осевого редуктора две пары зубчатых колес: коническая и цилиндрическая. Коническая пара выполнена из конических колес с круговыми зубьями z = 26 и z = 31. Цилиндрическая прямозубая пара выполнена из зубчатых колес с модулем т = 10 и числом зубьев 18 и 64. Общее передаточное число редуктора i = 4,24.

Корпус в сборе осевого редуктора конструктивно выполнен из двух частей: верхней 1 и нижней 23. Правильная установка верхнего и нижнего корпусов друг относительно друга обеспечивается шпильками с конусностью 1:50. К верхнему корпусу приварен кронштейн для крепления реактивной тяги, предотвращающей поворот корпуса осевого редуктора при передаче вращающего момента. В расточках верхнего корпуса расположены ведущий 3 и ведомый 16 валы, установленные на роликовых подшипниках 7 к 11.

Осевые силы на ведущем и ведомом валах воспринимаются шариковыми подшипниками 13 с радиальным зазором 0,14—0,18 мм. Ведущий вал 3 выполнен со съемными фланцами; в крайних осевых редукторах вместо фланцев применены съемные колпаки.

Конические зубчатые колеса и фланцы соединены с ведущим валом коническими посадками с гарантированным натягом. Зубчатые колеса и фланцы насаживают на вал тепловым способом. Распрессовку зубчатых колес и фланцев осуществляют давлением масла, подводимого между конусными поверхностями через отверстия в торцах валов. Боковой зазор в зацеплении конических зубчатых колес регулируют подшлифовкой полуколец 6, 12, 21. Корпус осевого редуктора установлен на оси колесной пары на двух роликовых подшипниках. Осевые усилия воспринимаются шариковыми подшипниками с радиальным зазором 0,1—0,16 мм.

Редуктор оборудован двумя щупами 15 для контроля уровня смазки в верхней и нижней полостях редуктора. Заливают масло в нижнюю полость через отверстие, закрываемое пробкой 2. В верхнюю полость масло заливают через отверстие под щуп. Переливное устройство 25 служит для слива масла, перекачиваемого в процессе работы из нижней полости в верхнюю. Масло из редуктора сливается через три пробки 24 в нижнем и верхнем корпусах. Смазывание подшипников и зубчатых колес происходит разбрызгиванием масла при вращении колес. При переполнении маслом верхней полости корпуса лишнее масло через переливное устройство 25 сливается в нижнюю часть редуктора. Осевой редуктор заправляют трансмиссионным маслом ТС_П-15К, при температуре ниже -25 °С необходимо применять масло ТС_п-10 ГОСТ 23652-79.