книги из ГПНТБ / Шасси автомобиля ЗИЛ-130. Практика проектирования, испытаний и доводки

мочным сальником приблизительно в 3—4 раза выше, чем с вой­ лочным сальником и пробковым кольцом.

Уплотнение подшипника с резиновым сальником применя­ лось на автомобилях ЗИЛ-164А и ЗИЛ-157К, а затем и на автомобиле ЗИЛ-130.

Размеры шарнира карданной передачи автомобиля ЗИЛ-130 и его модификаций приняты те же, что н у шарнира карданной

биля ЗИЛ-130 крутящий момент больше момента, передаваемо­ го карданной передачей автомобиля ЗИЛ-164. Это вызвало необходимость повышения прочности крестовины карданного вала, для чего сталь 18ХГТ была заменена сталью 20ХГНТР.

Для определения сравнительной прочности при статической и динамической нагрузках крестовин карданного вала, изготов­ ленных из стали марок 20ХГНТР и 18ХГТ, были проведены стендовые испытания.

Для испытаний на статическую прочность крестовины в сбо­ ре с подшипниками устанавливали в вилки карданного вала. Одну фланец-вилку карданного вала соединяли с фланцем крутильной машины, а другую закрепляли на неподвижной опоре. Величина прилагаемого крутящего момента фиксирова­ лась на снлоизмернтельном приборе, а деформация от нагруз­

вилку карданного вала закрепляли на жесткой опоре, а другую соединяли с одним пз фланцев промежуточной опоры, закреп­ ленной на универсальной плите. Крестовину, находящуюся со стороны жестко закрепленной фланец-вилки карданного вала, располагали так, чтобы участок тела крестовины с отверстием под масленку работал на разрыв, так как разрушается обычно именно эта крестовина. На другой фланец промежуточной опоры устанавливали рычаг длиной 1000 мм. По концу рычага наносится удар падающим маятниковым грузом весом 150 кгс на плече 4000 мм.

Первый удар наносится при минимальной высоте падения груза 250 мм. Если крестовина при этом не разрушилась, нано­ сится второй удар с высоты 500 мм, затем третий удар с высоты 750 мм и т. д. через каждые 250 мм, до максимальной высоты падения груза 1500 мм. Количество ударов, наносимых с мак­ симальной высоты падения, зависит от прочности кресто­ вины.

Крестовины при испытаниях обоих видов разрушались по отверстию для масленки.

71

Результаты этих испытаний приведены в табл. 25 и 26, из которых следует, что крестовины, изготовленные из стали 20ХГНТР, обладают большей статической и динамической прочностью по сравнению с крестовинами из стали 18ХГТ. Кре­ стовины кардана из стали 20ХГНТР были внедрены в производ­ ство с начала выпуска автомобилей ЗИЛ-130.

25. Результаты испытаний крестовины на статическую прочность

8003,62

26.Результаты испытании крестовины на динамическую прочность

Число нагружений крестовины Марка стали при высоте подъема груза в мм: крестовины

*Крестовина нс разрушилась.

Вдальнейшем была проведена работа по упрощению технологического процесса изготовления крестовины и умень­ шению ее стоимости. Легированная сталь 20ХГНТР заменена

углеродистой сталью 58ПП с пониженной прокаливаемостыо, а нитроцементация заменена поверхностной закалкой при нагре­ ве т. в. ч. Это мероприятие позволило увеличить глубину твер­ дого слоя до 2 мм вместо 1 , 1 мм при нитроцементацни, без

снижения прочности крестовины.

Уплотнение подшипников карданного вала

Долговечность карданных шарниров с пробковым торцовым и войлочным радиальным уплотнениями на самосвалах 31ІЛ- ММЗ-585 и на трехосных автомобилях ЗИЛ-151 составляла 12— 15 тыс. км. При модернизации автомобилей была разрабо­

72

тана новая конструкция уплотнения 1 (рис. 19, а), которую впо­ следствии применили на автомобилях ЗИЛ-130.

Введение указанного уплотнения позволило повысить долго­ вечность карданного шарнира до 20—30 тыс. км. Опыт эксплуатации показал, что основным недостатком этого уплот­ нения является недостаточно эффективное удаление отрабо­ танной смазки и продуктов износа из подшипника при пополне­ нии смазки через масленку. В связи с этим при дальнейшем повышении надежности автомобилей ЗИЛ-130 бы­ ла разработана новая конструкция уплотнения карданного шарнира (рис.

19, б), состоящего из од­ нокромочного резинового

Рис. 19. Уплотнения подшипни­ ка крестовины карданного вала автомобилей ЗИЛ-164А

и ЗИЛ -130

самоподжимного сальника 2 радиального уплотнения и двухкро­ мочного резинового сальника 3 торцового уплотнения. Сальник радиального уплотнения установлен в подшипник таким обра-

Рис. 20. Схема установки для испытания уплотнений карданных шарниров:

1 — электродвигатель; 2 — коробка передач: 3 — испытуемый карданный вал; 4 — герметичная камера; 5 — гидротормоз

зом, что во время смазки шарнира отработанная смазка и про­ дукты износа могут выходить из подшипника. В этом случае отпадает необходимость в установке предохранительного клапа­ на на крестовине.

Для сравнительных испытаний уплотнений подшипника карданного вала в условиях максимальной загрязненности и запыленности были созданы две специальные установки, схемы которых одинаковы (рис. 20). При этих испытаниях карданный вал с испытуемыми шарнирами устанавливается в герметичной камере, в которую закладывается соответствующая смесь.

73

вала 720—730 об/мин и нагрузке 20—21 кгс-м.

Были проведены испытания с применением смазок двух видов: 1) смазка трансмиссионным маслом ТАп-15 (ГОСТ 8412—57) производилась каждые 24—25 ч испытаний через масленку до момента появления масла с внешней стороны сальника; 2) консистентная смазка 158 (МРТУ 12Н-139—64) закладывалась при сборке в подшипник (4—5 г) и в процессе испытаний не добавлялась (сквозные отверстия в шипах кре­ стовины при этом были заглушены).

Шарнир осматривали первый раз через 150 ч и в дальней­ шем через 250, 350, 400 и 425 ч работы.

Для испытаний в условиях максимальной запыленности герметичная пылевая камера до половины высоты заполнялась смесью из суглинка и песка. Карданный вал устанавливали под углом 12° к осям электродвигателя и гидротормоза. Испытания проводились при частоте вращения карданного вала 960 об/мин

74

28. Результаты испытаний сальников кардана в пылевой камере (смазка — трансмиссионное масло ТАп-15)

Результаты испытаний в условиях .максимальной загрязнен­ ности и запыленности приведены в табл. 27 и 28.

На основании стендовых испытаний установлено следующее:

так и на консистентной смазке 158 более чем в 3 раза превыша­ ет долговечность уплотнения, изображенного на рис. 19, о.

При испытании опытного уплотнения подшипника карданно­ го вала на автомобилях результаты стендовых испытаний были подтверждены. В условиях полигона НАМИ пробег автомоби­ лей ЗИЛ-130 с новым уплотнением карданных подшипников составил 200 тыс. км. Это уплотнение было рекомендовано для постановки на производство.

Шлицевое соединение

Для повышения надежности шлицевого соединения необхо­ димо уменьшение давлений на шлицы, хорошее центрирование их, не нарушающееся в процессе эксплуатации, а также обеспе­ чение достаточной смазки и надежного уплотнения шлицев.

Уменьшение давлений возможно путем увеличениядиа­ метра и числа шлицев. Для сохранения центрирования шлицев в эксплуатации его следует осуществлять по поверхностям, не участвующим в передаче крутящего момента. С этой целью в карданной передаче автомобиля ЗИЛ-130 применено герме­ тичное соединение со шлицами эвольвентного профиля с цен­ трированием по наружной поверхности шлицев и дополнитель­ ным центрированием внутренней поверхности шлицев втулки 20

75

(см. ряс. 18) по гладкой цилиндрической шейке скользящей вилки 15. Таким образом, общая длина центрирующих поверх­ ностей увеличивается. Принятая конструкция шлицевого соеди­ нения позволяет сохранять центрирование в процессе эксплуа­ тации, так как оно осуществляется по поверхностям, не пере­ дающим крутящий момент и менее подверженным износу.

Герметичность шлицевого соединения достигается установ­ кой в передней части шлицевой втулки завальцовываемой за­ глушки 21, а в задней части втулки резинового 16 и войлочного 5

Рис. 21. Кинематическая схема стенда для испытания шлицевых соединении:

1 — электропривод; 2 — клнпоременная передача; 3 — понижающий редуктор; I -— опора эксцентрика; 5 — эксцент­ рик; 6 — опора качения; / — тарирован­ ная пластина с тензодатчиками; S — испытуемое шлицевое соединение; 9 — неподвижная опора с динамометриче­ ским звеном; 10 — рычаг опоры; 11 —

динамометр

сальников. Для более надежной защиты шлицевого соединения устанавливается защитная муфта 6.

Для смазки шлицев во внутреннюю полость шлицевой втулки при сборке закладывается 200 г смазки УС-1, ГОСТ 1033—51. При изменении длины карданного вала изменяются рабочие объемы полостей, расположенных по обеим сторонам шлицевого соединения. В результате изменения этих объемов смазка проникает к трущимся поверхностям.

Однако в процессе эксплуатации автомобиля ЗИЛ-130 имелись случаи износа и задира шлицевого соединения кардан­ ной передачи. В связи с этим появилась необходимость прове­ дения специальных работ по определению влияния термообра­ ботки и различных поверхностных покрытий шлицев скользя­ щей вилки на долговечность. Для этой цели был построен испытательный стенд, кинематическая схема которого приве­ дена на рис. 21. На этом стенде шлицевое соединение при помощи рычажного устройства нагружается статическим кру­ тящим моментом. Затем шлицевому соединению сообщается возвратно-поступательное движение от эксцентрикового при­ вода.

Стенд оборудован динамометром для измерения нагрузки, тензодатчиками для определения осевых сил в шлицевом

76

соединении и электроимпульсным счетчиком для фиксации сум­ марного числа двойных ходов. Ниже приведена техническая характеристика стенда:

При испытании шлицевых соединений с различными сколь­ зящими вилками определяли продолжительность работы соеди­ нения до появления задира шлицев. Результаты испытаний следующие:

—долговечность незакаленной скользящей вилки, имеющей твердость НВ 255—285, составляет 7—9 ч;

—закалка шлицев скользящей вилки т. в. ч. до твердости HRC 42 (не менее) увеличивает ее долговечность до 50—52 ч;

—покрытие закаленных шлицев фосфатной пленкой повы­

скользящей вилки т. в. ч. до твердости HRC 42—56, фосфатирование шлицев и покрытие фосфатного слоя твердой смазкой — дисульфидом молибдена) увеличивает долговечность шлицевого соединения до 550—570 ч.

Результаты стендовых испытаний были подтверждены дорожными испытаниями карданных передач на автомобилях. По результатам испытаний была внедрена закалка скользящей вилки с нагревом т. в. ч., антифрикционное фосфатирование шлицев скользящей вилки с последующей пропиткой фосфат­ ного слоя твердой смазкой.

Промежуточная опора карданного вала

Промежуточная опора карданного вала (см. рис. 18) пред­ ставляет собой подшипник 18, установленный на шлицевой втулке промежуточного карданного вала. Подшипник вместе со штампованными крышками, внутри которых находятся войлоч­ ные сальники 17, расположен в резиновой подушке 4. Для по­ вышения эластичности подушки в ней сделаны прорези, что способствует гашению вибраций, возникающих при работе кар­ данной передачи. Чтобы предотвратить износ шлицевой втулки, войлочные сальники скользят по распорной втулке 19.

В начале производства автомобилей на некоторых из них ■были замечены колебания карданной передачи с повышенной ■частотой, приводящие в отдельных случаях к поломке крон­ штейна промежуточной опоры.

77

В результате проведенных исследований было установлено, что причиной поломок кронштейнов промежуточной опоры являются высокие напряжения в зоне перехода собственно крон­ штейна в лапу, превосходящие предел выносливости. Высокие напряжения были следствием повышенного дисбаланса кардан­ ной передачи в зоне промежуточной опоры. Была отмечена пря­ мая зависимость роста напряжений от увеличения дисбаланса.

Кроме того, было установлено, что наибольшие напряжения возникают при резонансе карданной передачи, который насту­ пает при частоте вращения 1500— 1800 об/мин (т. е. при наибо­ лее часто используемых скоростях движения автомобиля).

При исследовании карданной передачи было установлено, что значительные колебания ее начинают ощущаться при скоро­ сти движения автомобиля 50—60 км/ч. При скоростях ниже 50 км/ч и выше 60 км/ч колебания резко уменьшаются и прак­ тически на автомобиле не ощущаются. Учитывая, что диапазон скорости движения 50—60 км/ч является наиболее распростра­ ненным при эксплуатации автомобиля, наличие в этом диапазо­ не резонансных колебаний карданной передачи является нежелательным. Были изучены возможности смещения этой зо­ ны в сторону больших или меньших частот вращения кардан­ ной передачи.

Исследования показали, что на положение зоны резонансных колебаний карданной передачи существенно влияет жесткость резиновой подушки подшипника промежуточной опоры. При замене резиновой подушки стальным вкладышем резонансные колебания карданной передачи возникают при частоте вращения 4000 об/мин. Однако смещение этой зоны в сторону больших частот вращения не рационально, так как с увеличением часто­ ты вращения возрастают амплитуды колебаний. Следовательно, наиболее целесообразным является смещение зоны резонансных колебаний в сторону меньших частот вращения карданной передачи.

При исследовании влияния жесткости резиновой подушки промежуточной опоры на амплитуду и расположение зоны ре­ зонансных колебаний последовательно определяли:

—характеристики жесткости резиновых подушек;

—амплитуду и расположение зоны резонансных колебаний

карданной передачи с резиновыми подушками различной жесткости на стенде;

—амплитуду и расположение зоны резонансных колебаний карданной передачи с резиновыми подушками различной жесткости в дорожных условиях на автомобиле;

•— сравнительную долговечность резиновых подушек проме­ жуточной опоры различной жесткости при испытании на стенде;

—наличие в кабине автомобиля ощутимых колебаний кар­ данной передачи с резиновыми подушками различной жест­ кости.

78

Характеристику жесткости подушки определяли следующим образом (рис. 2 2 ): промежуточную опору в сборе с резиновой

подушкой 5, подшипником 4 и кронштейном 6 устанавливали на технологический вал 3, опирающийся на две опоры 2. Сверху через цилиндрическую часть кронштейна к резиновой подушке прикладывалась радиальная нагрузка Р, величина которой фик­ сировалась на силоизмерителы-юм приборе испытательной машины через каждые 50 кгс. Радиальное сжатие /г определяли с помощью механического индикатора 1 часового типа.

Чтобы найти зависимость амплитуды и расположения зоны резонансных колебаний от жесткости и твердости резиновой подушки, в лабораторных условиях была изготовлена испыта­ тельная установка. Испытуемую карданную передачу фланца­ ми-вилками соединяли с фланцами валов технологических опор, установленных в подшипниках качения. Промежуточную опору с кронштейном закрепляли на поперечине испытательной уста­ новки. Карданная передача через вал технологической опоры приводилась во вращение от электродвигателя. Для определе­ ния зоны резонансных колебаний и их относительной ампли­ туды (напряжений) на кронштейн промежуточной опоры (с его левой и правой сторон) были наклеены проволочные дат­ чики сопротивления.

Колебания карданной передачи определяли по колебаниям напряжений, возникающих в кронштейне промежуточной опоры. Испытания проводили при различных значениях дополнитель­ ного, искусственно созданного дисбаланса карданной передачи.

Дополнительный груз располагали в зоне наибольшего дисбаланса. Схема установки испытуемой карданной передачи показана на рис. 23. Карданную передачу вводили в резонанс, и в этом состоянии фиксировалась амплитуда колебаний на экране магнитоэлектрического осциллографа с одновременной записью всего процесса на ленту.

79