Spojka kardanového hřídele: účel, princip činnosti, příznaky poruchy |

Abstrakt vědeckého článku o mechanice a strojírenství, autor vědecké práce — Kukushkin E. V., Oseev D. S., Pyataev D. A.

Článek zkoumá vliv vibrací na provozní podmínky kardanových převodů, příčiny vibrací, jejich vliv na činnost kardanových kloubů a metody jejich eliminace. Jsou zvažovány některé typy destrukce v kardanovém převodu. Autoři si definovali pokus o vyhodnocení těchto procesů jako celku jako výzkumný úkol. Tento problém je však dosud málo prozkoumán a vyžaduje další výzkum.

Podobná témata vědeckých prací v mechanice a strojírenství, autor vědecké práce — Kukushkin E. V., Oseev D. S., Pyataev D. A.

Vliv vibrací na provozní podmínky kardanových kloubů
Srovnávací analýza konstrukcí kardanových kloubů s nestejnými úhlovými rychlostmi
Způsob údržby kardanových převodů
Zařízení pro měření vibrací kardanových převodů
Srovnávací analýza konstrukcí zkušebních zařízení pro testování kardanových kloubů
i Nemůžete najít, co potřebujete? Vyzkoušejte službu výběru literatury.

PROVOZNÍ PODMÍNKY KARDANOVÝCH PŘEVODŮ ZA VLIVU VIBRACÍ

V tomto článku jsou zvažovány důsledky vlivu vibrací na pracovní podmínky univerzálních převodů, příčiny vibrací, jejich vliv na funkci univerzálních převodů a způsoby jejich eliminace. V článku jsou také zvažovány některé typy destrukce univerzálního převodu. Jako výzkumný úkol si autoři definovali pokus o vyhodnocení těchto procesů v souhrnu. Tento problém je však dosud málo prozkoumán a vyžaduje další výzkum.

Text vědecké práce na téma „Provozní podmínky kardanových převodů pod vlivem vibrací“

PROVOZNÍ PODMÍNKY KARDANOVÝCH PŘEVODŮ ZA VLIVU VIBRACÍ

E. V. Kukushkin, D. S. Oseev, D. A. Pyataev*

Sibiřská státní letecká univerzita pojmenovaná po akademikovi M. F. Rešetnevovi Ruská federace, 660037, Krasnojarsk, pr. im. gaz. „Krasnojarský dělník“, 31

Článek se zabývá vlivem vibrací na provozní podmínky kardanových převodů, příčinami vibrací, jejich vlivem na činnost kardanových kloubů a metodami jejich eliminace. Jsou zvažovány některé typy destrukce v kardanovém převodu. Jako výzkumný úkol si autoři definovali pokus o vyhodnocení těchto procesů v kombinaci. Tento problém je však dosud málo prozkoumán a vyžaduje další výzkum.

Klíčová slova: vibrace, kardanový kloub, kardanový převod.

PROVOZNÍ PODMÍNKY KARDANOVÝCH PŘEVODOVEK POD VLIVEM

EV Kukushkin, DS Oseev, DA Pyataev*

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnojarsky Rabochy Av., Krasnojarsk, 660037, Ruská federace E-mail: [e-mail chráněn]

V tomto článku jsou zvažovány důsledky vlivu vibrací na pracovní podmínky univerzálních převodů, příčiny vibrací, jejich vliv na funkci univerzálních převodů a způsoby jejich eliminace. V článku jsou také zvažovány některé typy destrukce univerzálního převodu. Jako výzkumný úkol si autoři definovali pokus o vyhodnocení těchto procesů v souhrnu. Tento problém je však dosud málo prozkoumán a vyžaduje další výzkum.

Klíčová slova: vibrace, univerzální kloub, univerzální ozubený kloub.

Úvod. V dnešní době se kardanové převody používají poměrně často. Konstrukce kardanových převodů má zásadní nevýhodu – značnou nevyváženost, která se projevuje jak při nízkých, tak i vysokých otáčkách kloubových hřídelí. V důsledku vibrací kloubového převodu může docházet k poruchám hnací nápravy, převodovky, prvků kloubového převodu a dalších agregátů [1].

Kardanový převod používá klouby s nestejnými úhlovými rychlostmi, jejichž obecné technické požadavky jsou regulovány GOST. Odchylka od stanovených požadavků vede k výraznému zvýšení vibrací v převodu od kloubových hřídelí a ke zničení prvků jednotek spojených kloubovými hřídeli. Protože při úhlové instalaci kloubového převodu se úhlová rychlost mění podle sinusového zákona ve vztahu k úhlové rychlosti hnaného hřídele převodovky, což způsobuje vibrace. [2]

Vibrace se chápou jako mechanické, často sinusové, kmitání soustavy s elastickými vazbami, ke kterému dochází ve strojích a zařízeních během periodického posunu těžiště jakéhokoli tělesa z rovnovážné polohy, jakož i během periodických změn tvaru tělesa, který mělo ve statickém stavu. Nejčastěji k takovému kmitavému pohybu dochází v důsledku nevyvážených silových účinků: nerovnováha rotujících částí, setrvačné buzení při provozu vratných mechanismů, rázové procesy atd.

Hlavní část. V kloubech s nestejnými úhlovými rychlostmi kardanových převodů dopravních a technologických strojů se používají speciální jehlová ložiska, jehlová

ložiska, která pracují v režimu kmitavého pohybu pod vlivem velkých radiálních zatížení, za vibračních podmínek. Když se kloubový hřídel volně otáčí od sekundárního hřídele převodovky (bez přenosu točivého momentu), kloubový hřídel dostává setrvačné zatížení v důsledku nerovnoměrného otáčení. Dochází k úhlovému zrychlení a zpomalení. Malý úhel pohybu jehlových válečků, nedostatečné mazání, vnikání prachu do ložiska, někdy snížená tvrdost válcového povrchu čepu, vibrace z nevyváženého kloubového hřídele vytvářejí podmínky pro opotřebení povrchu čepu podle typu „falešného brinellingu“ [3].

Zbytková nevyváženost kardanového převodu se vyskytuje téměř vždy. To se vysvětluje dvěma důvody: za prvé nemožností ideálního dynamického vyvážení na vyvažovacích strojích; za druhé, během montáže kardanového převodu na dopravní a technologické stroje se hromadí geometrické chyby spojené s nerovnoběžností os hřídelí spojených přírub a jejich úhlovými posuny. Největší vibrační aktivita kardanového převodu se projevuje při frekvenci otáčení klikového hřídele motoru n a přenáší se na rám přes nosné spoje motoru a převodovky s frekvencí / = n/60. Je třeba poznamenat, že je možná i statická nevyváženost kardanového hřídele, způsobená posunutím těžiště hřídele vzhledem ke geometrické ose otáčení. Dynamická nevyváženost je způsobena sklonem hlavní osy setrvačnosti hřídele vzhledem ke geometrické ose otáčení [4].

Nejčastějším kritériem selhání ložiskových jednotek tohoto typu, používaných v automobilech, traktorech, obráběcích strojích, zdvihacích a dopravních zařízeních, je únavové selhání. Ložiskové jednotky zemědělských strojů selhávají především v důsledku abrazivního opotřebení spojeného s nečistotami a prachem. Zároveň jsou u ložiskových jednotek speciálních aplikací důležité i další vlastnosti, jako je tuhost, úroveň a spektrum vibrací, odolnost vůči krouticímu momentu a trvanlivost. Typickým typem selhání kardanových kloubů na jehlových ložiscích je plastické posunutí materiálu v zóně silového kontaktu („brinelling“). V mnoha ohledech tento typ selhání přímo souvisí s úhlem lomu kardanového hřídele a zkosením valivých těles jehlových ložisek kardanových kloubů dopravních a technologických strojů. Provozní praxe však ukazuje přítomnost únavových procesů, stejně jako tepelné účinky na pracovní plochy v ložiskách [5].

Vidlice jsou vyrobeny ze středně uhlíkových ocelí 35, 40 a 45 nebo z legované oceli 40KhNMA, příčník je vyroben z nízkouhlíkové oceli 12KhN3A, 18KhGT a 20Kh. Její čepy jsou cementovány pro dosažení vysoké povrchové tvrdosti (ne nižší než ИЯС 58, 65). Kardanový hřídel se skládá ze střední trubkové části a k ní přivařených hrotů. Výhodou trubkových hřídelí je větší tuhost a pevnost při menší hmotnosti. Během provozu je kardinálový hřídel vystaven ohybovému, torznímu a axiálnímu zatížení. Faktory ovlivňující spolehlivost prvků kardinálového převodu lze rozdělit na konstrukční, technologické a provozní. Mnoho faktorů však dosud nebylo dostatečně prozkoumáno. Kromě toho k poruchám kardinálových převodů dochází v důsledku výskytu vibrací kardinálového hřídele.

K vibracím kardanového hřídele dochází z následujících důvodů: hřídel rozdělovací převodovky a hřídel rozvodovky nejsou vzájemně rovnoběžné (v tomto případě budou jejich rychlosti odlišné, tj. dojde k okamžitým výkyvům úhlové rychlosti a v důsledku toho ke zvýšeným špičkám točivého momentu); úhly v kardanových kloubech jsou větší, než je povoleno.

Úhel natočení kloubového kloubu závisí na frekvenci otáčení kardanového hřídele n:

kde n je frekvence otáčení kardanového hřídele. Úhel natočení kardanového kloubu má kinematická omezení. V ideálním případě by úhel neměl být větší než 3 stupně pro optimální funkci kardanového kloubu. Pokud je tedy tento úhel překročen, je nutné použít hřídel s dvojitým kardanovým kloubem. Pokud úhel přesáhne 3 stupně, životnost kardanového kloubu se snižuje následovně: při = 6° o 19 %; při = 9° o 28 %; při = 12° o 34 %; při = 15° o 38 % atd. [6]

Hlavním parametrem ovlivňujícím výkon ložiska je zatížení neboli krouticí moment. Kontaktní napětí v jehlových ložiscích většiny vozidel dosahuje 2 000 MPa a u některých modelů nákladních vozidel dokonce 3000 3 MPa. V okamžiku nastartování vozidla mohou dosáhnout 400 3–900 50 MPa, což je srovnatelné s kontaktními napětími realizovanými v hypoidních převodech. Provozní teplota jehlových ložisek většiny vozidel se pohybuje v rozmezí minus 90–125 °C. Požadovaná životnost kloubových převodů je v závislosti na modelu vozidla 250–XNUMX tisíc km. Nedostatečná trvanlivost ložisek je způsobena především konstrukčními důvody, mezi nimiž je třeba vyzdvihnout neoprávněnou volbu konstrukčních materiálů, metody tepelného zpracování kovů, nedostatečný stupeň utěsnění jednotky, přítomnost vysokofrekvenčních vibrací v kloubovém převodu.

Typickými typy poruch kloubových ložisek jsou falešné brinelování na oběžných drahách a čepech příčníků, jejich opotřebení s únavovým vylamováním v zatížené zóně, rýhování konců čepů příčníků, zlomení jehel, koroze od praní atd. Vnějšími známkami neuspokojivého provozu kloubových ložisek jsou zvětšené vůle, klepání v převodu, zahřívání součástí. Únavové vylamování v jehlových ložiscích je způsobeno tím, že lokální zahřívání v zóně čep-jehla způsobuje destrukci povrchu. Při vysokém zatížení vytvářejí jehly na povrchu čepu promáčkliny, v důsledku čehož se prudce zvyšuje kluzná rychlost v kontaktní zóně, což vede k vylamování kovových částic. Poškození čepů může mít charakter prohlubní a dutin, tj. důlků, které jsou důsledkem nejen kontaktní únavy povrchu čepu, ale také zadření kontaktních ploch s následným vytržením kovu. Korozní poškození povrchu, předcházející únavovému vylamování, má velký vliv na trvanlivost spojení čep-čep. Stopy falešného brinelování se zpravidla objevují v nejvíce zatížené zóně, kde je výrazné tepelné opotřebení. Pokud třecí plochy nejsou zarovnané, na čepech příčníku a vnějším kroužku se objevují drážky a dochází k zrychlenému opotřebení povrchů, které začíná od konce čepu.

Předpokládá se, že v kontaktu se vyskytuje lokální teplota okolo 200-400 °C. V dosedací zóně se z otěrových částic a rozloženého maziva tvoří pastovitý abrazivní produkt, který výrazně urychluje opotřebení. Vznik falešných stop brinellingu je tedy důsledkem třecího, kontaktně-korozního a tepelného opotřebení. Další provoz ložiska za těchto podmínek vede k deformaci, zadření, zlomení a vysypání jehel, zaseknutí ložiska s následnou destrukcí tohoto celku [7].

Závěr. Závěrem bychom rádi poznamenali, že provedená analýza [1-8] nám umožňuje předpokládat, že vliv vibrací nebyl dostatečně prozkoumán a vyžaduje hlubší studium. I známá fakta nám však dovolují tvrdit, že tento vliv zdaleka není příznivý.

1. Kulko P. A. Základy vědeckého výzkumu: učebnice / VolGTU. Volgograd, 2005.

2. Storchilova T. A., Golubev A. G., Chernova G. A. Výběr diagnostického nástroje pro vibrační charakteristiky kardanových převodů // Moderní problémy dopravního komplexu Ruska. 2013. č. 4 (4). S. 187-192.

3. Srovnávací analýza konstrukcí univerzálních kloubů s nestejnými úhlovými rychlostmi / S. P. Eresko, T. T. Eresko, E. V. Kukushkin a kol. // Bulletin SibSAU. 2015. Roč. 16, č. 3. S. 720-728.

4. Babkin V. F., Degtyarev D. N. Řízení vibrací a hluku u dopravních a technologických strojů. Ruský inženýr. 2015. Sv. 1. Č. 1. S. 29-35.

5. Menovščikov V. A., Eresko S. P. Optimalizace konstrukčních a provozních parametrů kloubů kardanových převodů na jehlových ložiskách. Mechanika XXI. století. 2008. č. 7. S. 29-33.

6. Klimenko N. P., Romančenko V. N., Savčenko V. B. Modelování spolehlivosti kardanových převodů vozidel // Nová věda: Teoretický a praktický pohled. 2016. č. 4-2 (75). S. 148-152.

7. Vavanov V. V., Vainshtok V. V., Gureev A. A. Automobilová plastová maziva. Moskva: Doprava, 1986.

8. Kukushkin E. V., Menovshchikov V. A. Hlavní směry vývoje, zdokonalování a zdokonalování výkonových charakteristik kardanových převodů na jehlových ložiscích // Reshetnevskie čtení: materiály XVI. mezinárodní vědecké konference: ve 2 částech / pod generálním vedením Ju. Ju. Loginova; Sibiřská státní letecká univerzita. Krasnojarsk, 2012. s. 254-256.

© Kukushkin E. V., Oseev D. S., Pyataev D. A., 2017

Spojka hnací hřídele zajišťuje přenos točivého momentu z motoru na hnací kola, což umožňuje pohyb vozidla. Spojka navíc hraje klíčovou roli při kompenzaci úhlových a lineárních posunů mezi hřídeli, ke kterým nevyhnutelně dochází v důsledku provozu zavěšení kol. Odborníci zdůrazňují, že správně zvolená a provozuschopná spojka hnací hřídele výrazně zvyšuje jízdní komfort a bezpečnost a také pomáhá snižovat opotřebení mechanických částí převodovky. Proto je důležité tuto součást pravidelně kontrolovat a v případě potřeby vyměňovat.

Kde se nachází spojka kloubového hřídele?

Umístění spojky hnací hřídele závisí na konstrukci vozidla a jeho pohonném systému. Obvykle se nachází mezi přední a zadní hnací hřídelí u vozidel s pohonem zadních nebo všech kol a zajišťuje přenos točivého momentu z převodovky na hnací kola. Je důležité si uvědomit, že spojka hraje klíčovou roli v zajištění flexibility a kompenzace délky hřídele při změně úhlů a výšek zavěšení, což je zásadní pro udržení plynulého a plynulého provozu převodovky.

Závěrem lze říci, že správné umístění a provoz spojky hnací hřídele je zásadní pro účinnost a spolehlivost vozidla. Nejenže zajišťuje efektivní přenos výkonu mezi součástmi převodovky, ale také snižuje opotřebení a prodlužuje životnost všech součástí pohonného systému. Pravidelná kontrola a údržba této důležité součásti je proto klíčem k dlouhé životnosti a bezpečnosti vašeho vozidla.

Kdy je třeba vyměnit pružnou spojku?

Okamžik, kdy je nutné vyměnit pružnou spojku kardanového hřídele, můžete určit podle řady charakteristických znaků. Včasná diagnostika a výměna tohoto prvku zabrání možným poruchám a zajistí nepřetržitý provoz vozidla. Věnujte pozornost následujícím bodům:

1. Výskyt vibrací za jízdy vozidla, zejména při vysokých rychlostech, může naznačovat opotřebení spojky.
2. Zvláštní zvuky nebo klepání v oblasti hnací hřídele jsou také známkami poruchy.
3. Obtížné řazení způsobené ztrátou elasticity spojky naznačuje její opotřebení.
4. Vizuální kontrola může odhalit praskliny, trhliny nebo jiná poškození na povrchu spojky.

Jak pochopit, že je elastická spojka vadná?

Jedním z prvních příznaků vadné pružné spojky je výskyt vibrací a hluku za jízdy vozidla. Tyto příznaky naznačují opotřebení nebo poškození součástí spojky, což může vést ke snížení účinnosti přenosu točivého momentu a v důsledku toho ke zhoršení ovladatelnosti a dynamiky vozidla.

Stav elastické spojky by měl být pravidelně kontrolován. Opotřebení pryžových nebo polyuretanových prvků, které tvoří základ spojky, může vést k její deformaci a zničení. To následně zvyšuje riziko nouzových situací na silnici v důsledku ztráty kontroly nad vozidlem.

Je důležité nejen včas odhalit známky poruchy, ale také vyměnit spojku, jakmile se objeví první známky opotřebení. To pomůže předejít vážnějším poruchám v budoucnu a zajistit bezpečnost řidiče a cestujících. Pravidelná kontrola a včasná údržba jsou proto klíčem k udržení vozu v dobrém stavu.

Co se stane, když se elastická spojka přetrhne?

Poškození nebo prasknutí pružné spojky kardanového hřídele může vést k vážným následkům pro celý převodový systém automobilu. Pružná spojka plní důležitou funkci tlumení a kompenzace vibrací a rázového zatížení mezi motorem a převodovkou, čímž zajišťuje plynulý a stabilní provoz. V případě poškození se celé zatížení přenáší přímo na kardanový hřídel a další prvky systému, což může způsobit jejich předčasné opotřebení nebo poruchu. Příkladem je případ u BMW X5, kde v důsledku prasknutí spojky došlo k poškození kardanového hřídele a následným nákladným opravám.

Kromě mechanického poškození výrazně snižuje absence funkční pružné spojky jízdní komfort. Řidiči si mohou všimnout zvýšených vibrací a hluku, zejména při vysokých rychlostech. To nejen vytváří nepohodlí pro cestující, ale také zvyšuje riziko únavových trhlin v komponentách karoserie a podvozku. Studie provedená na modelu Ford Focus ukázala, že výměna opotřebované pružné spojky za novou výrazně zlepšila celkový stav převodovky a snížila hladinu hluku v kabině, což potvrzuje důležitost včasné diagnostiky a údržby tohoto prvku.