Конструкция карданного шарнира со сменными шипами крестовины

Металлографические исследования показали, что в результате интенсивной пластической деформации в образцах титана ВТ1-0 после проведения двух этапов интенсивной пластической деформации (е = 420 %) средний размер зерен уменьшился с 1,5 до 1,0 мкм (рис. 2). При этом доля зерен диаметром от 2 до 7 мкм стала меньше на 10 %, а доля зерен диаметром до 2 мкм сильно увеличивается с уменьшением их диаметра. Последующая интенсивная пластическая деформация при 673 К сплава ВТ1-0 с указанной микроструктурой привела к существенному изменению зе-ренной структуры. Во-первых, исчезли имевшиеся до прессования при 673 К зерна диаметром от 2 до 7 мкм и сильно сузился интервал распределения зерен по размерам. Во-вторых, сильно увеличилась доля зерен

размером меньше 0,8 мкм, и средний размер зерен уменьшился с 1,0 до 0,5 мкм. При этом доля зерен больше 1,0 мкм стала меньше 10 %. Однако характер распределения зерен по ориентациям и границ зерен по разориентациям изменился незначительно. Доли малоугловых и большеугловых границ зерен осталась примерно одинаковыми (около 50 %).

Исследование микротвердости на поверхности образцов в около шовной области позволили выявить, что на расстоянии порядка 500 мкм происходит понижение микротвердости до значений, близких в крупнозернистом титане ВТ1-0 (рис. 3).

© Клименов В. А., Потекаев А. И., Табаченко А. Н., Морзой М. Р., Клопотов А. А., 2014

УДК 662.822

КОНСТРУКЦИЯ КАРДАННОГО ШАРНИРА СО СМЕННЫМИ ШИПАМИ КРЕСТОВИНЫ*

Е. В. Кукушкин1, В. А. Меновщиков2, Т. Т. Ереско3

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 E-mail: ironjeck@mail.rui, vladimirm@g-service.ru2, ereskott@mail.ru3

Разработана конструкция карданного шарнира со сменными шипами крестовины и приведено полное описание работы.

Ключевые слова:карданный шарнир, игольчатый подшипник, сменные шипы.

CONSTRUCTION OF CARDAN JOINTS WITH REPLACEABLE SPIKES

E. V. Kukushkin1, V. A. Menovshikov2, T. T. Eresko3

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation E-mail: ironjeck@mail.rui, vladimirm@g-service.ru2, ereskott@mail.ru3

The design of the universal joint with removable spikes and a complete description is developed.

Keywords: universal joint, needle bearing, replaceable spikes.

В современный период технического развития появление новых материалов, необходимость повышения эксплуатационных скоростей и температур, снижения веса, уменьшения объема, увеличения сроков эксплуатации, снижения стоимости и достижения экологической совместимости вызывает необходимость совершенствования конструкций карданных передач.

Особенность работы игольчатых подшипников карданных передач состоит в том, что иглы совершают колебательное, возвратно-вращательное движение, перекатываясь по цапфе крестовины на небольшом участке, причем дорожки качания двух соседних игл часто не перекрываются. Эта особенность работы игольчатого подшипника кардана и определяет характер износа данного узла. К основным видам разрушения поверхностей шипов относится образование ка-

навки и питтинг [1-2]. В основном причина выхода из строя подшипников заключается в повреждении дорожек канавки шипов, что вызывает необходимость разработки и проектирования новых конструкций карданных шарниров.

Некоторые исследователи [1] видят причину образования канавок в пониженной твердости поверхности, недостаточной глубине цементованного слоя и нарушениях правил сборки узла. Многочисленные исследования и наблюдения за работой карданного шарнира в эксплуатация позволили провести целый комплекс мероприятий по повышению ресурса карданного шарнира. Одним из мероприятий явился переход завода

* Результаты получены в рамках выполнения государственного задания Минобрнауки РФ № 2014/211.

Механика специальных систем

на применение крестовин из стали низкои прокаливаемое™ - 58ПП. Эта сталь имеет мелкозернистое строение и отличается малой склонностью к росту зерна. Крестовины из этой стали обладают высокой усталостной контактной прочностью. Однако даже применение крестовин из стали с пониженной прокаливаемостью еще не обеспечивает оптимальной их долговечности.

Решение проблемы низкой прокаливаемости и увеличения сроков эксплуатации может быть достигнуто применением новой конструкции карданного шарнира, позволяющего обеспечить более твердую закалку сменных втулок и возможность замены частей карданного шарнира без демонтажа всей карданной передачи за счет использования сборного карданного шарнира со сменными втулками, что позволит увеличить сроки эксплуатации карданных шарниров.

Известные карданные шарниры [3] имеют недостатки, к которым можно отнести то, что в процессе работы шипы крестовины быстро изнашиваются, вследствие неравномерного износа шипов крестовины и не могут быть заменены без демонтажа карданной передачи; использование цельной крестовины не позволяет выполнять раздельную закалку шипов крестовины и затрудняет установку крестовины в вилки карданной передачи.

В качестве прототипа нового карданного шарнира был выбран карданный шарнир [4], который содержит две вилки, крестовину с шипами, игольчатые подшипники и крышки со стопорными пластинами, причем каждый шип крестовины выполнен с двумя продольными разрезами, ширина которых значительно меньше диаметра, а длина меньше длины игольчатого ролика, размещенными в диаметральной плоскости, перпендикулярной плоскости расположения шипов крестовины, при этом в цилиндрическом отверстии каждого шипа посредством разъемного подвижного соединения установлена с возможностью перемещения вдоль продольной оси шипа втулка, выполненная в виде усеченного конуса. Недостаток прототипа заключается в том, что сменные шипы крестовины установлены на центрирующем элементе и не могут быть заменены без демонтажа карданной передачи в случае повреждения одного из шипов карданного шарнира; проблема установки карданного шарнира в

вилке карданной передачи не решена [5], что требует применения сменных шипов крестовины, которые выполнены съемными в виде ступенчатых втулок, имеющих в сечении меньшей ступени форму многогранника и установленных меньшей ступенью в ответные глухие отверстия крестовины до упора по торцевым поверхностям (см. рисунок).

Карданный шарнир со сменными втулками состоит из двух вилок 7, крестовины 1 с четырьмя шипами 2, выполненными съемными в виде ступенчатых втулок, имеющих в сечении меньшей ступени форму многогранника и установленных меньшей ступенью в ответные глухие отверстия крестовины 1 до упора по торцевым поверхностям и имеющих внутренние осевые каналы для смазки, тавотницу 6 и установленные на шипах игольчатые подшипники 3, запрессованные в вилки 7 и зафиксированные от осевого смещения стопорными кольцами 8. Манжеты 4, 5 установлены на шипах крестовины и предназначены для защиты подшипников от попадания в область работы инородных тел и выхода смазочного материала. Через тавотницу 6 нагнетается смазочный материал.

Карданный шарнир со сменными втулками работает следующим образом: при передаче крутящего момента вилке 7 воздействуют на сборную крестовину через игольчатые подшипники 3. При каждом обороте шарнира поочередно работают два игольчатых подшипника 3, расположенных в противоположных подшипниковых узлах каждой вилки, радиальная нагрузка воспринимается вилками шарнира. В случае наработки карданного шарнира до заданного предела или повреждения одного или нескольких шипов крестовины производят переустановку сменных шипов на одну грань или заменяют их. Снимаются стопорные кольца 8 с вилок 7 карданной передачи, вынимаются игольчатые подшипники 3, вынимаются шипы 2. Шипы 2 переустанавливаются с поворотом вдоль оси на одну грань или несколько граней в зависимости от износа или заменяются новыми. Устанавливаются игольчатые подшипники 3 на шипы крестовины и фиксируются в вилках 7 карданного шарнира стопорными кольцами 8. Через тавотницу 6 с помощью пресс-масленки карданный шарнир заполняется смазочным материалом.

Карданный шарнир со сменными втулками

Технический эффект заключается в обеспечении возможности замены частей карданного шарнира без демонтажа всей карданной передачи за счет использования сборного карданного шарнира со сменными втулками [5].

Библиографические ссылки

1. Меновщиков В. А., Ереско С. П. Исследование и совершенствование игольчатых подшипников карданных передач транспортно-технологических машин : монография. Красноярск : Изд-во КрасГАУ, 2006. 283 с.

2. Ереско Т. Т., Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А. Современное состояние вопроса по исследованию пластического деформирования при статическом контактном нагружении игольчатых подшипников // Механики - XXI веку : материалы 13-й Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием, Братск : Изд-во БрГУ, 2014. С. 37-40.

3. Малаховский Я. Э., Ивавнов Ю. Б. Автомобильные сцепления. Методы испытания автомобилей и его механизмов (НАМИ). М. : Машгиз, 1951. Вып. 1. 108 с.

4. Патент РФ на изобретение № 2224917 Карданный шарнир / Сигаев А. М., Пастухов А. Г., Деревян-кин В. Н. (РФ) ; Заявка №2002113785, приоритет 27.05.2002. Опубл. 27.02.2004.

5. Патент РФ на полезную модель № 141878 Карданный шарнир / Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А., Ереско С. П., Ереско Т. Т. (РФ); Заявка № 2014102339,

приоритет от 24.01.2014. Опубл. 20.06.2014 Бюл. № 17. 2 с.

References

1. Menovchikov V. A., Eresko S. P. Research and improvement of needle bearings driveline transport and technological machines : monograph. Atlanta : Publishing House of the KrasGAU 2006. 286 p.

2. Eresko T. T., Kukushkin E. V., Menovshchikov V. A. State of the art on the study of plastic deformation under static loading pin needle bearings // Proceedings of the 13th All-Russia with international participation of scientific and technical conference "XXI century Mechanics" Bratsk BrSU, 2014. p. 37-40.

3. Malakhovskii J. E., Ivavnov J. B. Car Clutch. Methods of test vehicles and its mechanisms (NAMI). MY. 1, Moscow, Mashgiz 1951. 108 s.

4. RU Patent № 2224917 Cardan / Sigayev A. M., Shepherd A. G., Derevyankin V. N. (Russian Federation); Application № 2002113785 priority 27.05.2002. Publ. 27.02.2004.

5. RU Patent for utility model № 141878 Cardan / Kukushkin E. V., Menovshchikov V. A., Eresko S. P., Eresko T. T. (Russian Federation); Application number 2014102339 priority from 01.24.2014. Publ. 20.06.2014. Bull. № 17. 2 р.

© Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А., Ереско Т. Т., 2014

УДК 621.833.12

ВЫБОР ИНСТРУМЕНТАРИЯ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВОЛНОВЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ С ЗАДАННЫМИ ВЫХОДНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Р. С. Лукин, Н. И. Козлова

Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79

Е-mail: rlukin@sfu-kras.ru

Обосновывается выбор инструментария, используемого для проектирования волновой зубчатой передачи, для выбора проектных и конструктивных параметров таким образом, чтобы обеспечить заданные выходные характеристики. Использование связки «численные методы и методы конечных элементов» для анализа характера контактного взаимодействия позволяет сократить время, затрачиваемое на оценку несущей способности и упругой податливости деформированной волновой передачи.

Ключевые слова: волновая зубчатая передача, метод конечных элементов, контактное взаимодействие, кромочный эффект.

THE CHOICE OF INSTRUMENTS TO IMPLEMENT A METHODOLOGY DESIGN HARMONIC DRIVE WITH GIVEN OUTPUT CHARACTERISTICS

R. S. Lukin, N. I. Kozlova

Siberian Federal University 79, Svobodny prosp., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation. Е-mail: rlukin@sfu-kras.ru

The choice of the equipment used for the design of the harmonic drive to select the design and the design parameters so as to achieve a desired output characteristics. Using a bunch of "numerical methods and finite element methods" to