Systems. Methods. Technologies 2 (38) 2018

Systems Methods Technologies. S.P. Eresko et al. Increasing the durability … 2018 № 2 (38) p. 19-24 20 supported by one end to the recess of the body, and the other to the opposite recess of the separator. The separator has, on the side fac- ing the inside of the body, deaf conical grooves in terms of the number of rolling bodies (needles). On the inner end surface of the body, identical deaf conical indentations are also made. The needles at both ends are pointed at an angle equal to the cone angle of the conic- al recesses, and are supported by one end to the recess of the body, and the other to the opposite recess of the separator. The design of a universal joint with a separator is proposed, ensuring the absence of skewing of the rolling elements of the needle bearing and eliminat- ing the mutual friction of the rolling elements, which makes it possible to increase the life of the cardan joint by 2.7 times. Keywords : universal joint; separator; skew of rolling elements; durability. Исследованием кинематики карданных шарниров занимались П. Феррети, В.Н. Трейера, С.В. Пинегин, М.И. Лысов, Б.А. Чудаков. В своих исследованиях П. Феррети использовал острые проволочки, припаянные эксцентрично по отношению к телу качения (иголке), при этом игольчатый подшипник был открыт с двух сторон, а траектория движения иголок вычерчивалась на картоне, расположенном у торца подшипника. В результате иголки совершали поворот вокруг своей оси только в нагруженной половине, а в ненагруженной части наблюдалось скольжение иголок — следователь- но, было доказано, что нагрузка воспринимается игол- ками частично. В своих исследованиях И.Я. Дьяков, А.Ю. Ишлин- ский, Л.А. Егоров, У.Б. Утемисов указывают, что иглы в процессе работы подшипника перекашиваются. При рас- смотрении изношенных крестовин автомобиля ГАЗ-51 оказалось, что шип имеет канавки, расположенные под углом 2…6° к его оси. Исследования карданных шарни- ров тракторов, проведенные И.Я. Дьяковым и У.Б. Уте- мисовым, показали, что и здесь наблюдались канавки, расположенные под углом к оси шила. Угол перекоса центрально расположенной иглы составил около 6°. Повышение работоспособности карданных валов трансмиссий машин прежде всего определяется надеж- ной работой карданных шарниров на игольчатых под- шипниках. Отказы техники, как правило, происходят из-за отказов подшипниковых узлов, которые таким образом ограничивают долговечность машин и обору- дования [1, 2]. При наработке 1 000 – 2 000 ч крестовины кардана имели вмятины глубиной до 0,1–0,2 мм, расположен- ные под углом в 3° к оси шипа крестовины. Испытания проводились при угле наклона карданного вала 5° 30'. На поверхности и торце стакана игольчатого подшип- ника образуются вмятины глубиной 0,085 мм [11]. В результате действия осевых сил появляется воз- можность перекашивания игл в рабочей зоне подшип- ника на величину радиального зазора и зазоров между иглами. Этого достаточно для появления минимально- го начального перекоса в 20–40 мин. Встретив на своем пути препятствие в виде дна стакана или уплотнения, игла перекашивается на больший угол. Осевая сила увеличивается, что вызывает пластические деформации в зоне контакта дополнительно к трению качения тре- ния скольжения. Следовательно, повышается износ деталей за счет разрушения материала при эксплуата- ции. Также изменяются плотность поверхности мате- риала и степень уплотняемости, в зависимости от вели- чины перекашивания игл [3]. Вследствие перекашива- ния тел качения быстрее возникает малоцикловая уста- лость металлов [4–10]. Согласно исследованиям [11], перекос игл оказыва- ет существенное влияние на развитие остаточных де- формаций и связан с долговечностью шарнирного узла. При этом начальные остаточные деформации способ- ствуют нарушению кинематики и увеличивают сопро- тивление трению тел качения. Одним из способов по- вышения долговечности может быть обработка кар- данных шарниров в сборе вибрационной нагрузкой. После вибрационной обработки угол перекоса игл обу- словлен величиной вращающего момента и обратно пропорционален моменту инерции сечения контакти- рующих тел. После 20-часовой вибрационной обработки кардан- ные валы в сборе устанавливали на испытательную машину. Через 1 000 ч наработки на поверхности шипа крестовины наблюдались вмятины глубиной 1,5 мкм. На других шипах, без вибрационной подготовки, глу- бина вмятин достигла величины 3,4 мкм. Карданные валы, подвергнутые вибрационной обработке, имели долговечность на 25–35 % выше, чем обычные. Крестовины, подвергнутые вибрационной обработ- ке, почти не имели видимых следов вмятин, тогда как крестовины без вибрационной обработки имели ясно видимые следы вмятин на поверхностях шипов. В работе участвует только одна сторона рабочей поверхности шипа крестовины, а другая остается почти чистой. Следовательно, использование второй, нерабо- чей стороны крестовины может быть резервом повы- шения долговечности шарнира в целом. Так, в ходе испытаний было установлено, что после наработки 1 000 ч на поверхностях шипов имелись вмятины глуби- ной до 2 мкм. Затем крестовина была установлена не- рабочей стороной подшипника, и наработка составила еще 600 ч. Установка производилась разворотом кре- стовины на 180° относительно первоначального поло- жения. Этим достигалось повышение долговечности в 1,5 раза [11]. При передаче вращающего момента карданной пе- редачей ось шипов крестовины поворачивается на угол β 1 , который определяется величиной радиального зазо- ра е между шипом крестовины и телами качения (игла- ми). В момент начального контакта деталей угол пере- коса оси выразится зависимостью: H e tg 2 1   . (1) Колебание угла перекоса иглы под воздействием переменного момента от сил трения отражает выраже- ние [12]: 2224 2 224 2 1             f LK иJ f tкMf LК tссМ . (2)