Повышение долговечности высокооборотных карданных передач тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат наук Фофана Исмаель Масму (Fofana Ismael Masmoud)

• Фофана Исмаель Масму (Fofana Ismael Masmoud)
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Фофана Исмаель Масму (Fofana Ismael Masmoud)

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСОВ ПО ТЕМЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Специфика конструкций и типы карданных передач российских и зарубежных автомобилей

1.2. Анализ отказов карданных передач автомобилей российского и зарубежного производства

1.2.1. Виды отказов карданных передач и их причины

1.2.2. Экспериментальная оценка неуравновешенности карданных передач эксплуатируемых автомобилей

1.3. Моделирование неуравновешенности карданных передач автомобилей

1.4. Моделирование динамики карданных передач

1.5. Балансировка карданных передач автомобилей

1.6. Выводы по обзору источников. Цель и задачи исследования

Глава 2 МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТИ

ОСНОВНОЙ КАРДАННОЙ ПЕРЕДАЧИ

2.1. Постановка задач

2.2. Описательное содержание модели

2.3. Механико-математическая модель

2.4. Проектное моделирование неуравновешенности

2.4.1. Обоснование нормативов точности балансировки

2.4.2. Анализ эксплуатационной неуравновешенности передачи, сбалансированной на частотепб << пэ

2.4.3. Классификация основных карданных передач автомобилей по критерию "гибкость"

2.4.3.1. "Жёсткая" карданная передача

2.4.3.2. "Квазижёсткая" карданная передача

2.4.3.3. Нежёсткие ("квазигибкая" и "гибкая") передачи

2.5. Формализация решения проектных задач балансировки карданной передачи

2.6. Технические условия на балансировку карданной передачи в чертёжной документации

2.7. Конструктивный синтез карданной передачи требуемого класса по критерию "гибкость"

2.8. Пример проектного расчёта нормативов балансировки карданной передачи 65 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

Глава 3 МОДЕЛИ И МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ, ГЕНЕРИРУЕМЫХ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТЬЮ

КАРДАННОЙ ПЕРЕДАЧИ

3.1. Постановка задач

3.2. Обоснование векторной природы коэффициентов влияния

3.2.1. Описательное содержание модели колебаний двухопорной передачи на балансировочном станке

3.2.2. Теоретический анализ коэффициентов влияния

3.3. Экспериментальное определение коэффициентов влияния

3.3.1. Современная методика нахождения К^

3.3.2. Уточнённая методика нахождения К^

3.3.3. Экспериментальная оценка эффективности использования векторных коэффициентов влияния и их уточнения

3.4. Модели и моделирование колебаний от неуравновешенности многоопорной карданной передачи

3.5. Формализация методики формирования матрицы [^¿у]

3.6. Модель и моделирование колебаний от неуравновешенности п-опорной карданной передачи на

автомобиле 107 3.7. Модель и моделирование колебаний от

неуравновешенности "квазигибкой" карданной передачи

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 116 Глава 4 БАЛАНСИРОВКА ВЫСОКООБОРОТНЫХ КАРДАННЫХ

ПЕРЕДАЧ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

4.1. Постановка задач

4.2. Балансировка двухопорной "жёсткой" карданной передачи

4.3. Балансировка двухопорной "квазижёсткой" карданной передачи

4.4. Балансировка двухопорной "квазигибкой" карданной передачи

4.5. Балансировка двухопорной "гибкой" карданной

передачи

4.6. Балансировка многоопорных карданных передач с податливыми промежуточными опорами 131 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 134 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 136 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 139 Приложение 1 144 Приложение 2 149 Приложение 3

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение долговечности высокооборотных карданных передач»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время область применения карданных передач очень обширна и распространяется она практически на все отрасли машиностроения и особо широко - в автомобильном производстве. Механизмы привода современного автомобиля крепятся непосредственно к раме (или кузову) или подвешиваются к ним на упругих элементах. Для связи между этими механизмами, валы которых могут быть расположены в разных плоскостях и, кроме того, могут менять свое относительное положение при движении автомобиля, необходимо иметь устройство, которое, не меняя частоты вращения, допускало бы передачу крутящего момента между этими валами. Таким устройством в трансмиссии автомобиля является карданная передача.

В связи с массовым производством автомобилей в мире производство карданных передач их привода также осуществляется массово и, как правило, на специализированных предприятиях. На сегодняшний день фирмы GKN(Великобритания), Delphi (США) и NTN (Япония)- крупнейшие производители карданных передач [58].

Помимо автомобилей, карданные передачи нашли широкое применение в других классах машин для привода в действие как специального, так и вспомогательного их оборудования - это могут быть винты водяного двигателя, лебёдки, вентиляторы охладительных систем, в механизмах управления, в бумагоделательной машине, прокатке, в оборудованиях для обогащения полезных ископаемых и т.п.[60].

Свое название карданные механизмы получили по имени известного

итальянского математика и механика Д. Кардано (1501-1576 гг.), обосновавшего

возможность существования таких механизмов. В 1664 г. Г. Шотт по разработке Д.

Кардано создал универсальный шарнир. В том же году английский механик Р. Гук

запатентовал устройство, предназначенное для передачи вращения между двумя

валами, расположенными под углом. Механизм получил название шарнира Гука. C

точки зрения структуры и кинематики механизм Кардана и шарнир Гука

эквивалентны, различают их только конструкции. С этого момента и по настоящее

5

время карданные передачи постоянно совершенствуют. В табл.1 представлены наиболее полная история и хронология новых технических разработок по карданным механизмам, заимствованные из [5,24,48,49,59]. На рис.1- развитие конструкций этих механизмов.

Карданная передача, основанная на использовании карданных механизмов, -это один из наиболее ответственных узлов автомобиля, влияющих на безопасность, долговечность и комфортность его использования. Стук, шум в трансмиссии, недопустимые вибрации при движении автомобиля, разрушения карданных шарниров, наконец, - все это обусловлено динамическими процессами, сопутствующими работе карданной передачи.

Как и любое вращающееся изделие (ротор), карданная передача автомобиля имеет неуравновешенность, определяемую погрешностями изготовления её элементов, погрешностями их сборки и монтажа передачи на машине. Высокая частота вращения карданных передач (до 10 тыс. оборотов в минуту, что характерно для автомобилей), предопределяет необходимость их балансировки в условиях производства и ремонта. Действующие стандарты и технические условия [17,28,57] на конструкции карданных передач автомобилей как в РФ, так и за рубежом регламентируют качество их балансировки.

Многолетняя практика эксплуатации и ремонта автомобилей, а также исследования, проведённые автором и изложенные в последующих главах настоящей работы (см.п.1.2.2), позволяют констатировать относительно низкую надежность и долговечность карданных передач привода хода легковых и грузовых автомобилей как отечественного, так и зарубежного производства.

На той же основе установлено, что превалирующими отказами карданных передач автомобилей являются износ крестовин и шлицевых соединений, разрушение креплений и износ подвесных подшипников. Все это, а также высокий уровень вибраций и шума, генерируемых при работе карданной передачи, обусловлено низким качеством её балансировки в производстве (это особо проявляется, в частности, в китайском и отечественном автомобилестроении) и

Таблица 1

Этапы исследования и совершенствования конструкции карданных механизмов

1664 Универсальный шарнир Г. Шотта "Amicus" (Рис.1,а), патент на шарнир Гука

1674 Новый вариант шарнира Р. Гука (Рис. 1,б)

1683 Двойной шарнир Р. Гука (Рис. 1,в)

1824 Ж. В. Понселе с помощью сферической тригонометрии и дифференциального уравнения доказал неравномерность вращения, связанную с использованием шарнира Гука

1841 Кинематический анализ сдвоенного универсального шарнира Гука -выполнен Робертом Уиллисом

1908 В.А. Витнея разработал первый шариковый кардан (Рис.1,г)

1918 М. д'Окана. разработал условия постоянства угловой скорости осей шарнира

1923 Четырехшариковый карданный шарнир с делительными канавками К. Вейса (Рис.1,д)

1926 Французские инженеры П. Фенай и Ж. Фенай изобрели шарнир тракта (Рис.1,е )

1927 Шариковый кардан А. Рзеппа (Рис.1,ё)

1928 Первый шарнир Гука с крестовиной был разработан К. Спайсером (Рис.1,ж)

1934 Сдвоенный универсальный шарнир Гука с крестовиной был разработан французской фирмой Ситроен (Рис.1,з)

1935 Ж. Киттредж изобрел первый шарнир трипод (Рис.1,и)

1936 Инженер СССР В.Грачёв изготовил дисковый кулачковый карданный шарнир (Рис. 1,й)

1938 Р. Сусзек изобрел шарнир Гука с крестовиной на подшипниках скольжения (Рис. 1,к)

1949 Шарнир М. Вилларда (Рис.1,л) , шарнир Р.Бушарда (Рис.1,м)

1960 Лебро изобрел универсальный шестишариковый карданный шарнир с делительными канавками (Рис. 1,н)

1963 Шарнир типа «трипод» К. Энке (Рис. 1,о)

1965 Плунжерный шарнир (DO) Г. Девоса (Рис. 1,п)

1970 Фиксированный шарнир UF Г. Вельшофа (Рис. 1,р)

1989 Шарнир трипод AAR Лебра (Рис.1,с)

1991 Шарнир квадропод М. Орэна (Рис.1,т)

1994 Шарнир квадропод В. Круда (Рис. 1, у)

ремонте, что интенсифицирует отмеченные выше отказы, которые, в свою очередь, привозят к росту вибраций и снижению комфортности автомобиля.

Характерно, что даже в начале настоящего века ремонт карданных передач автомобилей с осуществлением их балансировки не производился. Шарниры этих передач выполнялись неразборными с запрессованными крышками подшипников. Поэтому карданные передачи автомобилей зачастую эксплуатировали до полного разрушения их шарниров, что приводило к авариям со значительными последствиями как для автомобиля, так и для водителя. Надежная и эффективная диагностика состояния карданных передач автомобилей отсутствует до настоящего времени.

В запчасти к автомобилям поставляли и до настоящего времени поставляют полнокомплектные карданные передачи. Однако стоимость такой запчасти в настоящее время в 2...4 раза выше стоимости ремонта карданной передачи с осуществлением её балансировки. Такой ремонт в настоящее время выполняется малым инновационным предприятием при Донском государственном техническом университете (ДГТУ, г. Ростов-на-Дону) и на многих других предприятиях РФ, перенявших опыт и использующих оборудование, разработанное в ДГТУ.

Существенная неуравновешенность сбалансированной (в производстве или при ремонте) карданной передачи может возникнуть при её монтаже на машине из-за погрешностей её сопряжения с другими элементами конструкции машины. Ликвидация этой неуравновешенности может быть осуществлена посредством финишной балансировки карданной передачи на месте её установки в машине, что в настоящее время нигде не производятся.

Для современного состояния проектирования, производства и ремонта

высокооборотных карданных передач автомобилей характерно представление их

жёсткими роторами при решении вопросов балансировки. Это даёт возможность

использовать для них низкочастотную балансировку. Поэтому для передачи

вращения между значительно удаленными валами в автомобилях используют

многошарнирные передачи с подвесными подшипниками. Валы таких передач

делают короткими с первой критической частотой икр1, превышающей

11

эксплуатационную частоту пэ до значений (например, пп/пкр\ <0,8), не имеющих должного обоснования. Его отсутствие приводит к тому, что в работе карданной передачи, сбалансированной как жесткий ротор на частоте пб<<пэ , могут возникнуть изгибы осей валов, создающие значительные эксплуатационные дисбалансы и обусловленные этим вибрации. Кроме того, практика установки подвесных подшипников многошарнирных карданных передач на податливых (резиновых) опорах может создать резонансный режим колебаний этих опор. Всё это недопустимо не только в стационарном режиме работы карданной передачи, но и в переходном режиме, т.к. сопряжено со значительным ростом динамических нагрузок как на элементы этой передачи, так и на машину в целом.

Следует заметить, что если вопросы кинематики и статики карданной передачи в достаточной мере изучены, то вопросы их динамики при работе на машине и при балансировке далеки от своего разрешения.

Использование научной гипотезы о конечной изгибной жёсткости валов высокооборотной п-опорной (п>2) карданной передачи автомобиля позволяет решить эти вопросы на общей теоретической основе. Это в свою очередь, позволит разработать практические рекомендации по проектированию уравновешенных конструкций таких передач и качественной их балансировке в условиях производства и ремонта.

Отмеченное выше делает актуальным настоящее исследование, посвященное повышению надёжности и долговечности карданных передач, а также комфортности автомобилей посредством учета при проектировании, изготовлении и ремонте динамических явлений, связанных с их неуравновешенностью и балансировкой.

На защиту выносятся следующие основные научные и практические результаты проведенных исследований:

-оригинальная модель неуравновешенности высокооборотной карданной передачи, постановка и решение задач априорного моделирования динамики неуравновешенной карданной передачи на проектной стадии её создания;

-новая механико-математическая модель колебаний опор неуравновешенной карданной передачи при её балансировке в производстве и при ремонте;

-новые компьютерные технологии балансировки при изготовлении и ремонте высокооборотных карданных передач автомобилей на станке и на месте.

Принятые в работе термины и определения соответствуют ГОСТ Р 19534 [15]. Автор приносит глубокую благодарность коллективу секции "Теория механизмов и машин" кафедры "Теоретическая и прикладная механика" ДГТУ, а также коллективу отдела "Динамика приводов, вибрации и диагностика качества машин" Управления научных исследований ДГТУ за помощь в проведении исследований и подготовке диссертации.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСОВ ПО ТЕМЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Специфика конструкций и типы карданных передач российских и

зарубежных автомобилей

Объект настоящего исследования- карданные передачи автомобилей самых различных моделей- в наиболее общем случае содержат следующие типовые элементы конструкции: карданные шарниры (карданы), карданные валы (валы), промежуточные опоры, скользящие шлицевые соединения (компенсирующие устройства), фланцы крепления, раздаточные коробки, редукторы. Приведенные наименования этих элементов общеприняты в автопроме [27].

Среди отмеченных элементов карданы отличаются наибольшим разнообразием. Приведенная на рис.1.1 их классификация и специфика конструкций в полной мере раскрыты в [27]. Заметим лишь, что за основной классификационный признак карданов в этой работе принята кинематика, подразделяющая их на группы асинхронных и синхронных карданов (рис. 1.2). При этом асинхронный кардан (или карданный шарнир неравных угловых скоростей ведущего и ведомого валов, связанных таким карданом) используют в карданных передачах с углом наклона ведомого вала относительно ведущего не более 200. Они изготавливаются с крестовиной, допускающей две оси качания. В современном автостроении они получили наибольшее распространение.

Синхронные карданы (или карданные шарниры равных угловых скоростей, ШРУСы) применяют в приводе ведущих и одновременно управляемых колес автомобилей; угол наклона ведомого вала в зависимости от конструкции шарнира может достигать 45°. Различные их конструкции из представленных на рис.1.2 использовались как на отечественных автомобилях (УАЗ-469, ГАЗ-66, ГАЗ-69, ЗИЛ-131, КАМАЗ, КрАЗ, Урал), так и на многих зарубежных автомобилях повышенной проходимости 40-60гг. выпуска (виллисы, студобеккеры) [1,43]. Точечный контакт в элементах конструкции ШРУСов, ведущий к значительным контактным напряжениям и износу, ограничивает их использовании, обеспечивая

Рис.1.1. Классификация карданов.

Рис.1.2. Примеры наиболее распространенных конструкций асинхронных и

синхронных карданов.

пробег автомобиля не более 25.. .30 тыс. км [3]. Тем не менее, в ряде отечественных и зарубежных марок автомобилей в настоящее время используют карданные передачи со ШРУСами.

Что касается других из отмеченных выше элементов карданной передачи, их конструкции подробно описаны в [27], и за истекшие годы они практически не претерпели изменений.

Конструкции карданной передачи, как связанной совокупности её элементов, также многообразны. Как отмечено в той же работе [27], "Основными классификационными признаками карданных передач являются: назначение, тип, наличие или отсутствие промежуточной опоры и компенсирующего устройства". Конкретизируя по этой классификации объект настоящего исследования, определяем его как основную (используется для привода ведущих колес (см. примеры на рис.1.3;1.4,в)), высокооборотную (максимальная частота вращения в эксплуатации пэ=1500...10000 мин-1) карданную передачу любого типа (определяется числом карданов, числом ведущих колес (см. рис.1.4)), имеющую карданы с крестовиной или ШРУСы при наличии или отсутствии компенсирующих устройств, промежуточных опор и редукторов. Именно такие карданные передачи получили наибольшее распространение в современных легковых и грузовых автомобилях как отечественного, так и зарубежного производства.

На рис.1.4 обозначены: 1- коробка передач, 2-кардан, 3- карданный вал, 4-ведущий мост, 5- промежуточная опора, 6- раздаточная коробка, 7- редуктор; а-одновальная карданная передача; б- двухвальная карданная передача с промежуточной опорной; в- трехвальная передача автомобиля повышенной проходимости (см. рис.1.3); г- карданная передача полноприводного трехосного автомобиля; д- карданная передача полноприводного автомобиля с редуктором привода среднего моста. Все представленные на этом рисунке типы передач имеют компенсирующие устройства.

Большой опыт проектирования, изготовления и ремонта карданных передач автомобилей позволил многим авторам (например, [1,27,60]) сформулировать

конструктивные, технологические и эксплуатационные требования к ним. Обобщая их, отметим, что карданная передача современного автомобиля должна:

-передавать крутящий момент без создания дополнительных нагрузок и крутильных колебаний в трансмиссии;

-обеспечивать равенство угловых скоростей ведущего и ведомого валов, связанных карданной передачей, независимо от числа её карданов, углов и эксцентриситетов относительного расположенная этих валов; -иметь высокий КПД; -работать бесшумно; -обладать ремонтопригодностью;

-иметь защищенность от вытекания смазки и от проникновения влаги, грязи и пыли к трущимся поверхностям карданов и компенсирующих устройств.

Крайне редко (например, [27,60]) авторы ставят к карданным передачам автомобилей требования высокой надёжности, низкого уровня генерируемых ими вибраций опорных элементов, качественной балансировки. Последнее является одним из основных факторов, определяющих комфортность автомобиля. Это, например, касается автомобилей "Нива", "Газель" и китайских автомобилей, карданные передачи которых (по данным дилерских служб) балансируются в производстве некачественно, вызывая на водительском месте значительные вибрации.

Кроме того, некоторые особенности конструкций карданных передач современных автомобилей нельзя признать адекватными отмеченным выше требованиям. Так, использование упругой подвески промежуточных подшипников значительно снижает наименьшую из частот собственных колебаний карданной передачи на её опорах в машине. В переходном режиме работы передачи возникают резонансный режим с резким ростом нагрузок на резиновые обоймы, подвесные подшипники и компенсирующие устройства, снижающие их долговечность и надежность. Наконец, утверждение (например, в [27]), что резиновые обоймы подвесных подшипников служат гасителем колебаний ошибочно, т.к. резина обладает очень низкими демпфирующими свойствами.

Рис. 1.3. Основная карданная передача (1) полноприводного двухосного

автомобиля.

Рис.1.4. Различные типы основных карданных передач автомобилей.

В практике борьбы с вибрациями машин элементы конструкции с резиновой основой используют в качестве виброизоляторов, а не демпферов [27].

Таким образом, для карданной передачи современного автомобиля, определенной выше объектом настоящего исследования, повышение надёжности и долговечности, а также комфортности автомобиля требует учёта динамических явлений, связанных с неуравновешенность, балансировкой и вибрациями опор этих передач при их проектировании, изготовлении и ремонте.

1.2. Анализ отказов карданных передач автомобилей российского и

зарубежного производства 1.2.1. Виды отказов карданных передач и их причины

Отказы карданных передач автомобилей, ведущие к потере или недопустимому снижению их работоспособности, происходят из-за износа и поломок элементов конструкции этих передач, из-за некачественного их исполнения. Всё это приводит к чрезмерным вибрациям, генерируемым при работе карданной передачи, которые не только снижают её надежность, но и крайне ухудшают комфортность автомобиля и условия труда водителя. Как отмечено в [31], долговечность карданных передач грузовых автомобилей в 1,5...2,0 раза меньше долговечность других их агрегатов; при этом 67.95% всех отказов приходится на карданы этих передач. Аналогичная картина имеет место и в легковых автомобилях как отечественного, так и зарубежного производства.

Причины отказов карданных передач, как и причины отказов любых технических средств, подразделяются на конструктивные, технологические и эксплуатационные. На рис.1.5 приведены типичные разрушения элементов этих передач, приводящие к отмеченным отказам [23, 25,54].

Так, к конструктивным причинам отказов относятся:

-непараллельность ведущего и ведомого валов передачи. Это создает неравномерность вращения ведомого вала и крутильные колебания в приводе, приводящие к разрушению вилок карданов (рис.1.5,а), к трещинам и разрушениям шлицевых соединений (рис.1.5,б), к скручиванию валов (рис.1.5, г);

-угол между валами, связанными карданом, превышает допустимое значение, которое в идеале не должно превосходить 30 [26,42,60]. Это может привести к разрушениям вилок карданов (рис.1.5, а) разрушениям фланцев (рис.1.5,е );

-неадекватная длина шлицевого компенсирующего устройства. Это может привести к разрыву шлицевого соединения (рис.1.5,д);

-недостаточная обоснованность требований к балансировке в конструкторской документации, что приводит к излишне высокому уровню вибраций и их вредному проявлению.

К технологическим причинам отказов карданных передач следует отнести: -повышений зазор в подшипниках карданов или их заедание. Это приводит к возникновению локальных дисбалансов в передаче или к повышенному износу крестовин карданов;

-увеличенный зазор в шлицевом компенсирующем устройстве, что приводит не только к дополнительным разбалансировкам передачи, по и к интенсификации износа шлицевых соединений (рис.1.5,в);

-некачественная балансировка карданной передачи, которая выводит из строя практически все элементы карданной передачи, включая подвесные промежуточные опоры. Характерно, что некачественная балансировка карданных передач объясняется во многих случаях использованием традиционной динамической балансировки этих передач в двух плоскостях коррекции у опор как жёстких роторов. Однако при рекомендуемых по [27,56] значениях отношения эксплуатационной пэ и первой критической пкр1 частот вращения п= пэ/пкр1 <0,8.0,9, это недопустимо, что обосновано в [36].

Необходимо отметить, что все технологические причины отказов карданных передач являются по сути нарушениями требований конструкторской документации и представляют собой, в большинстве случаев, производственный брак. Если при этом передачи с повышенными зазорами в карданах и компенсирующих устройствах выбраковываются в производстве, то некачественно сбалансированные передачи не выбраковываются из-за отсутствия эффективных средств контроля качества балансировки ротационных агрегатов на машине.

К эксплуатационным причинам отказов карданных передач следует отнести недостаточную смазку карданов и шлицевых компенсирующих устройств, что приводит к интенсивному их износу, росту зазоров сопряжений, значительным разбалансировкам и связанным с этим ростом вибраций с вытекающими отсюда негативными последствиями для надёжности и комфортности автомобиля.

Заметим, что при качественном проектировании карданной передачи, учитывающем все теоретические разработки по их кинематике и динамике [36], при адекватной техническим требованиям технологии исполнения её элементов, их сборки и монтажа на машине практически все отмеченные выше конструктивные и технологические причины отказов карданных передач отсутствуют. Исключение составляют конструктивные требования к балансировке и их реализация в производстве. Эти требования формируются в настоящее время без должных обоснований с использованием опыта создания ранее осуществленных конструкций этих передач и традиционной низкочастотной двухплоскостной динамической их балансировки как жестких роторов [39]. Поэтому повышение долговечности и надёжности карданных передач автомобилей требует научного обоснования решения задач их балансировки при проектировании, изготовлением и ремонте.

1.2.2. Экспериментальная оценка неуравновешенности карданных передач

эксплуатируемых автомобилей

Такая оценка служит первым этапом (непосредственное наблюдение) решения поставленных выше вопросов балансировки карданных передач автомобилей. Её целью являлась необходимость установления объективной взаимосвязи износа элементов конструкции карданных передач и их неуравновешенности.

С 2012 г. ООО "ЭНСЕТ" (г.Ростов-на-Дону) осуществляет ремонт карданных передач (в том числе и автомобилей) с проведением их балансировки. Для этого был создан оригинальный специализированный универсальный балансировочный станок "Балкар-4500" (рис.1.6), позволяющий определять дисбалансы многоопорной передачи в плоскостях коррекции, близлежащих к опорам. На базе

а) б) в)

Рис.1.5. Типичные разрушения элементов карданных передач

этого предприятия и был поставлен эксперимент по замерам дисбалансов в плоскостях коррекции карданных передач до и после их ремонта.

Эксперимент провели над 50 карданными передачами различных марок автомобилей отечественного и зарубежного производства. Обследованию подвергали только те автомобили, водители которых жаловались на высокий уровень вибраций от карданной передачи. Для каждого из таких автомобилей фиксировали пробег, тип карданной передачи (по числу её опор), отмечали необходимые для восстановления работоспособности карданной передачи ремонтные работы.

Передачу демонтировали с машины, обследовали на предмет дефектации

деталей, устанавливали на балансировочный станок и определяли дисбалансы в

плоскостях коррекции у опор передачи. Частоту вращения передачи на

балансировочном станке подбирали так, чтобы измерительная система станка

выдавала стабильные результаты. На той же частоте вращения производили замеры

дисбалансов передачи после ремонта и замены изношенных элементов её

конструкции. При балансировке обеспечивали точность балансировки в

Лдоп=150г.мм для каждой из плоскостей коррекции у опор передачи.

Из обследования исключали карданные передачи, имевшие разрушенными

или запредельно изношенными элементы конструкции, т.к. для них отсутствовала

возможность замера дисбалансов до ремонта из-за нестабильности показаний

измерительной системы балансировочного станка. Опрос водителей автомобилей

с такими передачами установил, что их отказам предшествовал весьма

значительный уровень генерируемых ими вибраций. Такие передачи проходили

балансировку только после ремонта. Измеренные при этом значения начальных

дисбалансов таких передач многократно (а, зачастую, на порядки) превышали

нормативы точности их балансировки.

Результаты эксперимента представлены в Приложение 1 к диссертации. Их

анализ, а также проведенные опросы водителей позволяют констатировать:

-неуравновешенность карданных передач (их непосредственной оценкой

служат значения дисбалансов в плоскостях коррекции) является причиной

24

значительных динамических нагрузок на их элементы и вибраций, генерируемых этими передачами и снижающих их надежность и долговечность;

-преимущественной причиной разбалансировок карданных передач автомобилей является износ (контактный и абразивный) крестовин карданов и шлицевых компенсирующих устройств;

-дисбалансы в плоскостях коррекции карданных передач и износ их основных элементов тесно взаимосвязаны и взаимозависимы;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Фофана Исмаель Масму (Fofana Ismael Masmoud), 2017 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Афанасьев Б. А. Проектирование полноприводных колесных машин: В 2т. Т 2 Учеб. для вузов / Белоусов Б. Н., Л. Ф. Жеглов и др.; Под общ. ред. Полунгяна

A. А. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. - 640 с.

2. Арифметика ШРУСов [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://avant.ucoz.ru/load/arifmetika_shrusov/4-1-0-40. Загл. c экрана, 2014

3. Бадиев А.А. Карданная передача: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине - Типаж подвижного состава и устройство автомобиля для студентов специальности 150200 - Автомобили и автомобильное хозяйство -Улан-Удэ, 2002. - 42 с.

4. Балансировка вращающихся тел. Система классов точности балансировки [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://www.base-techmash.narod.ru/balancing.htm. Загл. c экрана, 2013

5. Бронемашины (часть 2) [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://hidden-facts.info/archives/armored-cars-2/. Загл. c экрана. 2013

6. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. — Москва: Главная редакция физ.- мат. литературы изд-во "Наука", 1978. — 400c

7. Васильев, В.С. Станки и приборы для динамической балансировки [Текст]/

B.С. Васильев, Крутко П. С. - М.: Машгиз, 1959.- 284с.

8. Вахламов В. К. Автомобили: конструкции и элементы расчета: Учеб. для вузов. - М.: Изд. центр «Академия», 2006. -480 с.

9. Гаспарянц Г.А. Конструкция, основы теории и расчета автомобиля: Учебник для машиностроительных техникумов по специальности «Автомобилестроение». М.: Машиностроение, 1978. - З51 с.

10. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти Т./Ред.совет: В41 Челомей В.Н (пред.). -М.: Машиностроение, 1981.Т.6. Защита от вибраций и ударов /под ред. К.В. Фролова, 1981. - 456c.

11. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти Т./Ред.совет: В41 Челомей В.Н (пред.). -М.: Машиностроение, 1978.Т.1. Колебания линейных систем /под ред. В.В. Болотина, 1978. - 352c.

12. ГОСТ Р 52430-2005. Автомобильные транспортные средства. Передачи карданные автомобилей с шарнирами неравных угловых скоростей. Общие технические условия. -М.: стандартинформ, 2006. -14с.

13. ГОСТ Р 52923-2008. Автомобильные транспортные средства. Шарниры карданные неравных угловых скоростей. Общие технические требования и методы испытаний. -М.: стандартинформ, 2008. -14с.

14. ГОСТ Р 52924-2008. Автомобильные транспортные средства. Шарниры равных угловых скоростей. Требования и методы испытаний. М.: стандартинформ, 2008. - 7 с.

15. ГОСТ 19534-74. Балансировка вращающихся тел. Термины. - М.: Изд-во стандартов, 1974. - 29 с.

16. ГОСТ ИСО 11342-95. Вибрация методы и критерии балансировки гибких роторов. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1997. - 40 с.

17. ГОСТ Р 22061-76. Машины и технологическое оборудование. Система классов точности балансировки. Основные положения. -М.: Изд-во стандартов,1993. - 8 с.

18. ГОСТ ИСО 1940-1-2007. Междугосударственный стандарт. Вибрация. Требования к качеству балансировки жестких роторов. Часть 1. Определение допустимого дисбаланса. - М.: стандартинформ, 2007. - 12 с.

19. ГОСТ 5005-82. Трубы стальные электросварные холоднодеформированные для карданных валов. - М.: стандартинформ, 1982. - 5 с.

20. Декамили. Л.Е. Анализ и синтез статической модели функционирования балансировочного станка - Динамика узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин/ Полушкин О.А, Фокин В.А. Межвуз. сб. науч. тр.—Ростов-на-Дону: ДГТУ, 1993. — С. 39-43.

21. Ден-гартог Дж.П. Механические колебания. М.: Физматгиз,1960. -580с.

22. Израелит Г.Ш. Механические качества резины. -М.: Госхимиздат,1942.

23. Как продлить срок службы карданной [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://www.kardanov.net/articles/prodlit_kpp/ Загл. с экрана, 2012

24. Кожевников С.Н. Карданные передачи / Перфилев П.Д. -Киев: техшка 1978 - 264с.

25. Конструкция карданных валов [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://kardan-lefortovo.ru/uslugi-i-tseny/remont-kardannih-valov Загл. с экрана, 2014

26. Кузьмин Ю.А. Конструирование и расчет автомобиля. Расчет карданных передач Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности 19020165 Автомобиле и тракторостроение - Ульяновск, 2008 -29с.

27. Малаховский Я. Э. Карданные передачи / Лапин А. А., Веденеев Н. К. - М.: Машгиз, 1962. - 153 с.

28. МС ИСО 1940. Качество балансировки вращающихся деталей. - М.: Издательство стандартов, 2007. - 16 с.

29. Маслов Г.С. Расчет колебания валов: справочник- М.: Машиностроение, 1980. - 186 с.

30. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль. Анализ конструкции, элементы расчета. М.: "Машиностроение", 1989. - 304с.

31. Пастухов А.Г. Повышение надежности карданных передач трансмиссии сельскохозяйственной техники: Автореф. дисс.доктор. тех. наук: 05.20.03/ Пастухов Александр Геннадиевич - М.: 2008. - 34 с.

32. Полушкин О.А. Изыскание и разработка методики оптимального нормирования остаточного дисбаланса ротационных узлов зерноуборочных машин [Текст] дисс.канд. тех. наук. / О.А Полушкин - Ростов-на-Дону: ДГТУ, 1968. -84 с.

33. Полушкин О.А., Камышанов А.И., Шергин В.В. Исследование вибраций, генерируемых карданной передачей, при изменении частоты вращения и угла наклона карданного вала. -Динамика узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин. - межвуз.сб.-Ростов н/Д: РИСХМ, 1983. -С.49-52.

34. Полушкин О.А., Полушкин О.О. Устройство для корректировки дисбалансов карданного вала. -Патент на полезную модель №123947. Зарегистрирован в государственном регистре полезных моделей РФ10.01.2013 г.

35. Полушкин О.А, Фокин В.А. Теоретические основы балансировки роторов. Типовые методы определения дисбалансов - Метод указания. Вып.1. -Ростов-на-Дону: ДГТУ, 1994. -30с.

36. Полушкин О.О. Балансировка нежестких роторов Ростов-на-Дону, 2011169 с.

37. Полушкин О.О. Обеспечение качества балансировки и эффективности функционирования нежёстких ротационных агрегатов сельскохозяйственных машин. - дисс...канд. техн. наук. — Ростов-на-Дону: ДГТУ. — 2005

38. Сигаев А.М. Повышение эффективности диагностирования и ремонта карданных шарниров тракторов. Автореферат канд. дисс. Харьков, 1985. 24с.

39. Справочник по балансировке / Под. общ. ред. Левита. М.Е. М.: Машиностроение,1992. - 464 с.

40. Сурин В.М. Прикладная механика: учеб пособие / 3-е изд, испр.- Минск Новое здание ,2008 -388 с.: ил.- (Техническое образование).

41. Сушкевич М.В. Контроль при ремонте сельскохозяйственной техники. М.: Агропромиздат, 1988. - 254 с.

42. Теория карданных шарниров [Электронный ресурс] -Режим доступа: http ://j eep. avtograd.ru/ shafts. 2014

43. Технические сведения [Электронный ресурс] -Режим доступа: http ://www.klein-gelenkwellen.de. 2014

44. Халфман Р.Л. Динамика. -М.: Наука, 1972. -568с.

45. Чернова Г.А., Синьков А.В., Сторчилова Т.А. Исследование вибрационных характеристик карданной передачи автобуса "Волжанин-4298" на холостых оборотах и на первой передаче // Известия ВолгГТУ. Серия "Наземные транспортные системы". Вып.7: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2013. - № 21 (124). - C. 44-47.

46. Честнат Г. Техника больших систем (средства системотехники) /Перевод с анл. И.Н. Васильева, Е.Н Дубровского, А.С. Менделя, В.Ю. // Невраева, под ред. О.И. Авена. — М.: Энергия, 1969. — 656 с.

47. Шитиков Б.В. Динамическая балансировка роторов. -М.: Трансжелдориздат,1951. -123 с.

48. ШРУСы GKN [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://moskvorechie.ru/events/article/shrusy-gkn/ Загл. c экрана. 2014

49. Alauze C., Equilibrage actif des machines tournantes: Application aux grandes lignes d'arbres, Thèse de doctorat de l'INSA-Lyon, 1998, 126 p.

50. BALANCING THE EARLY STAGES [Электронный ресурс]: Schenck,

-Режим доступа: http://www.schenck-usa.com/company/information/history.php Загл. c

экрана. 2014

51. Beards C.F., Structural vibration: Analysis and damping, London : Arnold, 1996, 287 p.

52. Bentahar M. J. Travaux pratiques vibrations et acoustique 1 / Pascal J.C. 2008/2009ENSIM Rue Aristote 72085 - Le Mans Cedex 09.

53. Lanane M., Berthier P. and Der Hagopian J., Mécanique des vibrations linéaires, 2ème édition, 2ème tirage corrigé Paris : Masson, 1992, 306 p.

54. Forum auto [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.auto-evasion.com/forum-auto/viewtopic.php?id=108581 Загл. c экрана. 2009

55. Fryml B., Boruvka V.Vyvazolanl rotacnich stroju v technicke praxi. Praha, SNTL 1962,-233 c.

56. Rzeppa A.H. Universal joint Drives, Machine Design, №4, 1953.

57. Schneider Hatto Technique d'équilibrage -Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006

58. Sébastien SERVETO. Modélisation mécanique des joints de transmission automobile. Mesure et calcul des excitations vibratoires générées. Thèse- Génie Mécanique présentée par, Université du Maine Faculté des Sciences et Techniques Spécialité — Maroc : 2008, 142 с.

59. Seherr-Thoss H.Chr. Universal Joints and Driveshafts / F. Schmelz,

E.Aucktor - England: 2005

60. Voith turbo Arbre à cardan haute performance GmbH & Co.KG - Germany: 2015, -88 c.