Конструкция
карданных валов о игольчатыми подшипниками
троллейбуса
В современных троллейбусах применяются карданные валы с жесткими
карданами на игольчатых подшипниках. В качестве примера таких
конструкций на рис. 41 показан карманный вал троллейбуса ЗИУ-5.
Карданные валы с игольчатыми подшипниками имеют высокий к. п. д.
и относительно большой срок службы трущихся деталей вследствие
наличия роликов.
Основными элементами карданного вала являются жесткие карданы и
шлицевое соединение. Карданы отечественных троллейбусов дают
возможность передавать вращающие моменты от одного вала другому
при расположении последних друг к другу под углом до 20°.
Карданный вал, приведенный на рис. 41, состоит из двух вилок 1 и
3 (8 и 14) с отверстиями в проушинах, в которые вставлены чашки
11. По внутреннему диаметру чашек заложены тонкие цилиндрические
ролики — иголки 13, заполняющие в один ряд всю окружность внутри
чашки.
Вилки расположены под углом 90° одна к другой и шарнирно
соединены крестовиной 7 с четырьмя шипами, которые попарно
взаимно перпендикулярны. Для этой цели одна пара шипов вставлена
в проушины вилки 1 (8), а другая — в проушины вилки 3 (14). Шипы
крестовины могут свободно поворачиваться в роликах,
расположенных по окружности чашек И. Такое соединение позволяет
вилкам поворачиваться относительно друг друга, что и дает
возможность валам, на которые посажены вилки, располагаться под
углом один к другому, осуществляя в то же время передачу
вращающего момента. Чашки 11 удерживаются в проушинах вилок
крышками 12, которые закрепляются болтами 10, ввернутыми в тело
вилки. Каждый из карданов снабжен масленкой 4 и сапуном 2 для
смазки трущихся частей. Для предупреждения вытекания смазки из
подшипников на шипы крестовины 7 надевается сальник 9.
Фланцевые вилки 1 и 8 обоих карданов, с помощью которых
карданный вал крепится к соответствующим фланцам тягового
электродвигателя и редуктора, имеют одинаковую конструкцию.
Устройство вилок 3 и 14:различно. Первая из них — шлицевая вилка
3 — имеет внутренние шлицы для соединения с шлицевым валом 16,
вторая вилка 14 имеет сварное соединение с трубой 15 карданного
вала. Шлицевое соединение двух частей карданного вала во
избежание загрязнения закрывается защитной муфтой 5, выполненной
в виде гармошки, укрепленной с одной стороны на конце шлицевой
втулки 20, а с другой стороны — на конце трубы 15 с помощью
стяжных хомутов 19. Дополнительно для той же цели, а также для
предотвращения вытекания смазки ставится уплотнительное кольцо
17, закрываемое обоймой 18, навертываемой на резьбовую часть
шлицевой вилки 20. Для смазки шлицевого соединения в тело вилки
3 ввертывается масленка 21.
Основное различие между карданными валами, применяемыми на
разных типах отечественных троллейбусов, заключается лишь в
длине трубы и конструкции соединения карданного вала с валами
тягового электродвигателя и редуктора (фланцевые и обыкновенные
соединения), а также в системе смазки и защитном устройстве
шлицевого соединения. Фланцы позволяют устанавливать и снимать
карданный вал без разборки карданов. На троллейбусах других
типов вилки, заканчивающиеся хвостовиками с коническим
отверстием, надеваются непосредственно на присоединяемые валы.
Состояние карданной передачи оказывает непосредственное влияние
на безопасность движения троллейбуса, поэтому важное значение
имеют качество материала и методы изготовления важнейших деталей
карданной передачи: вилок карданов, крестовин и чашек игольчатых
карданов, а также трубы карданного вала. Следует отметить
недостаточную износостойкость отдельных деталей, имевшую место в
карданной передаче троллейбусов МТБ-82, что отрицательно
сказывалось на эксплуатационных качествах троллейбуса.
Рис. 41. Конструкция карданной передачи с жестким
карданом, снабженным игольчатыми подшипниками
Исследование причин низкой
работоспособности ранее выпускавшихся карданных валов,
проведенное автором, позволило установить следующее.
Разрушение трубы карданного вала в местах приварки шлицевого
наконечника и вилки является следствием: неудовлетворительного
качества сварки (непровар, различная ширина сварного шва,
значительные пустоты в сварном шве и др.); неправильной
технологии сварки (сварка без предварительного подогрева),
вызывающей неравномерную твердость и местные перенапряжения в
зоне сварного шва; хрупкость металла в зоне сварки из-за
образующейся в этом месте закалки.
Скручивание или изгиб трубы карданного вала в целом месте
вызывался неравномерным распределением напряжения вследствие
неодинаковой толщины трубы по сечению. Неправильная
(эксцентричная) приварка наконечника или вилки, а также
неправильная сборка карданного вала приводили к чрезмерному
биению его и к разрушению. Поэтому в процессе изготовления
карданный вал должен подвергаться статической и динамической
балансировке. Устранение небаланса карданного вала
осуществляется путем приварки к стене трубы 15 балансировочных
пластин 6, как это показано на рис. 41, вес которых подбирается
в процессе балансировки.
Недостаточная работоспособность игольчатых карданов является
результатом чрезмерно высоких удельных давлений, ненадежного
крепления чашек игольчатых подшипников и в ряде случаев
неудовлетворительной термической обработки рабочих поверхностей
крестовин и чашек. Шипы крестовины, а также чашки игольчатого
подшипника в ряде случаев имели недостаточную твердость
вследствие несоблюдения режима их термической обработки.
В этих условиях высокие удельные давления в игольчатых
подшипниках сравнительно быстро вызывают остаточные деформации
(вмятины от роликов) на их рабочих поверхностях крестовин и
чашек. В результате игольчатый подшипник перестает работать как
подшипник качения. Работа же его как подшипника скольжения
вызывает ускоренный износ механизма и выход его из строя.
Преждевременный износ шлицевых соединений карданной передачи
имел место вследствие неправильного выбора материала для
деталей, неправильного подбора их твердости и
неудовлетворительной смазки.
Перечисленные причины неисправностей карданной передачи
предопределяли и способы их устранения. Тщательное изготовление
деталей, приварка их и сборка в соответствии с установленным
технологическим режимом и техническими требованиями, правильная
установка, крепление и надлежащая смазка карданной передачи
увеличивают ее работоспособность и износостойкость, а значит,
улучшают эксплуатационные качества тяговой передачи троллейбуса.