Кріплення механічної (mehanix) хрестовини

 

ПРО ЯКІСТЬ ХРЕСТОВИН КАРДАНИХ ВАЛІВ

Непусте питання і для фахівців, зайнятих ремонтом карданних передач, і для власників автотранспорту: чим керуватися при виборі та придбанні хрестовин? Нерідко перевага надається найдешевшому варіанту без урахування якості виготовлення деталей. Наскільки обґрунтовано такий підхід? На що слід звертати увагу при виборі хрестовин?

Для відповіді на ці питання звернемося спочатку до конструкції хрестовини. Загалом Хрестовина, як складальна одиниця, складається з власне хрестовини з чотирма шипами, 4-х голчастих підшипників та ущільнень. 

 

Зовнішньої обойми підшипника є склянка, внутрішньої – шип хрестовини. Для запобігання голчастого підшипника від попадання вологи, забруднень та утримання мастила служать пильовик та манжетне ущільнення. Торцевий упор шипа хрестовини на дно склянки відбувається через упорний підшипник (шайбу). У ряді конструкцій хрестовин упорний підшипник може бути відсутнім.

Фіксація склянок підшипників в отворах фланців та виделок здійснюється різними способами: за допомогою внутрішніх або зовнішніх стопорних кілець, за допомогою притискних кришок або планок, а також шляхом локальної деформації матеріалу вушок фланців та виделок – зачеканювання, часто званим керненням 

 

Яким чином можна визначити якість виготовлення хрестовин? Попередньо його можна оцінити зовнішнім оглядом: пористе, несиметричне лиття, сліди грубої механічної обробки поверхонь, задирки та забоїни на склянках підшипників, дефекти ущільнення – ось перші ознаки низькоякісної продукції.

При перевірці якості хрестовин важливо встановити, чи відповідають значення конструктивно-технологічних параметрів хрестовин технічним умовам їх виготовлення. Оскільки деталі карданних передач, що поставляються закордонними виробниками, сертифіковані на відповідність російським стандартам, цілком обґрунтовано застосування для оцінки якості хрестовин технічних вимог, регламентованих стандартами ГОСТ Р 52923-2008, ГОСТ 4657-82 і ГОСТ 24310-80.

Одні з контрольованих параметрів - розміри та форма склянок підшипників. Діаметр склянки хрестовини повинен бути таким, щоб забезпечувалася щільна (нерухома) посадка підшипників у отворах фланців та виделок. Отвори під склянки підшипників обробляють, як правило, за сьомим кваліфікацією H7. Таким чином, для гарантованої посадки склянки підшипника в отворах з натягом склянки повинні виготовлятися з полем допуску n6 або p6. Відхилення від циліндричності склянок підшипників хрестовин не повинні перевищувати 0,006 мм. Виняток становлять склянки підшипників, виготовлені методами штампування та порошкової металургії. В цьому випадку склянки підшипників мають, як правило, конусну форму, з основою конуса у манжетного ущільнення. Залежно від діаметра склянки його конусність може становити від 0,02 до 0,06 мм. Така форма склянок дозволяє компенсувати їхню різну жорсткість (податливість) по довжині. Після запресування в посадкові отвори склянка набуває правильної, циліндричної форми.

Найважливішими технологічними характеристиками хрестовин, що визначають їхню зносостійкість, є шорсткість і твердість робочих поверхонь шипів, які повинні, відповідно, складати Rа? 0,63 мкм та HRC 58…65.

Для перевірки якості виготовлення хрестовин було відібрано по 2-3 типорозміри деталей різних виробників, найбільш поширених сьогодні на російському ринку. Результати вимірювання параметрів хрестовин наведено у таблиці.

Торгова марка	Маркування	Параметр
		Відхилення від циліндричності стаканів, мм	Відхилення від циліндричності шипів, мм	Шорсткість шипів Ra, мкм	Твердість шипів, HRC
Bakkeren (BKJ)	Відсутнє	0,03-0,05*	≤0,005	0,34-0,60	59-62
Della Concordia	UDC Made in Italy	0,01-0,05*	≤0,005	0,44-0,65	57-59
GKN	Відсутнє	0,01-0,02*	≤0,005	0,27-0,51	60-63
GMB	GMB Japan	≤0,01	≤0,005	0,30-0,32	59-61
GWB	GWB	≤0,0005	≤0,005	0,42-0,61	63-65
HD Parts	HD Parts	≤0,01	до 0,01	0,63-0,98	61-64
EDH	Відсутнє	0,01-0,05*	до 0,015	0,33-0,64	62-65
EDS	EDS	0,01-0,02*	≤0,005	0,26-0,55	61-64
Rock Ford	Відсутнє	≤0,005	≤0,005	0,33-0,54	54-59
JAB	JAB	≤0,005	≤0,005	0,28-0,34	54-58

* - дані щодо підшипників хрестовин, виготовлених методами штампування або порошкової металургії;

Аналіз результатів вимірювань показує, що значення контрольованих параметрів більшості обстежених хрестовин відповідають технічним умовам. Поряд з цим у хрестовин HD Parts і EDH відхилення від циліндричності шипів в 2 ... 3 рази перевищують допустиме значення, істотно вище нормованого значення шорсткість шипів хрестовин HD Parts.

Досить різноманітні конструкції ущільнень підшипників хрестовин. Найпростіший варіант конструкції ущільнення є еластомерним кільцем, яке встановлюється безпосередньо на шип або в обойму, напресовану на шип, і забезпечує герметизацію тільки по торцю хрестовини і склянки підшипника 

 

Як правило, така конструкція ущільнення застосовується на хрестовинах невеликих розмірів з діаметром склянки до 30 мм. Варіант виконання «б» кращий, оскільки обойма запобігає видавлюванню ущільнення зі стику і захищає ущільнення від зовнішніх механічних впливів.

Прикладом невдалого конструктивного рішення може бути схема торцевого ущільнення хрестовин фірми JAB (1КМ08). Торцева манжета є кільцем з твердої гуми, встановлене в штампованому корпусі. Ущільнення стику відбувається дуже вузькою (шириною 0,8 мм) кільцевої поверхні торця склянки підшипника 

 

Розмірний ланцюг хрестовини розрахований таким чином, що між шипом та дном склянки є зазор 0,5...1,0 мм. В результаті цього торцевий упор відбувається не по дну склянки підшипника та торця шипа, а по бічній поверхні манжети та торця склянки. Внаслідок дуже вузької торцевої поверхні склянки в зоні контакту з манжетою виникають високі питомі навантаження, що призводять до підвищеного зносу поверхні манжети, появи в хрестовині відчутного осьового зазору та швидкого виходу шарніру з ладу..

Більш досконалою є конструкція вузла ущільнювача, коли ущільнення підшипника забезпечується і в осьовому, і в радіальному напрямку єдиною манжетою спеціальної конфігурації. 

Широко поширена конструкція комбінованого ущільнювального вузла, що складається з двох елементів: пластикового кільця та еластомірної манжети. Пластикове кільце грає роль торцевого ущільнення, еластомірна манжета забезпечує ущільнення підшипника в радіальному напрямку і може мати від однієї до трьох кромок, що ущільнюють.

 

Однією з найбільш надійних є конструкція, в якій поєднується двокромкова радіальна манжета з лабіринтним торцевим ущільненням. Така конструкція ущільнення застосовується на важконавантажених Хрестовинах, укомплектованих підшипниками SKF, INA та інших.

 

Надійність вузлів ущільнювачів підшипників хрестовин значною мірою залежить від якості обробки поверхонь хрестовин, що сполучаються з ущільнювальними елементами. Відповідно до ТУ шорсткість поверхонь під ущільнення має бути Rа? 1,25 мкм.

Як показує практика, не завжди цієї вимоги виробниками дотримується. Нерідко поверхні на хрестовині під манжету обробляються дуже грубо, часом із помітним усуненням (рис.8). Робота манжетного ущільнення по грубій шорсткій поверхні хрестовини призводить до інтенсивного зношування робочих поверхонь ущільнювальних елементів, порушення герметичності ущільнювального вузла та передчасного відмовлення карданного шарніра. Несиметричне розташування і нерівномірна ширина поверхні ущільнювача хрестовини знижують ефективність ущільнення і також призводять до передчасного відмовлення шарніра.

 

Одна з проблем, з якою стикаються фахівці при ремонті карданних валів автомобілів, неможливість встановлення хрестовин деяких виробників у вилку або фланець 

 

Це пов'язано або з відмінною від оригіналу формою виливки хрестовини (повніша), або з відсутністю на шипах хрестовин західних лисок 

 

Для карданних валів автомобілів Scania серій Р300, Р400 та Р500 (і ряду «американських» вантажівок) хрестовини поставляються в зборі з підшипниками, запресованими в бугеля, за допомогою яких хрестовини кріпляться до фланців. При збиранні карданного валу регламентоване положення хрестовин щодо фланців забезпечується центруючими поверхнями бугелів (кут нахилу поверхонь 4,50). Для забезпечення заданої точності позиціонування та надійної посадки хрестовин у фланцях, що центрують поверхонь бугелів повинні бути оброблені з високою якістю (з шорсткістю Rа≤1,25 мкм). Дослідження технічного стану хрестовин показує, що часто обробка центруючих поверхонь бугелів виконана досить грубо: в одних випадках фрезеруванням, в інших - піскоструминною обробкою

 

По можливості поповнення мастила в процесі експлуатації карданних передач хрестовини можна розділити на два типи: обслуговуються (з можливістю поповнення мастила) та не потребують технічного обслуговування (без можливості поповнення мастила).

При виготовленні хрестовин, що не потребують технічного обслуговування, передбачається, що мастило закладається в підшипники на весь термін служби карданної передачі.

Змащування хрестовин, що обслуговуються, здійснюється через прес-масляни, встановлені безпосередньо в Хрестовинах (по центру або збоку між шипами) або в склянках підшипників (в 1-ій, 2-й або у всіх 4-х склянках). Очевидно, що Хрестовина з можливістю поповнення мастила при експлуатації матиме більший ресурс, ніж аналогічна Хрестовина, що не обслуговується..

Не рідко ремонтники купуються на назву відомої торгової марки, вказаної на упаковках хрестовин. Досвід показує, що вміст упаковки не завжди відповідає упаковці, оскільки часто фірма постачальник (торгова марка) є лише пакувальником продукції інших виробників. У цьому випадку маркування виробника на деталях може бути відсутнім. У той час як продукція провідних виробників хрестовин завжди має фірмове маркування.

Оскільки якість ремонту карданних валів значною мірою залежить від якості комплектуючих, у тому числі і хрестовин, на закінчення наведемо деякі рекомендації щодо вибору хрестовин.

1. Перевагу слід віддавати продукції провідних виробників хрестовин, керуючись маркуванням, розміщеним безпосередньо на Хрестовинах.

2. При придбанні та перед встановленням хрестовин необхідно контролювати розміри та форму склянок підшипників: діаметр склянок повинен відповідати щільній посадці підшипників в отворах фланців та виделок, овальність склянок не повинна перевищувати 0,006 мм.

4. Особливу увагу необхідно звертати на якість обробки шпильок хрестовин. Слідів грубої механічної обробки, рисок та вибоїн на шипах (у тому числі і на поверхнях під ущільнення) не повинно бути. Шорсткість шипів повинна становити Rа≤0,63 мкм, поверхонь під ущільнення Rа≤1,25 мкм.

5. Враховуючи вітчизняний рівень технічної експлуатації та обслуговування автомобілів, краще застосовувати обслуговуються хрестовини з можливістю поповнення мастила підшипників.