ТРАНСМИССИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ

а)б)в)

Рисунок 2 – Эскизыкрестовины КШ и ПУ в сборе

По данным рисунка 2 составлены плоские и линейные размерные цепи(рисунок3), на которых указанысоставляющие звенья размерных цепейзазоров.

Для радиального зазораполучаем следующее выражение

, (3)

где Grн=D1-D0 – начальныйрадиальный зазор в ПУ; D=D4–D3 – начальный зазор всоединении«проушина —подшипник»; D0, D1,D3, D4 – геометрическиепараметры элементов КШ; Т2,Т3 –допуск соосности осей противоположныхшипов крестовин и осей отверстий ввилках;Т4 –допуск пересечения осей отверстий в вилкахс осью центрирующей поверхности; Т6– допускперпендикулярности оси двухпротивоположных шипов крестовины и осидвух других шипов.

С учетом особенностейосевой фиксации ПУ для осевого зазораполучаем

, (4)

где GанI=Н2-(Н0+2В1+2В3)– начальныйосевой зазор в ПУ для типоразмера I; GанII,III=(Н1+2В2)-(Н0+2В3)– начальныйосевой зазор в ПУ для типоразмеров II,III; GанIV-VIII=Н2-(Н0+2В1)– начальныйосевой зазор в ПУ для типоразмеров IV-VIII;Н0, Н1, Н2,В1, В2, В3–геометрические параметры элементов КШ;Т6, Т7, Т8– допускперпендикулярности оси двухпротивоположных шипов крестовины и осидвух других шипов, осей отверстий в вилкахи оси центрирующей поверхностиприсоединительного фланца и торцов ушеквилок и общей оси отверстий ушек; Т9Н0,Т9Н1, Т9Н2 – допускотклонения оси симметрии размеров междуторцами крестовины и опорных поверхностейвилок; Т10 – допускплоскостности торцов шипов крестовины и ихобщей оси.

Рисунок 3 — Линейныеразмерные цепи зазоров Gr(а), Gа(б), Gt(в)

Для окружного(межроликового) зазора получаем следующуюформулу

, (5)

где d0,D2, Z–геометрические параметрыэлементов ПУ; К’=(1+1/sin180/Z)–поправочный коэффициент; СD2, СD1 – длина окружностипо центрам роликов ПУ, расположенных на внутреннем диаметрестакана подшипника и при беззазорномрасположении по окружности центров.

Расчетные величинызазоров необходимо сопоставить cнормальным значением [Gr] идопускаемыми значениями [Ga] и[Gt] зазоров

, ,. (6)

	Оценка точности размерных цепей зазоров(рисунки 4, 5, 6) выполнена для мелкосерийногопроизводства, при неотлаженном процессеобработки,изношенном оборудовании и нежестких приспособлениях. Для радиальногозазора (рисунок 4), вычисленного повероятностному методу и методу на max-min, для типоразмеров КШ,кроме IV иV, условие (6) выполняется,при этом большая часть поля допуска Grрасположенав зоне больших зазоров и натяга. Для осевого зазора подвум методамрасчета (рисунок 5) видно полное выполнениеусловия (6) для II типоразмера, а для остальных— частично, срасположением допуска Ga в зонесущественного натяга. Для окружного зазора(рисунок 6) выполнение условия (6) отмечено в I, III и VIII типоразмерах, ичастичное выполнение для остальных типоразмеров.
Рисунок 4 – Значениярадиального зазора
Рисунок 5 – Значения осевогозазора
	Наибольшее влияние на величины зазоровоказывают геометрические размеры ПУ, а также допуски на пересечениеосей вилок и перпендикулярность осей шипов,отклонениеосей симметрии крестовины и вилок, значит необходимоповышать контроль при изготовлении деталейКШ, так как наличие увеличенного зазора исущественного натяга в ПУ приводит кнеравномерности распределения нагрузки иначальному повреждению поверхностей при сборке.
Рисунок 6 – Значения окружногозазора

2.3 Исследование надежности карданных передач иобоснование мероприятий повышенияих долговечности

ДолговечностьLha шарниров КП по критерию контактной усталостиимеет вид

, (7)

где A – коэффициент;n – частота вращения,мин-1; – уголизлома КШ,град; H– измеренный радиальный зазор вПУ, мкм; C – динамическаягрузоподъемность ПУ,Н; (H-LW)–геометрический фактор шарнира, м; ТКШ– крутящиймомент, Н·м; Kd–коэффициент динамичности; m – показательстепени; а1,а2, а3 –коэффициенты надежности,материала и условий эксплуатации.

С другой стороны,долговечность Lha шарниров КПзависит от влияния конструктивных,технологических и эксплуатационныхфакторов

(8)

где LКha, LТha,LЭha –долговечности КШ по рассматриваемымфакторам.

Выражая частныесоставляющие долговечности LКha, LТha,LЭha получаем

(9)

Анализ формул (7) и (9)позволяет выделить следующие направленияповышения долговечности КП: учет влияниядинамического угла излома КШ вэксплуатации, повышение приспособленностикарданных ПУ к нагруженности вэксплуатации и повышение безотказности иремонтопригодности КШ с применениеммероприятий технического обслуживания иремонта (ТОР).

Уточненная модельдолговечности серийных КШ с учетомкоэффициента влияниядинамического угла изломаимеет вид

, (10)

где К–коэффициент, учитывающий изменение углаизлома в КШ и равный величине отношениясредней долговечности при динамическом истатическом углах излома.

Математическая модельКШ с ПУ увеличеннойдинамической грузоподъемности СОпбудет иметь следующий вид

. (11)

Так как динамическаягрузоподъемность ПУ не зависит от режимовиспытаний, а характеризует качествоизготовления, то в эксплуатации величинаСОп, полученная по результатамстендовых испытаний, остаетсянеизменной.

Коэффициент повышениядолговечности KLh КШ вычисляем поформуле

, (12)

где LhaCоп, Lha, СОп, С, НОп, Нсер – долговечность,динамическая грузоподъемность иизмеренный начальный радиальный зазоропытных и серийных ПУ.

Увеличение значениядинамической грузоподъемности ПУ допредельного возможно лишь при минимизацииначального радиального зазора.

Изнашивание ограниченной части элементов ПУ обуславливает повышение долговечности КШпутем болееполного использованиярабочей поверхности ихПУ. Модель долговечности такогоремонтопригодного КШ имеет вид

, (13)

где КИР–коэффициент использования ресурса,учитывающий долю разрушенной поверхностишипов, игольчатых роликов или стакановПУ.

Наиболее эффективнымявляется проведение одновременной заменырабочих поверхностей всех элементов ПУ безпроведения их разборки, тогда коэффициентКИР равен отношению долговечностиLha серийного КШ к суммарнойдолговечности КШ до LДha ипосле LПhaосуществления замены

. (14)

В результатеэксплуатационных и стендовых наблюденийустановлено, что в серийных ПУ КШреализуется лишь 30…60 % их потенциальногоресурса.

Суммарный ресурсКШ в результате применения способа повышения долговечности равен Lh,тогда рассмотрим суммарный ресурсдля трех частныхслучаев: 1) серийный КШ без ТО; 2)серийный КШс выполнением способа ТО путем поворота крестовины и подшипников; 3)опытный КШ, приспособленныйк последовательному выполнениюмероприятий ТОР.

Для серийного КШсуммарный ресурс с учетом формулы (7)равен

. (15)

Применительно кспособу увеличения долговечности приремонте путем восстановления крестовиныили ТО за счет замены рабочих поверхностейПУ и смены смазки, т.е. однократнымвоздействием, долговечность КШравна

, (16)

где k1, k1р, k1ТО–коэффициенты увеличения долговечности приремонте или ТО.

Для КШ, приспособленного к последовательному применениюмероприятий ТОР, суммарнаядолговечность при однократномприменениивоздействийравна

, (17)

где k1р–коэффициент увеличения долговечности засчет ремонтного воздействия; k2ТО–коэффициент увеличения долговечности засчет ТО (рисунок 7).

Анализ рисунка 7показывает, что совместным применениеммероприятий ремонта и ТО можно наиболеесущественно увеличить долговечностьКШ.

Методика прогнозирования надежности КП сельхозтехникиразработана на основеметода Монте-Карло. Сопоставление долговечности опытного исерийногоКШ позволяет установитькоэффициент повышениядолговечности

, (18)

где –коэффициенты долговечности по среднему и-% ресурсу; – средний и -% ресурс опытногоКШ; –средний и -% ресурс серийногоКШ.

Для оценкиконкурентоспособности мероприятийповышения надежности КП на основе способовТОР, в условиях многокритериальной оценки,используем интегральный критерий – коэффициент ККконкурентоспособности

, (19)

(20)

где Sp– площадьрадара; Si – общая площадьоценочной фигуры; Хi, Yi–координаты вершин радара; n – число оценочныхпоказателей изделия (показателирациональности, экономическойцелесообразности и эффективности способовТОР).

При оценкеконкурентоспособности отремонтированногоизделия показателям качества и ценепридают разный вес, поэтомуконкурентоспособность изделияколичественно можно рассчитать с учетомфактора предпочтений

, (21)

где Цфi,Цmaxф –фактическая цена i-го изделия и максимальноезначение цены сравниваемых изделий; – значимость ценыизделия для покупателя (01).

3Совершенствование карданных передачэнергонасыщенной сельскохозяйственнойтехники

Основные тенденциисовершенствования КП направлены на снижениенеравномерности распределения нагрузки вПУ, более полноеиспользование ресурса ПУ и повышение приспособленности КШ к мероприятиямТОР.

Следствиемнеравномерности распределения нагрузки вПУ является возникновение явленияперекоса их элементов, что существенноснижает ресурс КШ.

Выражение углаперекоса ,рад, осей шипа и подшипника имеет вид

, (22)

где Gr,еf, Н, Y,Х –углы перекоса элементов от радиальногозазора, упругого прогиба шипа, упругихконтактных деформаций элементовсоединения «шип – ролик – стакан», изгиба и скручиванияпроушины вилки, рад (рисунок8).

а – от радиальногозазора; б– отупругого прогиба шипа; в – от упругихконтактных деформаций элементовсоединения «шип – ролик – стакан»; г –от упругого изгиба проушины вилки; д – при«опрокидовании» подшипника; е – при«самоустановке» подшипника
Рисунок 8 – Графическая иллюстрация перекосаэлементов ПУ КШ

Угол перекоса отрадиального зазора Gr в ПУ определяем поформуле

, (23)

где GrСр,Gr1, Gr2 – среднее иначальные значения радиального зазора в ПУКШ, м; R=Н/2–расстояние от торца шипа до центракрестовины Н, м.

Угол перекоса оси шиповкрестовины еf определяем позависимости

, (24)

где Fr–радиальная сила ПУ, Н; L – разность длинышипа и половины длины ролика, м; Е – модуль упругости,МПа; I – момент инерциисечения шипа, м4.

Угол перекоса Носей элементов ПУ от упругих контактныхдеформаций элементов Нсоединения «шип – ролик – стакан» равен

. (25)

Для определенияпрогиба проушины Y карданной вилки,определяющего угол перекоса оси стаканаY, принимаем расчетную схему брусапеременной жесткости, нагруженногорадиальной силой Fr. Тогда уголперекоса Y оси стаканаопределяем по геометрическойформуле

, (26)

где L1,L2 –длина участков проушины вилки с отверстиеми без, м; IZ1, IZ2– осевоймомент инерции сечений проушины, м4.

Угол перекоса Хоси стакана подшипника в результатескручивания проушины вилки, в виде брусапеременной жесткости, определяем поформуле

, (27)

где а – плечо радиальнойсилы, создающей крутящий момент, м; IК1,IК2 –момент инерции кручения сечений проушины,м4; G – модуль сдвига,МПа.

Итоговое выражение угла перекоса , рад, осей шипа иподшипника имеет вид

.(28)

Расчет выполняем напримере КШ VII типоразмера с подшипниками№804707К4С10 для стендового иэксплуатационного режимов нагружения ПУ,расположенных в двух вилках — серийной и опытнойпо RU 2106548.

Наибольшее влияние наобщий угол перекоса элементов ПУ оказываютдеформация кручения проушин вилок ирадиальный зазор в ПУ. Угол перекоса осейПУ опытной вилки по сравнению с серийнойуменьшается в 5,0…7,4 раз.

С учетомгеометрической связи угла перекоса с упругимиконтактными деформациями Нэффективную длину контакта LWэф вПУ определяем как

. (29)

По принятымисходным данным получаем: 1) длясерийной вилки при эксплуатационномрежиме нагружения LWэф=1,39 мм, при стендовом – LWэф=1,81 мм; 2) для опытной вилки приэксплуатационном режиме нагружения – LWэф=10,3 мм, пристендовом –LWэф=9,04 мм.Следовательно, динамическая грузоподъемностьреальных ПУс радиальным зазором зависит от параметраLWэф

. (30)

В этом случаединамическая грузоподъемность опытных ПУв 2,3…17 раз больше серийных ПУ. Доведениевеличины динамической грузоподъемности ПУдо потенциальной возможно при реализацииполного линейного контакта.

Для устраненияперекоса в ПУ путем реализации линейногоконтакта ихэлементов,предложен КШ RU 2106548 (рисунок 9), который содержитвилки 1, 2 икрестовину3; вилки 1 и 2 имеютфланцы 4 и 5, к которым посредством гаек 6 крепятся проушины 7 и8; каждый шип9 крестовины 3 установлен в проушинах 7 и 8посредством подшипника сроликами10 в стакане11. Наличие оси поворота проушин вилкиобеспечивает более равномерное распределениенагрузки в ПУ.

С целью повышенияремонтопригодности предложен КШ RU2075878 (рисунок 10), который содержит вилки 1 и 2, крестовину 6 иигольчатые подшипники 5; проушины 3 и 4 вилок 1 и 2 выполненыразборными,а их полости в сечении плоскостью,перпендикулярной оси отверстий, имеютформу выпуклого правильногомногоугольника с четным числомсторон;наружная поверхность стакана сопряжена с полостямипроушин. Наличие разборных проушинпозволяет повысить долговечность КШ засчет поворота подшипника относительно осишипа на угол, определяемый формой полости проушин,без нарушения приработки ПУ. Это позволяет приопределенной наработкепровести полную заменурабочих поверхностей ПУ путем поворота крестовины в сбореотносительно ее центра на 90° без разборки.

Рисунок 9– Схема КШ RU2106548	Рисунок10 – Схема КШRU 2075878

С целью повышениенадежности КП мероприятиями ТОР предложенспособзаменырабочих поверхностей соединений «шипкрестовины — игольчатый подшипник» (RU 2234008). Способ включает разборку, очистку, промывку изаправкусмазкой ПУ,установку крестовины с поворотом на 90° пооси ее вращения относительно вилок, а также повороткаждого игольчатого подшипника на 180°относительно шипа крестовины. Поворотупомянутых элементов ПУосуществляют при наработке0,8…0,9 от расчетной, перед этим длявосстановления радиального зазора всоединениях КШ выполняют восстановлениеизношенной части рабочихповерхностей ПУдо номинального размера(рисунок 11), любым способомнанесенияслоя металла. Восстановлениетолько изношенной части рабочей поверхности элементовприводит к снижению затраттруда иматериальных ресурсов.

1 – шип крестовины; 2– подшипник;А – зонаизнашивания подшипника; Б – зона изнашиванияшипа; I-I –плоскость действия силы Fr;II-II –плоскость начального зазора	1 – крестовина; 2– шип; 3– втулка; 4–игольчатые ролики; 5 – корпусподшипника; 6, 7 – отверстия; 8 – уплотнение; 9– крышка; 10– винт; 11, 12–вилки
Рисунок11 – Схемаизнашивания ПУ	Рисунок12 – Схема КШRU 2232309

С целью повышенияэффективности мероприятий ТОР предложенКШ (рисунок 12) и способ его ТО (RU 2232309). Втулкашипа крестовины КШ выполнена в видестакана и установлена основанием вверх, при этом в основаниикорпуса подшипника и втулки выполненыцентральные соосные отверстия в видеправильного выпуклогомногоугольника.

Способ ТО КШ включаетчастичную разборку КШ, замену изношенныхповерхностей на неизношенныепроводят дифференцированно для ПУ путемповоротаподшипника и втулки посредством соосныхотверстий в их основаниях.

Выполним обоснование иподбор отклонений размеров и натяговNmin и Nmax в соединении «шипкрестовины —втулка» (рисунок 13) по условию

, . (31)

	ТП – момент поворотавтулки на шипе, Н·м; RП – усилие сборкисоединения, Н; p –удельное давление на контактныхповерхностях соединения, Н/м2; l – длина контактаповерхностей соединения, м; d1,dнс, d2 – внутреннийдиаметр шипа, номинальный диаметрсоединения и наружный диаметр втулки, м;D1, D2 – диаметрысрединных поверхностей деталей, м
Рисунок 13 — Схема соединения «шип — втулка»