Условия работы и причины выхода из строя карданной передачи автомобилей мерседес

Карданная передача автомобиля мерседес должна обеспечивать необходимую равномерность вращения ва­лов соединяемых агрегатов, отсутствие резонансов в диапазоне эксплуатационных скоростей, мини­мальные динамические нагрузки, высокий коэффи­циент полезного действия, обладать приемлемой долговечностью и надежностью.

Преобладающими видами отказов этого узла в эксплуатации являются разрушение поверхностей шипов, износ торцов и поломка шипов крестовины, задиры и заедание компенсатора линейных переме­щений карданной передачи, а также нарушение сба­лансированности вала, приводящее к вибрациям с последующим разрушением подшипников коробки передач, мостов и промежуточных опор.

Основным элементом передачи является кардан­ный шарнир, состоящий из крестовины с подшипни­ками, уплотнительных элементов и деталей крепле­ния. На его долю приходится от 67 до 91 % всех от­казов карданной передачи для автомобилей семей­ства мерседес.

Анализируя причины выхода системы из строя, ее отказы можно разделить на внезапные и посте­пенно развивающиеся.

К внезапным отказам относится разрушение (по­ломка) шипа крестовины, чаще всего наблюдаемое у лесовозных автомобилей. Накопление усталост­ных микроразрушений обусловлено нагруженностью карданного вала при движении автомобиля на установившихся режимах и наложением высокочастот­ных крутильных колебаний трансмиссии и автоко­лебаний при буксовании ведущих колес.

Высокочастотные колебания вызваны, крутильными возмущениями от внешних воздействий, дисбалансом карданного вала, параметрическими колебаниями зубчатых колес, неравномерностью вра­щения валов вследствие их наклона.

Низкочастотные колебания нагрузок возникают при троганни автомобиля мерседес с места, переключении пе­редач, а также вследствие неровности дороги. Вне­запные отказы в виде поломок шипов крестовины происходят из-за резких перегрузок и чаще всего наблюдаются при сочетании значительного крутя­щего момента с максимальным углом излома шар­нира. Обычно внезапные отказы объясняются ошиб­кой при выборе типоразмера, конфигурации и ма­териала крестовины (в процессе проектирования), неправильным выбором средств и способов механи­ческой и упрочняющей обработки (в технологии), нарушением технологии изготовления, контроля и эксплуатации (в производстве и эксплуатации).

К постепенно развивающимся отказам относят­ся: «ложное» бринеллирование, абразивное изна­шивание и усталостное выкрашивание рабочих по­верхностей шипов крестовины.

«Ложное» бринеллирование — это появление ка­навок на шипах крестовины в зоне контакта ее с те­лами качения подшипника. Оно вызывается нерав­номерным распределением действующих нагрузок по длине игл при их сдвиге относительно оси рабо­чих поверхностей шипов крестовины и стаканов под­шипников. Чаще всего «ложное» бринеллирование появляется при недостаточной жесткости вилок кар­данных шарниров, низкой твердости шипов кресто­вины, недостаточном количестве и качестве смазоч­ного материала, плохой герметичности и нарушении правил технического обслуживания сборочной еди­ницы.

Абразивный износ поверхностей шипов, торцов крестовины, стаканов и иголок подшипников, вы­званный попаданием в соединение пыли, грязи и вла­ги, наблюдается при эксплуатации автомобиля на пыльных дорогах, особенно в случае выхода из строя уплотнительных устройств. При этом может прои­зойти заклинивание карданного шарнира (из-за вы­текания смазки), разрушение вилок, задир и заеда­ние шлицевых компенсаторов (рис. 2).

Рис. 2. Внешний вид изношенных деталей карданной передачи:
а — шип крестовины на участке «ложного» бринеллирования и износа под манжетными уплотнениями игольчатых подшипников; б — шип крестовины на участке усталостного выкрашивания; в — шлицы конца
карданного вала на участке охватывания

Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей шипов крестовины, или «питтинг», происходит при значительных контактных напряжениях, дости­гающих 4000 МПа и вызванных высокими нагрузка­ми, которые неравномерно распределены по иглам и их длине. Оно заключается в образовании усталост­ных микротрещин, которые, развиваясь, приводят к выкрашиванию металла. «Питтинг» проявляется в виде ямок, осповин на поверхности детали и препят­ствует дальнейшей нормальной эксплуатации узла (рис. 2, а).

Выбраковочными признаками выхода из строя карданных шарниров являются: повышенный зазор в сочленении, стук в карданной передаче, перегрев деталей, выбрасывание смазки и т. д.

Основными видами повреждения шлицевых со­членений карданной передачи является износ и смя­тие контактирующих шлицев, скручивание шлице­вого вала. Изнашивание трущихся поверхностей шлицев чаще всего проявляется в виде выработки в месте сопряжения вала со втулкой. Происходит это вследствие суммарного воздействия знакоперемен­ной ударной нагрузки и относительных перемеще­ний трущихся поверхностей, вызванных перекосом
или несоосностью деталей шлицевых соединений, по­грешностями пространственного расположения эле­ментов шлицевого профиля, смещений осей вала и втулки под действием радиальной силы.

Износ шлицевых сочленений некоторых узлов автомобиля может также вызываться фреттинг- коррозией. Износ происходит при микроперемеще­ниях контактирующих поверхностей с большой ча­стотой. Вследствие возникновения значительных давлений, отсутствия или недостаточного количест­ва смазки, трения однородных материалов, низкой твердости поверхности в шлицевых соединениях мо­гут наблюдаться схватывание или задиры на тру­щихся поверхностях (рис. 2, в).

Механизм изнашивания шлицевых сочленений можно представить следующим образом.
Воздейст­вие знакопеременной ударной нагрузки приводит к достижению критических значений давления в ме­стах единичных контактов рабочих поверхностей шлицев. При этом происходит выдавливание смаз­ки или наступают неблагоприятные условия для смазывания, обнажаются чистые (без окислов) по­верхности и возникает схватывание. Относительное их перемещение, вызванное реверсивным характе­ром приложения нагрузки и колебаниями различной частоты, вызывает разрушение образовавшихся ме­таллических связей с отделением частиц металла и возникновением новых связей. Продукты износа, состоящие из частиц наклепанного и окисленного металла, а также абразив, попавший в сочленение, способствуют ускоренному разрушению трущихся поверхностей шлицевых соединений автомобилей мерседес.