Крестовина кардана

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Белкард(72) Авторы Кравченко Виктор Иванович Костюкович Геннадий АлександровичКипнис Марат Ефимович Дудко Виталий ТитовичНикитин Сергей Иванович(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Белкард(57) Крестовина кардана, содержащая тело и шипы, причем каждый шип ограничен торцом и состоит из цилиндрической части и переходного участка, направленного к телу, при этом шипы имеют сердцевину и поверхностный слой, кроме того, она выполнена из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью, подвергнута закалке с самоотпуском, с получением конечной микроструктуры тела крестовины и сердцевины шипов в виде троостита, или троостита и троостосорбита, или троостита, троостосорбита и сорбита, а также поверхностного слоя шипов в виде отпущенного мартенсита, отличающаяся тем, что переходной участок ее шипов выполнен коническо-цилиндрическим, а крестовина выполнена из стали с содержанием углерода от 0,63 до 0,85 мас.и идеальным критическим диаметром по полумартенситу от 8 до 12 мм, тело и сердцевина шипов имеют твердость в пределах 3050 НСэ, кроме того, поверхностный слой ее шипов выполнен глубиной в пределах 0,05-0,80 от их диаметра, отпущенный мартенсит слоя организован в виде скрытоигольчатого или мелкоигольчатого мартенсита не более 3 балла, цилиндрическая часть и торец шипов имеют твердость в пределах 5566 э, а переходной участок шипов имеет твердость в пределах 5159 НСэ, при этом конечная микроструктура всей крестовины получена из исходного аустенита стали, имеющего величину действительного зерна в пределах с 11 балла по 14 балл включительно.(56) 1. Кальнер В.Д., Островский Г.А., Шкляров И.Н., Огневский В.А., Рыскинд Применение электротермообработки для повышения прочностных свойств карданных передач Сб. Конструирование, исследование, технология и экономика производства автомобиля. Вып. 8. - . Машиностроение, 1977. - С. 220-230. Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к крестовинам кардана, и может быть использована в шарнирах карданных валов и шарнирных передач трансмиссий наземных транспортных средств. Известна крестовина кардана, содержащая тело и шипы, причем каждый шип ограничен торцом и состоит из цилиндрической части и переходного участка, направленного к телу, при этом шипы имеют сердцевину и поверхностный слой, кроме того, она выполнена из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью, подвергнута закалке с самоотпуском, с получением конечной микроструктуры тела крестовины и сердцевины шипов в виде троостита, или троостита и троостосорбита, или троостита, троостосорбита и сорбита, а также поверхностного слоя шипов в виде отпущенного мартенсита 1. Однако известная крестовина кардана имеет недостаточную долговечность и надежность из-за следующих недостатков 1. Переходной участок шипов выполнен в виде резкого радиусного перехода, направленного от шипа к телу крестовины. Такое выполнение переходного участка шипов крестовины приводит к тому, что в процессе ее работы в этом месте возникает местная концентрация напряжений, которые значительно уменьшают прочность и надежность работы крестовины. 2. Имеет более грубую микроструктуру поверхностного слоя в виде среднеигольчатого мартенсита 4-6 баллов, неравномерную его глубину, более резкий переход твердости от поверхности к сердцевине шипов, а также неравномерное распределение твердости по поверхности и торцу шипов из-за того, что для ее изготовления применяется стандартная сталь марки 58 (55 пп) с содержанием углерода 0,55-0,63 мас. , которая имеет исходный аустенит с величиной действительного зерна 9-11 баллов и идеальный критический диаметр по полумартенситу в пределах 14-18 мм. 3. Сталь марки 58 (55 пп) не может быть использована для изготовления крестовин с диаметром шипов менее 25 мм из-за получения после закалки и отпуска сквозной закалки и низких прочностных характеристик. Задача полезной модели - устранение перечисленных недостатков известной крестовины кардана и создание крестовины кардана, имеющей высокий и стабильный уровень механических и эксплуатационных свойств. Техническим результатом полезной модели является повышение долговечности и надежности крестовин кардана, имеющих шипы любого диаметра, т.е. даже меньше 25 мм, а также уменьшение концентрации напряжений на переходном участке шипов. Технический результат достигается тем, что предложена крестовина кардана, содержащая тело и шипы, причем каждый шип ограничен торцом и состоит из цилиндрической части и переходного участка, направленного к телу, при этом шипы имеют сердцевину и поверхностный слой, кроме того, она выполнена из углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью, подвергнута закалке с самоотпуском, с получением конечной микроструктуры тела крестовины и сердцевины шипов в виде троостита, или троостита и троостосорбита, или троостита, троостосорбита и сорбита, а также поверхностного слоя шипов в виде отпущенного мартенсита, отличительной особенностью которой является то, что переходной участок ее шипов выполнен коническо-цилиндрическим, а крестовина выполнена из стали с содержанием углерода от 0,63 до 0,85 мас.и идеальным критическим диаметром по полумартенситу от 8 до 12 мм, тело и сердцевина шипов имеют твердость в 2 19382005.06.30 пределах 3050 НСэ, кроме того, поверхностный слой ее шипов выполнен глубиной в пределах 0,05-0,80 от их диаметра, отпущенный мартенсит слоя организован в виде скрытоигольчатого или мелкоигольчатого мартенсита не более 3 балла, цилиндрическая часть и торец шипов имеют твердость в пределах 5566 НСэ, а переходной участок шипов имеет твердость в пределах 5159 э, при этом конечная микроструктура всей крестовины получена из исходного аустенита стали, имеющего величину действительного зерна в пределах с 11 балла по 14 балл включительно. Среди существенных признаков, характеризующих предложенную крестовину кардана, отличительными являются выполнение переходного участка ее шипов коническо-цилиндрическим позволяет уменьшить в этом месте концентрацию напряжений в процессе работы и увеличить долговечность и надежность крестовины. выполнение крестовины из стали с содержанием углерода от 0,63 до 0,85 мас.и имеющей идеальный критический диаметр по полумартенситу от 8 до 12 мм, а исходный аустенит с величиной действительного зерна в пределах с 11 балла по 14 балл включительно, позволяет получать высокие и стабильные механические свойства, т.е. тело и сердцевина шипов крестовины имеют твердость в пределах 3050 НСэ, глубина поверхностного слоя шипов выполняется в пределах 0,05-0,80 от их диаметра, отпущенный мартенсит поверхностного слоя шипов организован в виде скрытоигольчатого или мелкоигольчатого мартенсита не более 3 балла, цилиндрическая часть и торец шипов имеют твердость в пределах 5566 э, а переходной участок шипов имеет твердость в пределах 5159 НСэ. Такие характеристики позволяют получать крестовины с высокой долговечностью и надежностью независимо от диаметра их шипов. При этом конкретное содержание углерода в стали и величина ее идеального критического диаметра, которые обеспечивают требуемые параметры глубины поверхностного слоя шипов, твердости всех элементов шипов и тела крестовины, а также конечной микроструктуры, выбираются в зависимости от диаметра ее шипов и от условий работы крестовины, т.е. с каким подшипником, игольчатым или скольжения, работают ее шипы. В результате проведения экспериментальных стендовых сравнительных испытаний известной и предложенной крестовин кардана было установлено, что с использованием всех отличительных признаков создана конструкция крестовины кардана, на которой был получен следующий положительный результат достигнута более высокая на 15-20 по сравнению с известной крестовиной долговечность и надежность за счет уменьшения концентрации напряжений на переходном участке ее шипов и выбора таких параметров стали, которые обеспечили равномерный по глубине поверхностный закаленный слой и равномерное распределение твердости по поверхности и по торцу ее шипов с одновременной организацией требуемого сочетания микроструктуры и твердости. Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана конструкция предложенной крестовины кардана. Крестовина содержит тело 1 и шипы 2, при этом каждый шип 2 ограничен торцом 3, и состоит из цилиндрической части 4, коническоцилиндрического переходного участка 5, направленного своей цилиндрической частью к телу 1, сердцевины 6 и поверхностного слоя 7. Изготовление предложенной крестовины кардана такой конструкции не представляет собой особой сложности, однако, выбор параметров стали для изготовления крестовин с шипами любого диаметра, а также технология ее термической обработки является предметом НОУ-ХАУ и в данной заявке не рассматриваются. Для проведения экспериментальных стендовых сравнительных испытаний были изготовлены крестовины кардана, известной и предложенной конструкций. Результаты изготовления и испытаний известной и предложенной крестовин кардана приведены в таблице. Технический результат Наименование параметров 1 2 1. Диаметр шипов крестовины ш, мм 2. Содержание углерода в стали, мас.Идеальный критический диаметр стали 3. к, мм Величина действительного зерна 4. исходного аустенита, балл или номер Глубина поверхностного закаленного 5. слоя , мм 6. Отношение /ш 7. Твердость, э а) тела крестовины б) сердцевины шипов в) поверхности цилиндрической части и торцов шипов г) поверхности переходного участка шипов Микроструктура поверхностного закаленного слоя, балл 9. Долговечность,(сравнение площадей образования питтинга на шипах при одинаковой наработке в часах) 10. Крутящий момент разрушения, м 8. Известная крестовина кардана 3 21 0,58 Предложенная крестовина кардана 4 21 0,65 5961 6366 5255 5658 Мартенсит среднеМартенсит мелкоигольчатый 5 балла игольчатый 3 балла 100120 Питтинг на 45-50 Питтинг на 38-42 рабочей поверхности рабочей поверхности шипов шипов 7050-7780 8300-9200 Примечание к - идеальный критический диаметр, параметр, характеризующий прокаливаемость стали, т.е. диаметр прутка стали, который при закалке с бесконечно быстрым охлаждением поверхности приобретает в центре сечения прутка структуру полумартенсита, а на поверхности прутка - структуру мартенсита. Эксплуатация предложенной крестовины кардана является стандартной. Однако за счет своих более высоких прочностных характеристик предложенная крестовина кардана может эксплуатироваться в более тяжелых условиях работы, чем известная крестовина кардана. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.