Шарнир карданного вала

60 17/22 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Открытое акционерное общество БелкардЗакрытое акционерное общество ТЕХМАШ(72) Авторы Кравченко Виктор Иванович Костюкович Геннадий АлександровичГагасов Александр МатвеевичЛобозов Владимир Петрович Шепеляковский Константин ЗахаровичНикитин Сергей Иванович(73) Патентообладатели Открытое акционерное общество БелкардЗакрытое акционерное общество ТЕХМАШ(57) 1. Шарнир карданного вала, включающий крестовину с установленным на каждом ее шипе игольчатым подшипником, отличающийся тем, что крестовина, наружное кольцо и игольчатые ролики игольчатого подшипника выполнены из конструкционной углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью, причем содержание углерода в конструкционной стали, выбранной для изготовления крестовины и наружного кольца игольчатого подшипника, одинаковое, а содержание углерода в конструкционной стали, выбранной для изготовления игольчатых роликов, составляет 1,21-1,33 от содержания углерода в конструкционной стали, выбранной для изготовления крестовины и наружного кольца игольчатого подшипника. 6774 1 2. Шарнир по п. 1, отличающийся тем, что микроструктура поверхностного слоя шипов крестовины, всего объема наружного кольца и игольчатых роликов игольчатого подшипника представляет собой отпущенный мартенсит с размером действительного зерна аустенита 11-14 баллов. 3. Шарнир по п. 1, отличающийся тем, что микроструктура поверхностного слоя наружного кольца игольчатого подшипника представляет собой отпущенный мартенсит с размером действительного зерна аустенита 11-14 баллов, а микроструктура сердцевины наружного кольца игольчатого подшипника представляет собой троостит с твердостью 44-47 . 4. Шарнир по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что микроструктура сердцевины шипов и тела крестовины представляет собой троостит или троостосорбит, или сорбит. 5. Шарнир по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что твердость поверхности игольчатых роликов игольчатого подшипника превышает твердость поверхности шипов крестовины и твердость поверхности наружного кольца игольчатого подшипника на 2-3(56)1832083 1, 1993.1516643 1, 1989.3655466, 1972. Изобретение относится к области машиностроения, а именно к шарнирам карданного вала, и может быть использовано в трансмиссиях различных транспортных средств. Известен шарнир карданного вала, включающий крестовину с установленным на каждом ее шипе игольчатым подшипником 1. Однако известный шарнир карданного вала обладает недостаточной долговечностью,недостаточными надежностью и контактной усталостной прочностью, а также высокой стоимостью из-за использования для изготовления его деталей конструкционных сталей,например ШХ-15, и низколегированных конструкционных цементуемых сталей, например ст.20 ХГНТР. Технической задачей изобретения является создание шарнира карданного вала, лишенного перечисленных недостатков и обладающего высокой долговечностью, необходимыми и заданными надежностью и контактной усталостной прочностью, при одновременном снижении его стоимости. Технический результат достигается тем, что в предложенном шарнире карданного вала,включающем крестовину с установленным на каждом ее шипе игольчатым подшипником,отличительной особенностью является то, что крестовина, наружное кольцо и игольчатые ролики игольчатого подшипника выполнены из конструкционной углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью, причем содержание углерода в конструкционной стали,выбранной для изготовления крестовины и наружного кольца игольчатого подшипника,одинаковое, а содержание углерода в конструкционной стали, выбранной для изготовления игольчатых роликов, составляет 1,21-1,33 от содержания углерода в конструкционной стали, выбранной для изготовления крестовины и наружного кольца игольчатого подшипника. При этом микроструктура поверхностного слоя шипов крестовины, всего объема наружного кольца и игольчатых роликов игольчатого подшипника представляет собой отпущенный мартенсит с размером действительного зерна аустенита 11-14 баллов. При этом микроструктура поверхностного слоя наружного кольца игольчатого подшипника представляет собой отпущенный мартенсит с размером действительного зерна аустенита 11-14 баллов, а микроструктура внутреннего слоя наружного кольца игольчатого подшипника 2 6774 1 представляет собой троостит с твердостью 44-47 . При этом микроструктура сердцевины шипов и тела крестовины представляет собой троостит или троостосорбит, или сорбит. При этом твердость поверхности игольчатых роликов игольчатого подшипника превышает твердость поверхности шипов крестовины и твердость поверхности наружного кольца игольчатого подшипника на 2-3 . Экспериментальные стендовые, а затем и натурные сравнительные испытания предложенной и известной конструкций шарнира карданного вала показали, что с использованием всех отличительных признаков создана конструкция шарнира карданного вала, обладающая повышенной на 18-20 долговечностью, необходимыми и заданными надежностью и повышенной на 20-25 контактной усталостной прочностью при использовании в составе карданных валов автомобилей различной грузоподъемности. При этом одновременно было достигнуто значительное снижение стоимости предложенного шарнира карданного вала. Сравнительные испытания на контактную усталостную прочность известной и предложенной конструкций шарнира карданного вала проводились повторяющимися циклами за расчетное время испытания 105 часов при следующих режимах 4790 3687 2107 1318 921 кр.,м, мин 500 500 1000 1500 1800 время, мин 1 1 3 7 15. Испытания на долговечность проводились при постоянном крутящем моменте до момента достижения температуры 90 С на поверхности наружного кольца. Результаты сравнительных испытаний предложенной и известной конструкций шарнира карданного вала приведены в таблице. Параметры деталей шарнира 1. Диаметр шипа крестовины, мм 2. Количество игольчатых роликов, шт. 3. Диаметр игольчатого ролика, мм 4. Толщина стенки наружного кольца, мм 5. Материал крестовины цементация с послеобъемнодующей закалкой при поверхностная печном нагреве и охзакалка лаждении в масле с саотпуском закалка при печном объемнонагреве с охлаждением поверхностная закалка в масле с отпуском в печи цементация с послеобъемнодующей закалкой при печном нагреве и ох- поверхностная закалка с отпуском в печи лаждении в масле 3 6774 1 7. Твердость, НКСэ а) поверхности шипов крестовины б) поверхности игольчатого ролика в) внутренней поверхности наружного кольца г) сердцевины наружного кольца 8. Микроструктура а) крестовины поверхностный слой сердцевина шипов тело б) игольчатого ролика в) наружного кольца поверхностный слой мартенсит мелкоигольчатыйостаточный аустенит трооститферрит трооститферрит мартенсит мелкоигольчатыйостаточный аустенит мартенсит среднеигольчатыйостаточный аустенит мартенсит безструктурный отпущенный троостит троостосорбит мартенсит безструктурный отпущенный мартенсит безструктурный отпущенный троостит мелкоигольчатый сердцевина 9. Действительное зерно аустенита, балл крестовины игольчатого ролика наружного кольца 10. Состояние деталей шарнира после испытаний а) шипов крестовины питтинг рабочей поверхности,б) игольчатых роликов разрушенных,имеющих точечное выкрашивание,в) внутренней поверхности наружного кольца питтинг рабочей поверхности,11. Долговечность шарнира, час Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фигуре показан общий вид типового предложенного шарнира карданного вала. 6774 1 Шарнир карданного вала состоит из крестовины 1 с установленным на каждом ее шипе 2 игольчатым подшипником 3, который включает наружное кольцо 4 и игольчатые ролики 5. Крестовина 1 шарнира, а также наружное кольцо 4 и игольчатые ролики 5 игольчатого подшипника 3 выполнены из конструкционной углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью. Крестовина 1 шарнира и наружное кольцо 4 его игольчатого подшипника 3 выполнены из углеродистой конструкционной стали с одинаковым содержание углерода. Для изготовления игольчатых роликов 5 игольчатого подшипника 3 применена углеродистая конструкционная сталь с содержанием углерода, выбранным в пределах 1,21-1,33 от содержания углерода в стали, которая использована для изготовления крестовины 1 и наружного кольца 4 игольчатого подшипника 3. При этом в поверхностном слое шипов 2 крестовины 1 шарнира, а также во всем объеме наружного кольца 4 и игольчатых роликов 5 игольчатого подшипника 3 создана микроструктура отпущенного мартенсита с размером действительного зерна аустенита 11-14 баллов. Вместе с тем, наружное кольцо игольчатого подшипника в другом варианте выполнено с микроструктурой поверхностного слоя в виде отпущенного мартенсита с размером действительного зерна аустенита 11-14 баллов,а микроструктура внутреннего слоя - троостит с твердостью 44-47 . В сердцевине шипов 2 и в теле крестовины 1 создана микроструктура троостита или троостосорбита,или сорбита. Твердость поверхности игольчатых роликов 5 игольчатого подшипника 3 выбрана и создана превышающей на 2-3 твердость поверхности контактирования шипов 2 крестовины 1 и твердость поверхности контактирования наружного кольца 4 игольчатого подшипника 3. Источник информации 1. А.с. СССР 1832083, МПК В 60 К 17/22, 1993. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.