Здравствуйте, друзья!
Сегодня мы поговорим о смазках для шлицевых соединений. Для этого проанализируем особенности работы этого вида соединений и характер трения в них.
Итак, шлицевое соединение это соединение вала (охватываемой поверхности) и отверстия (охватывающей поверхности) с помощью шлицев (пазов) и зубьев (выступов), радиально расположенных на поверхностях вала и отверстия. Обеспечивает возможность осевого перемещения деталей вдоль оси.
Рис. 1 Шлицевые соединения
Конечно, шлицевое соединение это подвижное соединение, позволяющее валу, передающему вращение, удлиняться и укорачиваться во время работы. Силовая передача вращения характеризуется крутящим моментом, который обуславливает соответствующие контактные давления между боковыми поверхностями шлицев.
Таким образом, пара трения шлиц-зуб по характеру трения представляет собой разновидность линейного подшипника скольжения. Особенностями работы шлицевых соединений в составе карданных валов и приводных шпинделей являются малая скорость скольжения и высокие удельные давления. Это создает неустойчивый эластогидродинамический режим трения, переходящий в граничное трение.
Рис.2 Шлицевое соединение карданного вала
Смазки для защиты узлов при граничном режиме трения обязательно должны содержать твёрдые смазочные добавки, призванные усилить действие противозадирных присадок, столь малоэффективных при малых скоростях скольжения. Обычно это графит или дисульфид молибдена. Если графит предпочтительнее при высокотемпературном применении, то дисульфид молибдена более эффективен трибологически.
Трибология – наука о трении и явлениях, сопровождающих трение. Трибологические свойства смазки это сочетание противоизносных и противозадирных свойств.
В качестве примера смазки на основе дисульфида молибдена для шлицевых соединений приведу популярную смазку от российской компании ARGO . Вот её характеристики:
|
Характеристика |
Метод |
|
|
Загуститель |
||
|
Классификация смазок |
||
|
Цвет смазки |
Визуально |
Темно-серый |
|
Класс консистенции NLGI |
||
|
Пенетрация 0,1 мм |
||
|
Вязкость базового масла при 40ºС, мм2/с |
||
|
Температура каплепадения,ºС |
||
Нагрузка сваривания 3920 Ньютонов – довольно высокий показатель противозадирных свойств, что позволяет использовать в самых высоконагруженных шлицевых соединениях. В низко- и средненагруженных шлицах, например, легковых автомобилей столь «мощную» смазку использовать не обязательно. Вполне эффективны здесь универсальные автомобильные смазки. Вот ещё один пример смазки от АРГО для универсального автомобильного применения – :
|
Характеристика |
Метод |
|
|
Загуститель |
||
|
Диапазон рабочих температур, ºС |
||
|
Классификация смазок |
ИССЛЕДОВАНИЕ СМАЗОК В ШЛИЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЯХ КАРДАННЫХ ВАЛОВ АВТОЛЕСОВОЗОВ
Быков В.В., Капустин Р.П. (БГИТА, г.Брянск, РФ)
Research of greasings in connections of shaft of autotimber carrying vessels.
Карданная передача автолесовозов состоит из двух валов, соединенных шлицевым соединением, и шарниров. Шлицевое соединение обеспечивает изменение длины карданных валов при прогибе рессор. Смещение вала в шлицевой втулке достигает 40…50 мм, что обусловливает интенсивное изнашивание сопряжения при нарушении герметичности соединения и из-за больших нагрузок (крутящие моменты и осевые силы). При этом возможны изгиб и скручивание трубы карданного вала.
Кафедрой механизации лесной промышленности и лесного хозяйства (теперь кафедрой технического сервиса) БГИТА проводятся исследования изнашивания карданных передач лесовозных автомобилей с использованием различных смазочных материалов. С этой целью проводились стендовые исследования . В связи с появлением новых смазочных материалов стендовые исследования продолжены, а также проведены наблюдения за техническим состоянием шлицевых соединений карданных валов автолесовозов в условиях их эксплуатации в лесхозах Брянской области. Наблюдения проведены за лесовозными автомобилями марок Зил-131, Урал-4320, МАЗ-509А и КамАЗ-5312 в сцепе с роспусками ТМЗ-802 и ГКБ-9383.
В заводских инструкциях по эксплуатации автомобилей даются завышенные нормативы периодичности замены смазочных материалов в карданных передачах (до 20000 км пробега). Специфика работы автолесовозов: большие нагрузочные режимы, движение по бездорожью и по воде, безгаражное хранение и др. требуют снижения нормативов периодичности смазочных операций до 10000 км пробега.
Применение новых пластичных смазок будет способствовать снижению износа шлицевых соединений карданных передач и повышению срока их службы.
Для смазывания шлицевых соединений карданных валов автомобилей применяют сложные по составу пластичные смазки. В качестве масляной основы смазок используются различные масла нефтяного и синтетического происхождения. Загустителями могут быть мыла жирных кислот, парафин, сажа и др. Содержание загустителя в пластичных смазках составляет 10-20%. Размеры частиц дисперсной фазы загустителя колеблются от 0,1 мкм до 10 мкм. Для улучшения противоизносных, противозадирных и консервационных свойств, в пластичные смазки добавляют присадки (до 5%).
К основным эксплутационным характеристикам пластичных смазок относятся: предел прочности, вязкость, коллоидная стабильность, температура каплепадения, механическая стабильность и водостойкость .
Предел прочности характеризует способность смазок удерживаться в узлах трения под влиянием инерционных сил. Он зависит от температуры, с повышением которой отмечается его снижение.
Вязкость пластичных смазок с повышением температуры узла снижается, ухудшая тем самым свои противоизносные свойства. Определяется она при 10 с -1 .
Температура, при которой падает первая капля смазки, называется температурой каплепадения. По этой характеристике смазки подразделяют на низкоплавкие (t кп = до 60 0 С), среднеплавкие (t кп = от 60 до 100 0 С) и тугоплавкие (t кп >100 0 С).
Смазка с плохой механической стабильностью быстро разрушается, разжижается и вытекает из узлов трения.
По типу загустителя смазки подразделяются на смазки мыльные на органических и неорганических загустителях и углеводородные смазки .
Для исследования работоспособности пластичных смазок, рекомендуемых автозаводами для смазывания шлицевых соединений карданных валов, приняты смазка 158, литол-24 и фиол-2, основные физико-химические и эксплуатационные свойства которых приведены в таблице 1.
Таблица 1- Физико-химические и эксплуатационные свойства исследуемых смазок .
|
Марка смазки |
Примерный состав |
Температура кипения, 0 С |
Температурный предел работоспособности |
Коллоидная стабильность, % |
Число пенетрации при 25 0 С, М, 10 -4 |
Предел прочности при 20 0 С, Па |
Водостойкость |
Вязкость при 0 0 С и 10с -1 , Па·с |
||
|
Дисперсная среда |
Загусти- тель |
нижний |
верхний |
|||||||
|
Литол- 24 |
Нефтяное масло |
Литиевое мыло, антиокислительная, вязкостная |
220-250 |
500- 1000 |
Водостойкая |
|||||
|
Смазка №158 |
Нефтяное масло |
Литиево-калиевое мыло |
310-340 |
150- |
Водостойкая |
|||||
|
Фиол- 2 |
Смесь нефтяных масел И-50 и веретенного |
Литиевое мыло, вязкостная, дисульфид молибдена |
265-295 |
Водостойкая |
||||||
Смазка №158, рекомендуемая для смазывания карданных валов, не имеет полноценной замены, она предотвращает заедание и задиры трущихся поверхностей при высоких нагрузках, обладает хорошей водостойкостью, что соответствует эксплуатационным условия работы карданных валов лесовозных автомобилей. Однако условия работы автолесовозов способствуют при нарушении герметичности вымыванию смазки и её вытеканию из шлицевого соединения вала, что ограничивает срок её службы и требует частой замены. Норма расхода пластичных смазок составляет 0,25 – 0,30 кг на 100 л общего расхода топлива. Заменителем может быть Литол-24.
Литол-24 является унифицированной смазкой, обладает хорошей водостойкостью, выдерживает широкий диапазон температур и имеет хорошую механическую стойкость, при нагревании не упрочняется. В течение длительного времени сохраняет работоспособность при +130 0 С. (Рабочие температуры шлицевых сочленений карданных валов находятся в пределах +60 0 С). Заменителем является пластичная смазка улучшенного качества Фиол-2.
Фиол-2 является многоцелевой смазкой, содержащей антиокислительные, вязкостные, антикоррозионные и антиизносные присадки. Она водостойка и работоспособна в широком интервале скоростей и нагрузок. Эта смазка обладает хорошими консервационными свойствами.
В таблице 2 приведены результаты замеров сил трения в шлицевом соединении с испытуемыми смазками.
Таблица 2 – Зависимость сил трения в шлицевом соединении карданного вала при ходе сжатия от времени наработки вала и вида смазки при нагружающем моменте М кр = 500 Нм, кН
|
Вид смазки |
Время работы, час |
||||||||||
|
Литол -24 |
5,33 |
3,185 |
Задир |
||||||||
|
Смазка №158 |
2,85 |
2,67 |
2,18 |
Задир |
|||||||
|
Фиол-2 |
2,49 |
2,415 |
2,35 |
2,33 |
2,18 |
2,75 |
Задир |
||||
Из таблицы 2 видно, что в начальный момент (период приработки) силы трения достаточно высокие, затем уменьшаются или остаются постоянными (например, для смазки Фиол-2) до момента появления задира. Появление задира вызывает резкое увеличение сил трения и изнашивания. Если вал с задиром продолжать испытывать, то зона задира быстро расширяется, вызывая нагрев зоны трения, что приводит к увеличению сил трения и интенсивному изнашиванию шлицев. Смазка разжижается и теряет антифрикционные свойства.
В таблицах 3 и 4 представлены данные по изнашиванию шлицев вала и втулки карданного вала.
Таблица 3 – Динамика изнашивания шлицев вала в зависимости от вида применяемой смазки при нагружающем моменте М кр = 400 Нм, мм
|
Время работы, час |
||||||||||
|
Смазка №158 |
||||||||||
Таблица 4 – Динамика изнашивания шлицев втулки в зависимости от вида применяемой смазки при нагружающем моменте М кр = 400 Нм, мм
|
Вид смазки |
Время работы, час |
|||||||||
|
Литол-24 |
0,048 |
0,366 |
Задир |
|||||||
|
Смазка №158 |
0,017 |
0,05 |
0,217 |
0,667 |
Задир |
|||||
|
Фиол-2 |
0,008 |
0,015 |
0,015 |
0,005 |
0,005 |
0,017 |
0,002 |
0,025 |
Задир |
|
Характер изнашивания шлицев свидетельствует о наличии так называемого горячего заедания, так как разрушение тонкой масляной пленки происходит под воздействием нагрузки и повышенных температур в зоне контакта тел, где образуются очаги схватывания. Этот процесс характеризуется интенсивным изнашиванием, о чем свидетельствуют данные таблицы.
Качество смазки является важнейшим фактором, влияющим на процесс заедания и изнашивания шлицев. Лучшие результаты при испытаниях показала смазка Фиол-2, с которой шлицевое соединение работало без заметного износа до появления задира, т.е. до тех пор, пока смазка сохраняла свои функциональные свойства. Смазка №158 занимает промежуточное положение между смазками Литл-24 и Фиол-2. Наработка шлицевого соединения до появления задира со смазкой Литол-24 составила 20 ч, со смазкой №158 - 60 ч, со смазкой Фиол-2 – 140 ч.
Проведенные исследования работоспособности смазок в шлицевом соединении карданных валов автомобилей Зил и КамАЗ показали, что наименьший ресурс шлицевое соединение имеет с применяемой в настоящее время смазкой Литол-24, наибольший – со смазкой Фиол-2.
Периодичность замены смазок снизить до 10000 км пробега с целью исключения возникновения задиров в шлицевом соединении карданных валов лесовозных автопоездов.
Литература
Быков, В.Ф., Капустин, Р.П., Шувалов, А.В. Исследование работоспособности карданных валов автолесовозов/В.Ф.Быков, Р.П.Капустин, А.В.Шувалов. //Эксплуатация лесовозного подвижного состава. Межвузовский сб.- Свердловск: Изд-во УПИ им. С.М.Кирова,УЛТИ им. Ленинского комсомола, 1987.- С. 11-14.
Васильева, Л.С. Автомобильные эксплуатационные материалы: Учеб.для вузов /Л.С.Васильева – М.: Наука-Пресс, 2003.- 421с.
Балтенас,Р, Сафонов,А.С., Ушаков,А.И., Шергалис,В. Трансмиссионные масла. Пластичные смазки/Р.Балтенас, А.С.Сафонов, В.Шергалис – СПб.: ООО «Изд-во ДНК»,2001.- 209с.
Карданная передача любого автомобиля подвергается специфической нагрузке, которая главным образом приходится на игольчатые подшипники шарнирного механизма. Для его обслуживания требуется не только специальная смазка для крестовин, но и определенный инструмент. От этого и ряда прочих факторов зависит дальнейшая эксплуатация автомобиля.
Термин "карданный вал" стали использовать с того времени, как этим узлом заинтересовался Джероламо Кардано. С тех пор агрегат именуется именно так и никак иначе.
Главная задача карданного вала заключается в передаче крутящего момента от двигателя к колесам. Он обеспечивает соединение между вторичным валом коробки переключения передач и ведущим валом заднего или переднего моста. Это в случаях с задним или передним приводом. В полноприводных моделях валы переднего и заднего моста соединяются с валами раздаточной коробки.
Главный узел данного соединения - это шарнир, в котором в свою очередь находится не менее важная деталь - крестовина. И как можно понять из названия, она выполнена в виде креста. На каждом из концов имеется чашечка с игольчатым подшипником, который отделяется от корпуса посредством резинового или пластикового уплотнительного кольца. В отсутствии смазки для карданных крестовин и подшипников они быстро выходят из строя. Размер крестовины у каждого автомобиля свой.
Проведение какого-либо ремонта невозможно без предварительной диагностики автомобиля. А поскольку крестовина является центральным звеном в карданной передаче, стоит более ответственно подходить к ее осмотру.
Обычно неисправность проявляется:
Это особенно можно почувствовать при трогании с места, или во время движения автомобиля, либо когда происходит переключение передач. В ряде случаев неисправность может носить скрытый характер, поэтому крайне важно своевременно обнаружить поломку.
В настоящее время во многих автосервисах диагностика частей автомобиля, включая и ходовку, проводится на современном оборудовании. Это позволяет быстро и с максимальной точностью обнаружить поломку и выявить, присутствует смазка для крестовин или ее вовсе нет. В зависимости от этого подбирается тот или иной способ ликвидации.
Стоит заметить, что если любая обнаруженная поломка не будет устранена, то последствия могут быть разные. А так как речь в данном случае идет о карданной передаче, то игнорирование поломки может угрожать жизни и безопасности водителя и пассажиров. Причем в некоторых случаях последствия носят необратимый характер.
Нужно быть ответственными перед самим собой, так как риску подвергается не только сам водитель, но и окружающие участники дорожного движения. И если автолюбитель привык халатно относиться к себе и автомобилю, то все остальные не должны страдать из-за этого.
Удобнее всего производить осмотр карданного вала на яме или же загнать автомобиль на подъемник. Далее нужно установить рычаг коробки в нейтральное положение и можно переходить непосредственно к визуальному осмотру.
Особое внимание следует проявить, оценивая техническое состояние сальников и шарнир. Затем удерживая рукой крестовину, попробовать прокрутить кардан. При обнаружении люфта, что заметить очень легко, деталь нуждается в замене. Если же при вращении кардана слышны шумы и скрипы, скорее всего, сама крестовина в порядке и нужно сменить смазку для крестовин.
Стоит заметить, что крестообразных деталей две и осматривать необходимо каждую. А поскольку на задний кардан прилагаются максимальные нагрузки, то эта крестовина страдает чаще всего. К тому же во время движения автомобиля именно на задний кардан попадает влага и грязь.
Как можно заметить, вся процедура осмотра кардана несложна. Ее возможно выполнить самостоятельно. Но лучше в любом случае по возможности обратиться к специалисту, так как он может дать полезные рекомендации.
Обычно крестовина в карданной передаче служит долгое время, и ее ресурс рассчитывается примерно на 500 тысяч км пробега. Однако же на деле все не так и крестовина после 50-100 тысяч км уже нуждается в проведении замены. Причем на это влияет ряд факторов:
Частые передвижения по сельской местности тоже вносят свою лепту. Грязь и ухабы - все это существенно сокращает и без того недолгий промежуток эксплуатации шарнира. Тут уже одной только смазки для крестовин карданного вала будет маловато.
В список самых распространенных неисправностей крестовины входит обычная невнимательность в ходе запланированного техосмотра. В некоторых случаях отсутствию смазки не придают должного значения. И впоследствии крестовина даст о себе знать соответствующим образом.
Среди прочих распространенных неисправностей можно выделить следующие случаи:
Какой бы надежной крестовина ни была, рано или поздно и она выходит из строя. В связи с этим лучший вариант по профилактике этой детали - это проводить ее осмотр через каждые 10-15 тысяч км пробега. Также не помешает убедиться в наличии смазки для крестовин.
А тем автолюбителям, в частности, кто владеет джипами, которые любят принимать грязевые ванны, проверять состояние карданной передачи стоит после каждой такой поездки.
Помимо крестовины, в состав карданной передачи входит и другой необходимый элемент - игольчатый подшипник, который является разновидностью роликового изделия. Его главная отличительная черта заключается в размере подшипника, который позволяет при необходимости обходиться без внутреннего кольца. Это достигается благодаря возможности выдерживать большую осевую нагрузку.
Применение игольчатого подшипника подразумевает некоторые ограничения по использованию смазочных материалов. Решая вопрос, какая смазка крестовин лучше, не допускается использовать средства с твердыми добавками, имеющие кристаллическую структуру. Все дело в графите или дисульфиде молибдена, которые обычно добавляются в некоторые смазочные составы. Эти составляющие могут привести к подклиниванию игл, что приводит к повышенному износу детали.
Качественное обслуживание карданной передачи заключается в своевременном смазывании деталей. Обычно для смазки многими мастерами на СТО используется специальная масленка с удобным носиком для доступа в труднодоступные части. Как альтернатива этому инструменту выступает обычный шприц. Сама смазка должна быть качественной и только от известного производителя.
Производители смазочных материалов наделяют свою продукцию высокими эксплуатационными свойствами, включая универсальность. К примеру, продукт Liqui Moly для смазки крестовин и подшипников. Для старых автомобилей существовали строгие требования относительно типов смазок. Теперь же ситуация кардинально упростилась. Тем не менее лучше приобретать средства, характеристики которых лучше всего подходят для смазывания деталей карданного вала.
Как правило, смазку кардана осуществляют прямо на месте, то есть не снимая его с автомобиля. Теоретически здесь нет ничего сложного, но в действительности во время процесса неизбежно возникают трудности. Прежде всего, при использовании шприца может создаться опасная иллюзия. Дело в том, что минимальный обзор порождают ложное ощущение, что смазка попала куда нужно, хоть в действительности это не так. Сальники должно буквально купаться в смазке.
Также не стоит использовать средство, которое по неаккуратности случайно пролилось на пол. В результате с контактом с другой поверхностью смазка для крестовин Liqui Moly (или любая другая) теряет стерильность, что недопустимо.
В большинстве случаев процесс затягивается на неопределенный промежуток времени. Нередко в последующие дни работа и вовсе забывается. Поэтому желательно полностью демонтировать соединение. Это позволит произвести более качественную визуальную диагностику кардана и хорошо смазать его части. После останется установить все на свои места.
Одним из лучших средств по смазыванию карданных крестовин является смазка от бренда Liqui Moly. Как заверяет сам производитель, смазка на основе литиевого мыла идеально подходит для обслуживания крестовин карданного вала. Также средство подходит и для смазывания подшипников скольжения и качения, которые работают в нормальных условиях и при средних и высоких значениях температуры.
Литиевая смазка для крестовин карданного вала содержит в своем составе специальные компоненты и присадки, что увеличивает его ресурс. Универсальность продукции позволяет ей обеспечить хорошую герметизацию. Помимо этого, существуют и другие преимущества:
Также можно выделить стойкость к старению и к возникновению коррозии. А что касается диапазона рабочей температуры, то он составляет от -30 до +125°C.
Во времена СССР большим спросом пользовалась синяя смазка для крестовин "158" на основе литиево-калиевого комплекса. В настоящее время стали выпускаться смазки с применением литиевого загустителя. Это позволило существенно увеличить верхний диапазон рабочей температуры, который теперь составляет +165°C и более.
Характерная отличительная особенность, как это можно понять, заключается в оттенке смазки под номером 158. Однако конкретно о свойствах это ничего не говорит. Для ряда производителей этот шаг оправдан с целью идентификации продукции и приданию ей привлекательного товарного вида.
В европейских странах для этого используют пигменты, которые окрашивают смазку не в синий, а зеленый или красный оттенок. Цветовое исполнение может также различаться, если, например, одну и ту же смазку для карданных крестовин Liqui Moly заказывают разные поставщики.
Благодаря стараниям многих маркетологов теперь синяя смазка - это признак универсальности и высокого качества. Впервые смазочный материал синего оттенка был выпущен компаниями ExxonMobil и Chevron на западе. Продукт неожиданно показал себя с наилучшей стороны при обычных условиях работы практически любого оборудования.
Теперь синие смазки - это уже эталон качества. Они особенно популярны на территории Российской Федерации. Находят широкое применение при обслуживании не только разного рода транспорта (автомобильного, железнодорожного, водного, тракторного, специальная техника), но и разного промышленного оборудования. И вопрос о том, какой смазкой шприцевать крестовины, решается сам по себе.
Пластичные консистентные смазки находят широкое применение в тех случаях, когда условия работы механизма исключают использование обычных масел. В последнее время существенно возросла роль специальных смазочных материалов, которые позволяют обеспечить высокопроизводительную работу современного и дорогостоящего оборудования. Существуют два основных пути повышения эффективности консистентных смазок для снижения трения и износа. Первый путь - использование химически активных присадок, которые повышают способность смазочного материала выдерживать большие нагрузки. Второй путь - это применение пластичных смазок, содержащих в своем составе мелкодисперсные частицы специального вещества или соединения (в виде тончайших пластинчатых включений) - дисульфид молибдена, графит или керамику. При разработке современных смазочных материалов с высокими эксплуатационными характеристиками специалисты Liqui Moly успешно применяют оба эти метода. При сравнительно небольшом давлении пластичная смазка ведет себя как твердое тело. Но стоит давлению увеличиться, продукт по своим свойствам начинает напоминать жидкость. Именно в этом заключается его основное отличие от обычных масел.
