Підвищення витривалості хрестовини пружної муфти колінчастого валу

Анотація

В статті представлені результати експериментального дослідження напруженого стану тіла хрестовини пружної муфти колінчастого валу транспортного дизеля, встановлено причини порушення номінальної роботи механічного з'єднання, надані відповідні рекомендації.
Експлуатаційні випробування дизеля виявили недостатню надійність пружної муфти. В тілі хрестовини на поверхні гнізда під пружні елементи, розташованого над лисками, була виявлена втомлена тріщина. Напружений стан хрестовини обумовлено її напресовкою на хвостовик колінчастого валу та передачею через муфту крутного динамічного моменту.
В роботі визначені та проаналізовані напруження від напресовки та від навантаження крутним моментом. Встановлено, що максимальні напруження від напресовки з’являються вздовж навантаженої поверхні виникнення в зоні появи тріщини, однак їх величина 260 МПа значно меньша за границю тимчасової витривалості 1100 МПа матеріалу хрестовини (сталь 18Х2Н4МА). Таким чином, напресовка хрестовини на хвостовик колінчастого валу не приводить до появи тріщини.
Крутний момент на колінчастих валах з’являвся при нагнічені у циліндр під великим тиском мастила. Тиску мастила 15 МПа відповідає крутний момент 100 кНм. Аналізи результатів дозволяють відмітити, що напруження по зовнішній поверхні хрестовини досягають свого максимуму в зоні появи тріщини, яка відповідає навантаженому краю лиски. Надлишковий момент, що дорівнює різниці крутного моменту та моменту
тертя, починає сприйматися тільки лисками, в наслідок чого напруження в зоні появи тріщини різко зростають. Внаслідок цього, у сполученні з’являється підвищений рівень відносної рухомості поверхонь, що сопрягаються і зростає динамічне навантаження лисок, це і приводить до появи тріщини. Обґрунтовано, що різниця у значеннях напружень в діаметрально протилежних зонах тіла хрестовини є наслідком нерівномірного проковзання циліндричних поверхонь.
Проаналізовані різни варіанти навантаження муфти та розроблені рекомендації по можливому зміненню конструкції вузла Збільшення габаритів хрестовини в напрямку продольної осі на 10 мм (ширина) та довжини кожної лиски на 7 мм, виключили першопричини виникнення тріщини, тобто, змяття та знос лисок.