Крестовина (варианты)

Авторы патента:

7 B60K17/22 -

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к конструкции и к изготовлению крестовин и может быть использовано в шарнирах карданных валов и шарнирных передач трансмиссий наземных транспортных средств, а также в дифференциалах любых ведущих мостов наземных транспортных средств.

Техническим результатом полезной модели является повышение долговечности и надежности крестовин кардана и дифференциала, имеющих шипы любого диаметра, т.е. даже меньше 25 мм.

По первому варианту крестовина кардана содержит 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, при этом 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 30...50 НКСэ, 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 55...66 НКСэ, а переходной участок шипов имеет твердость в пределах 51...5 9 НКСэ, при этом конечная микроструктура всей крестовины получена из исходного аустенита стали, имеющего величину действительного зерна в пределах с 11 балла по 14 балл включительно.

По второму варианту крестовина дифференциала содержит тело с шлицевым или гладким отверстием, 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, при этом крестовина подвергнута закалке с самоотпуском целиком, 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 32...48 НРСэ, а шлицевая или гладкая поверхности отверстия тела имеют твердость не менее 46 НКСэ, 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 55...66 НКСэ, а переходной участок шипов имеет твердость в пределах 51...59 НКСэ, при этом конечная микроструктура всей крестовины получена из исходного аустенита стали, имеющего величину действительного зерна в пределах с 11 балла по 14 балл включительно.

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 (Кальнер В.Д., Островский ГА., Шкляров И.Н., Огневский В.А., Рыскинд A.M. Применение электротермообработки для повышения прочностных свойств карданных передач. Сборник "Конструирование, исследование, технология и экономика производства автомобиля". Выпуск 8. М., Машиностроение, 1977, с.220-230).

Однако, известная крестовина кардана имеет недостаточную долговечность и надежность из-за следующих недостатков:

1. Переходной участок шипов выполнен с резким переходом радиуса галтели основания шипа к телу крестовины, что приводит к возникновению в этом месте в процессе работы концентрации напряжений, вследствие чего уменьшается прочность 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 применяемая сталь 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 (55пп) с содержанием углерода 0,55-0,63 мас.% нельзя использовать для изготовления крестовин с диаметром шипов менее 25 мм из-за получения после закалки и отпуска низких прочностных характеристик.

Известна крестовина дифференциала, содержащая тело с шлицевым или гладким отверстием, 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

(Лысенко В.Ф., Грановский В.М., Глинер Р.Е. Изготовление крестовин дифференциала заднего моста из высокоуглеродистой конструкционной стали. "Технология автомобилестроения", №8(78), М., Машиностроение, 1980, с.11-13).

Однако известная крестовина дифференциала имеет недостаточную долговечность и надежность из-за следующих недостатков:

1. Закалке с самоотпуском подвергаются только шипы крестовины, а это приводит к тому, что крестовины из-за наличия отверстия в ее теле после термообработки имеют повышенную деформацию шипов относительно ее тела. Эту деформацию убирают последующим окончательным шлифованием, однако, при этом значительно уменьшается глубина поверхностного слоя.

Сущность полезной модели заключается в следующем.

Задача полезной модели -устранение перечисленных

недостатков известной крестовины первого варианта и известной крестовины второго варианта.

Объединение двух технических решений в одну заявку связано с тем, что оба они решают одну и ту же задачу -создание крестовины, имеющей высокий и стабильный уровень механических и эксплуатационных свойств.

Технический результат по первому варианту достигается тем, что 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, при этом 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 30...50 НКСэ, 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 55...66 НКСэ, а переходной участок шипов имеет твердость в пределах 51...59 НКСэ, 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, выполненную по первому варианту, 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.%, идеальным критическим диаметром по полумартенситу от 8 до 12 мм, и исходным аустенитом 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 30...50 НКСэ, глубина поверхностного слоя шипов выполняется в пределах 0,05-0,80 от их диаметра, отпущенный мартенсит поверхностного слоя шипов организован в виде скрыто-игольчатого или мелкоигольчатого мартенсита не более 3 балла, цилиндрическая часть и торец шипов имеют твердость

в пределах 55...66 НКСэ, а переходной участок шипов имеет твердость в пределах 51...59 НКСэ. Такие характеристики позволяют получать крестовины с высокой долговечностью и надежностью независимо от диаметра их шипов. При этом, конкретное содержание углерода в стали, величины ее идеального критического диаметра, глубины поверхностного слоя шипов, твердости всех элементов шипов и тела крестовины выбираются в зависимости от условий работы крестовины, т.е. с каким подшипником работают ее шипы, с игольчатым подшипником или с подшипником скольжения, а также от диаметра ее шипов.

Технический результат по второму варианту достигается тем, что крестовина дифференциала, содержащая тело с шлицевым или гладким отверстием, 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, при этом крестовина подвергнута закалке с самоотпуском целиком, 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 32...48 НКСэ, а шлицевая или гладкая поверхности отверстия тела имеют твердость не менее 46 НКСэ, 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 55...66 НКСэ, а переходной участок шипов имеет твердость в пределах 51...59 НКСэ, 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, выполненную по второму варианту, отличительными являются:

- закалке с самоотпуском крестовина подвергнута целиком, что практически устраняет деформацию шипов относительно тела крестовины.

- выполнение крестовины из стали с содержанием углерода от 0,63 до 0,85 мас.%, идеальным критическим диаметром по полумартенситу от 8 до 12 мм, и исходным аустенитом 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 30...50 НКСэ, шлицевая поверхность отверстия тела крестовины имеет твердость не менее 46 НКСэ, 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 55...66 НКСэ, а переходной участок шипов имеет твердость в пределах 51...59 НКСэ. Такие характеристики позволяют получать крестовины с высокой долговечностью и надежностью независимо от диаметра их шипов. При этом, конкретное содержание углерода в стали, величины ее идеального критического диаметра, глубины поверхностного слоя шипов, твердости всех элементов шипов и тела крестовины выбираются в зависимости от условий работы крестовины, т.е. с каким подшипником работают ее шипы, с игольчатым подшипником или с подшипником скольжения, а также от диаметра ее шипов.

В результате проведения экспериментальных исследований и испытаний каждого варианта предложенной полезной модели было установлено, что с использованием всех отличительных параметров предложенных вариантов полезной модели был получен следующий положительный результат: достигнута высокая долговечность и надежность крестовин кардана и дифференциала при обеспечении равномерного по глубине поверхностного слоя, равномерной твердости с одновременной организацией заданного сочетания микроструктуры. При этом, на крестовинах кардана на переходном участке шипов значительно уменьшилась концентрация напряжений,

а на крестовинах дифференциала было достигнуто полное отсутствие деформации шипов относительно тела после закалки с самоотпуском крестовины целиком.

При испытаниях было установлено, что долговечность и надежность каждого варианта предложенной крестовины превышает на 15-20% долговечность и надежность известных крестовин.

Изготовление каждого варианта предложенной полезной модели не представляет собой особой сложности.

Однако, параметры и последовательность осуществления технологии их производства является предметом "НОУ-ХАУ".

Сущность каждого варианта полезной модели поясняется чертежом. На фиг.1 показана крестовина кардана, а на фиг.2 -крестовина дифференциала. Каждая из представленных крестовин содержит тело 1, шипы 2, которые ограничены торцом 3 и состоят из цилиндрической части 4, переходного участка 5, сердцевины 6 и поверхностного слоя 7. Кроме того, крестовина дифференциала имеет в теле 1 отверстие 8, на котором расположены шлицы 9.

Эксплуатация каждого варианта предложенной крестовины является стандартной. Однако, за счет своих более высоких прочностных характеристик предложенные крестовины могут эксплуатироваться в более тяжелых условиях работы, чем известные крестовины.

1. 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 30-50 HRСэ, 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 55-66 НКСэ, а переходной участок шипов имеет твердость в пределах 51-59 НКСэ, при этом конечная микроструктура всей крестовины получена из исходного аустенита стали, имеющего величину действительного зерна в пределах с 11 балла по 14 балл включительно.

2. Крестовина дифференциала, содержащая тело с шлицевым или гладким отверстием 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 крестовина подвергнута закалке с самоотпуском целиком, 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 32-48 HRСэ, а шлицевая или гладкая поверхности отверстия тела имеют твердость не менее 46 HRСэ, 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 55...66 HRСэ, а переходной участок шипов имеет твердость в пределах 51-59 HRCэ, при этом конечная микроструктура всей крестовины получена из исходного аустенита стали, имеющего величину действительного зерна в пределах с 11 балла по 14 балл включительно.