POLITECHNIKA LUBELSKA

Wydział Podstaw Techniki

Kierunek: Edukacja Techniczno – Informatyczna

Inżynieria powierzchni

Temat: „Półoś napędowa’’

Wykonał: Prowadzący:

Rafał Kozłowski Mgr inż. Sylwester Korga

ETI 6.1

Lublin 2012

Spis treści

1. WIADOMOŚCI OGÓLNE 3

1. Czym jest półoś napędowa. 3

2. Elementy półosi napędowej 3

3. W jakich autach wykorzystywane są półosie napędowe 5

2. WYMAGANIA STAWIANE MATERIAŁOM. 8

3. OBRÓBKA USZLACHETNIAJĄCA POWIERZCHNIE. 10

1. OBRÓBKA CIEPLNA 9

2. RODZAJE OBRÓBKI CIEPLNO – CHEMICZNEJ: 9

4. PRZYCZYNY ZUŻYCIA PÓŁOSI 14

5. LITERATURA 15

1. WIADOMOŚCI OGÓLNE.

CZYM JEST PÓŁOŚ NAPĘDOWA.

Półoś napędowa odpowiada za łączenie skrzyni biegów, bądź też mostu napędowego z piastą koła, i tym samym pozwala na przeniesienie momentu obrotowego z silnika na koło pojazdu. Wśród półosi rozróżniamy półosie sztywne i przegubowe, a podział ten uzależniony jest od tego, czy przenoszą moment obrotowy do kół skrętnych/nieskrętnych, a także czy zawieszenie w aucie jest zależne czy też niezależne. Półosie często nazywane są wałami napędowymi.

Rys. 1 Półoś napędowa wraz z przegubami.

ELEMENTY PÓŁOSI NAPĘDOWEJ.

Rys. 2. Elementy przedniej półosi.

Przegub napędowy wykorzystywany jest do przenoszenia momentu obrotowego na koło auta. Służy do elastycznego łączenia dwóch części wału i półosi w miejscu, gdzie siła napędowa przenoszona jest pod kątem, a więc w sytuacji, gdy koła są skrętne i napędzane. Warto pamiętać, że półoś i przegub napędowy to dwie różne części i korzystanie z tych nazw zamiennie jest błędem. Półoś to nazwa części, która składa się z dwóch przegubów, a także sztywnego wałka.

Rys 3. Przekrój przegubu kulowego

Rys 4. Półoś napędowa z przegubami kulowymi

Rys .5. Przekrój przegubu trójramiennego

Rys 6. Półoś napędowa z przegubem homokinetycznym z krzyżakiem trójramiennym

W JAKICH AUTACH WYKORZYSTYWANE SĄ PÓŁOSIE?

Praktycznie we wszystkich, spotkać je można w samochodach z napędem na tylną
i przednią oś, a także 4x4. Półosie poddawane są dużym obciążeniom szczególnie
w samochodach z przednim napędem i 4x4, ze względu na większe kąty, pod którymi zginają się półosie w momencie skrętu. Oczywiście wraz ze zwiększonymi obciążeniami rośnie też ryzyko przedwczesnego zużycia tego elementu.

RODZAJE PÓŁOSI NAPĘDOWYCH.

Podział półosi:

Wśród półosi rozróżniamy półosie sztywne i przegubowe, a podział ten uzależniony jest od tego, czy przenoszą moment obrotowy do kół skrętnych/nie skrętnych, a także czy zawieszenie w aucie jest zależne czy też niezależne.

1. sztywne – stosowane w sztywnych mostach napędowych;

2. przegubowe- stosowane w mostach o niezależnym zawieszeniu kół

1. jednostronnie przegubowe

-przegub od strony mostu napędowego (mosty napędowe osi niekierowanych samochodów osobowych i ciężarowych)

-przegub od strony koła jezdnego (sztywne mosty napędowe kół kierowanych samochodów ciężarowych i terenowych)

1. dwustronnie przegubowe (samochody osobowe z niezależnym zawieszeniem kół kierowanych i niekierowanych)

Wśród półosi rozróżniamy również:

a) obciążone

b) częściowo obciążone

c) nieobciążone

1. obciążona - Półosie obciążone są podparte bezpośrednio w pochwie mostu na łożyskach kulowych lub stożkowych i w związku z tym oprócz momentu skręcającego przenoszą wszystkie momenty zginające wywołane działaniem sił obwodowych, promieniowych i bocznych. Tak niekorzystny stan obciążeń sprawia, że rozwiązania takie spotyka się tylko w samochodach osobowych lub lekkich samochodach ciężarowych.

Rys 7. Półoś napędowa obciążona

b) częściowo obciążona - Półosie częściowo obciążone różnią się od półosi obciążonych tym, że w pochwie mostu jest łożyskowana nie półoś, lecz piasta koła. Półoś przenosi więc tylko część momentów zginających, zależną od rodzaju łożyska i wielkości występujących luzów. Budowa piasty i sposób jej osadzenia na półoś nie odbiega zasadniczo od rozwiązania z półosią obciążoną.

Rys 8. Półoś napędowa częściowo obciążona

c) nieobciążona - Półosie nieobciążone przenoszą tylko momenty skręcające-Piasty kół są ułożyskowane na pochwie mostu, przy czym ich sztywna konstrukcja oraz zastosowanie szeroko rozstawionych, najczęściej stożkowych, łożysk zapewniają przeniesienie wszystkich momentów zginających na pochwę. Półosie są połączone z piastą za pomocą kołnierza odkutego na końcu półosi lub stanowiącego niezależny element pośredni, osadzony na wielowypuście półosi.

Rys 9. Półoś napędowa nieobciążona

2. WYMAGANIA STAWIANE MATERIAŁOM.

Aktualne wymagania dotyczące materiałów konstrukcyjnych wykorzystywanych
w motoryzacji to:

–Tendencja do stosowania materiałów konstrukcyjnych o mniejszej gęstości oraz większej wytrzymałości i lepszych właściwościach użytkowych. Dzięki temu jest możliwe zmniejszenie masy pojazdu i ograniczenie w związku z tym, zużycia paliwa (a więc także emisji dwutlenku węgla). Należy zaznaczyć, że ważnym aspektem tych przedsięwzięć jest założenie braku wpływu podejmowanych działań na bezpieczeństwo pojazdu, na pogorszenie istniejącego stanu bezpieczeństwa. Przykładami takich rozwiązań konstrukcyjnych są m.in. struktury warstwowe i przestrzenne materiałów (np. typu sandwich), umożliwiające nie tylko znaczne zmniejszenie masy konstrukcji z zachowaniem porównywalnych właściwości wytrzymałościowych, ale i uzyskanie świadomej anizotropii właściwości konstrukcji (np. w strefach zgniatania struktury w związku z jej awaryjnym niszczeniem, wypadki). Coraz większe zastosowanie znajdują również materiały kompozytowe, umożliwiające uzyskanie nieosiągalnych dotychczas właściwości części poddawanych ekstremalnym obciążeniom (np. tarcze hamulcowe, tłoki itd.).

–Zastosowanie nowych materiałów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych, technologii wytwarzania i obsługi pojazdów powinno przyczyniać się do zwiększenia trwałości pojazdów i ich elementów oraz wydłużenia okresów międzynaprawczych. To wpływa na zmniejszenie obciążenia środowiska materiałami odpadowymi, związanymi z obsługą i likwidacją zużytych pojazdów. Korzyścią jest również oszczędność surowców i energii potrzebnej do przetwarzania materiałów i wytwarzania części i zespołów pojazdów.

–Nowe materiały konstrukcyjne oraz sama konstrukcja powinny być dostosowane do sprawnego recyklingu pojazdów. Ważną właściwością nowych materiałów staje się możliwie duża ich biodegradowalność. Analogiczne wymagania stawiane są również infrastrukturze transportu.

–Duże wymagania stawia się materiałom eksploatacyjnym ze względu na emisję substancji szkodliwych dla środowiska. Dotyczy to przede wszystkim paliw, w których składzie jest wymagane zmniejszenie zawartości substancji szczególnie szkodliwych (m.in. węglowodorów pierścieniowych, ołowiu, siarki) oraz zmniejszających skuteczność działania urządzeń oczyszczających spaliny (np. siarka w przypadku reaktorów katalitycznych).

3. OBRÓBKA USZLACHETNIAJĄCA POWIERZCHNIE.

W zależności od użytego materiału i kryteriów jakie przyjmie konstruktor (np. waga elementu, koszt, żywotność, itp.) możemy zastosować:

• Obróbkę cieplną

• Obróbkę cieplną-chemiczną

OBRÓBKA CIEPLNA.

Hartowanie-jest to operacja obróbki cieplnej, polegająca na nagrzaniu stali podeutektoidalnej do temperatury powyżej A3, a dla nadeutektoidalnej powyżej A1, wygrzaniu w tej temperaturze,
a następnie bardzo szybkim chłodzeniu.

Szybkość chłodzenia musi być większa od szybkości krytycznej, tzn. taka powyżej której nie następuje rozkład austenitu na struktury perlityczne. Celem tej operacji jest uzyskanie struktury martenzytycznej, nadającej stali dużą twardość, jak również odporność na ścieranie i wytrzymałość. Stale węglowe podeutektoidalne hartuje się od temperatur o 30-50°C wyższych od A3 zaś stale nadeutektoidalne od temperatur o 30-50 °C wyższych od A1. Dolna granica zakresu 30-50 °C wynika z konieczności ujednorodnienia austenitu pod względem zawartości węgla.

Technologia procesu hartowania

Nagrzewanie przedmiotów w czasie obróbki cieplnej przeprowadza się w specjalnych piecach. Zależnie od sposobu nagrzewania rozróżnia się piece:

-gazowe

-elektryczne

-z kąpielą.

W procesach obróbki cieplnej wykorzystuje się następujące ośrodki chłodzące:

-woda oraz wodne roztwory soli, zasad i polimerów,

-oleje hartownicze,

-kąpiele solne i metaliczne,

-ośrodki sfluidyzowane,

-powietrze i inne gazy.

Ośrodkami najintensywniej chłodzącymi są roztopione sole oraz kąpiele metaliczne. Dużą zdolność chłodzenia wykazują również wodne roztwory soli i zasad.

Mieszając w odpowiednich proporcjach wodę z olejami lub polimerami uzyskuje się emulsje o pośrednich intensywnościach chłodzenia. Najmniej intensywnie chłodzącym ośrodkiem jest powietrze. Własności chłodzące poszczególnych ośrodków ulegają zmianom ze zmianą ich temperatury oraz w wyniku ich ruchu (cyrkulacji). Do urządzeń chłodzących zalicza się wanny hartownicze, które wypełnia się cieczami chłodzącymi. Wanny wykonane z blachy stalowej zaopatrzone są w urządzenia do dopływu i odpływu wody lub oleju. Wanny olejowe mają zazwyczaj podwójne ściany, między którymi przepływa woda. Podczas hartowania przedmioty chłodzone są poruszane w celu oddzielania się od ich powierzchni pęcherzyków pary, które utrudniają chłodzenie.

Sposoby hartowania.

Rozróżniamy kilka odmian hartowania:

-hartowanie powierzchniowe

-hartowanie objętościowe

-hartowanie zwykłe

-hartowanie stopniowe

-hartowanie izometryczne

Hartowanie powierzchniowe

Hartowanie powierzchniowe stosuje się w celu uzyskania dużej twardości wierzchniej warstwy przedmiotu, przy zachowaniu niezmienionych własności rdzenia. Zapewniona wówczas zostaje duża odporność powierzchni na ścieranie i jednocześnie wytrzymałość przedmiotu na uderzenie. Zabieg ten polega na nagrzaniu warstwy zewnętrznej przedmiotu do temperatury o około 50 °C wyższej od temperatury hartowania dla danej stali i następnie chłodzeniu tej warstwy z szybkością większą od krytycznej. Grubość warstwy zahartowanej zależy od grubości warstwy nagrzanej do temperatury austenityzowania.

Najważniejszymi parametrami hartowania powierzchniowego są: szybkość nagrzewania
i oziębiania oraz temperatura austenityzacji. Szybkość nagrzewania zależy głównie od rodzaju hartowania, wielkości przedmiotu oraz gatunku stali. Musi być ona duża, a ilość ciepła doprowadzona do powierzchni przedmiotu znacznie większa od ilości ciepła, które może przeniknąć w głąb materiału wskutek przewodnictwa. Jest to warunek konieczny, umożliwiający nagrzanie powierzchniowej warstwy do wymaganej temperatury. Osiągnięcie tej temperatury jest możliwe różnymi sposobami nagrzewania materiału.

Hartowanie powierzchniowe, które można przeprowadzić na wiele sposobów pozwala na osiągnięcie odpowiednich własności materiału dzięki wielu jego zaletom.

Do zasadniczych należą przede wszystkim:

• możliwość zastosowania do przedmiotów o niemal dowolnym rozmiarze i kształcie,

• otrzymanie twardej warstwy powierzchniowej o określonej grubości przy zachowaniu ciągliwego rdzenia,

• wyeliminowanie krzywienia się,

• zachowanie gładkiej nie utlenionej powierzchni,

• duża wydajność procesu.

Zależnie od sposobu nagrzewania rozróżnia się następujące rodzaje hartowania powierzchniowego:

• kąpielowe

• indukcyjne

• płomieniowe

• wiązkowe (laserowe, wiązką elektronów)

• oziębianie

Hartowanie kąpielowe polega na nagrzewaniu przedmiotu w kąpieli ołowiowej lub solnej, a następnie oziębieniu go w wodzie lub oleju. Kąpiel ogrzewająca powinna mieć temperaturę wyższą od temperatury hartowania o ok. 50 - 100 °C, w celu nagrzania powierzchniowej warstwy przedmiotu zanurzonego na chwilę do temperatury, w której stal przejdzie w stan austenityczny
i da się zahartować, przy czym środek przedmiotu nagrzewa się nieznacznie.

Hartowanie indukcyjne polega na umieszczaniu przedmiotu obrabianego w cewce, przez którą przepływa prąd o bardzo wysokiej częstotliwości (10 MHz). Strumień magnetyczny wytwarzany przez prąd zmienny przechodzący przez induktor (cewkę) wykonany w kształcie pętli lub spirali z rurek miedzianych wzbudza w przedmiocie metalowym umieszczonym wewnątrz induktora prądy wirowe, które w ciągu kilku sekund nagrzewają powierzchnię przedmiotu do temperatury hartowania. Przedmiot nagrzany powierzchniowo jest następnie oziębiany natryskiem cieczy oziębiającej.

Hartowanie płomieniowe polega na nagrzewaniu obrabianego przedmiotu palnikami gazowymi i szybkim chłodzeniu. Metody hartowania płomieniowego są podobne do metod hartowania indukcyjnego. Palniki są zwykle sprzężone z natryskiwaczami, co umożliwia bezpośrednie chłodzenie. Hartowanie płomieniowe może być stosowane w przypadku obróbki cieplnej wałków, kół zębatych, zwłaszcza o dużych modułach (np. 12 mm), prowadnic łóż obrabiarek, tulei i innych dużych przedmiotów.

Oziębianie-odmienne ośrodki chłodzące posiadają inne prędkości chłodzenia przedmiotów, dzięki czemu wykonując ten zabieg cieplny możemy otrzymać różne rodzaje struktury materiału.

RODZAJE OBRÓBKI CIEPLNO – CHEMICZNEJ:

Nawęglanie-jest to dyfuzyjne nasycanie stali węglem. Poddaje się temu stale niskowęglowe o zawartości do ok. 0,2 %C, przez co zawartość C zwiększa się do ok. 1 %. Po zahartowaniu uzyskuje się wysoką twardość powierzchni i ciągliwy rdzeń. Nawęglanie przeprowadza się w temp. 930^oC zwykle ok. 10 godzin. Można je przeprowadzać w ośrodkach stałych, ciekłych i gazowych.

Azotowanie-jest to nasycanie warstwy wierzchniej azotem, w wyniku czego uzyskuje się dużą twardość i odporność na zmęczenie. Przeprowadza się w temperaturze 550^oC. Do azotowania stosuje się atmosferę dysocjowanego amoniaku, w której występują aktywne atomy azotu. Jest to kosztowna obróbka, gdyż bardzo długotrwała (ok. 40 godzin) i dlatego stosowane jest w przypadku szczególnie odpowiedzialnych elementów.

Siarkowanie-do siarkowania dyfuzyjnego może być stosowana metoda elektrolityczna. Temperatura kąpieli to ok. 220^oC, skład: rodanek potasowy 80%, sodowy 15%, reszta Na₂S₂O₃, polaryzacja przemienna, gęstość prądu ok. 3 A/cm2, czas obróbki to ok. 10 min. Dzięki tej obróbce uzyskujemy wzrost żywotności narzędzi do nawet 400%.

Borowanie - nasycanie warstwy powierzchniowej stali borem. W wyniku borowania powstają związki boru z żelazem (borki) o wysokiej twardości (borek bogatszy w bor jest twardszy, ale i bardziej kruchy). Warstwy borowane cechują się bardzo dużą odpornością na ścieranie i są zwykle stosowane gdy smarowanie jest skąpe, gdy nie może być stosowane w ogóle. Borowanie jest stosowane także do utwardzania narzędzi. Borowanie można przeprowadzać w ośrodkach stałych (proszkach), ciekłych lub gazowych.

Węgloazotowanie - jednoczesne nasycanie stali węglem i azotem. Głównymi zaletami tej obróbki jest niższa temperatura i krótszy czas procesu. Może być przeprowadzane w ośrodkach gazowych lub ciekłych w wysokich lub niskich temperaturach. Węgloazotowanie gazowe może być procesem wysokotemperaturowych (750 – 900^oC) i wówczas jest zbliżone do nawęglania- lub niskotemperaturowych (500 – 600^oC), kiedy upodabnia się do azotowania. Atmosfera składa się
z mieszaniny amoniaku i gazu nawęglającego. Po obróbce wysokotemperaturowej stosuje się hartowanie, natomiast niskotemperaturowe jest poprzedzane ulepszaniem cieplnym.

Utlenianie - łączenie się materii tlenem, zwiększenie wartościowości pierwiastka wskutek oddawania elektronów.

Aluminiowanie – jest to wprowadzenie aluminium do warstwy wierzchniej w celu zwiększenia odporności przedmiotu na wysokie temperatury i chemiczne działanie gazów.

Chromowanie - nasycenie warstwy przypowierzchniowej wyrobów stalowych i żeliwnych chromem w celu podniesienia twardości, odporności na ścieranie, na kwasy i wysoką temperaturę.

4. PRZYCZYNY ZUŻYCIA PÓŁOSI NAPĘDOWYCH

Jednym z podstawowych przyczyn zużycia półosi napędowych jest zużycie eksploatacyjne. Pomimo że półosie są projektowane tak, aby bezproblemowo służyły latami, to jednak są wrażliwe na pewne zachowania kierowców. Przede wszystkim ruszanie z piskiem opon na skręconych kołach oraz gwałtowne przyśpieszanie.

Najbardziej powszechne są uszkodzenia elastycznych osłon, skutkujące przedostaniem się do przegubu zanieczyszczeń stałych (np. piasku ) oraz wilgoci, co nieuchronnie prowadzi do defektu przegubu.

Rys 10. Uszkodzona osłona przegubu zewnętrznego.

Za tego typu usterki trudno winić producenta podzespołu czy pojazdu, ponieważ są następstwem starzenia się materiału osłon lub po prostu uszkodzenia mechanicznego.

Znane nam są natomiast przypadki wycieku oleju ze skrzyni biegów, spowodowane chwilowym wzdłużnym przemieszczeniem półosi podczas ruchu pojazdu. Wystarcza krótka chwila, podczas której półoś wysunie się nieznacznie z obudowy skrzyni biegów (np. podczas gwałtownego ruszania połączonego ze skrętem kół czy jazdą po nierównościach), by znaczna część oleju wydostała się na zewnątrz przekładni. Najciekawsze jest to, że półoś często wraca na swoje miejsce, a niczego nie spodziewający się użytkownik pojazdu kontynuuje jazdę. W ekstremalnym przypadku, jeśli ubytek oleju będzie odpowiednio duży, taka przygoda może zakończyć się awarią skrzyni biegów. Przypadłość ta dotyczy tylko części rodzajów półosi i związana jest z ich specyficzną konstrukcją.

Inna grupa usterek to uszkodzenia mechaniczne półosi, czyli przede wszystkim ich ukręcenie, zerwanie mocowania lub obrobienie wielowypustu. Jest to bardzo często następstwem dynamicznego ruszania z miejsca i częstych udarowych obciążeń układu przeniesienia napędu. Półosie stosunkowo często padają ofiarą tuningu silnika, ponieważ nie są w stanie długotrwale przenosić momentu obrotowego o zbyt dużej wartości. Należy pamiętać, że pełna kontrola półosi napędowej może być przeprowadzona wyłącznie w stanie zdemontowanym!

4. LITERATURA:

1. Dobrzański Leszek: Metaloznawstwo i obróbka cieplna, WSiP 1997.

2. Przybyłowicz Karol: Metaloznawstwo, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne 1999.

Linki :

http://autowiedza.republika.pl/konstr_ukl_korb.html

http://www.tribologia.eu/ptt/try/tr09.htm#tri09.1

http://www.iparts.pl/artykuly/przeguby-napedowe-polosie,20.html

http://www.e-autonaprawa.pl/artykuly/1336/uklady-przeniesienia-napedu-cz-ix-waly-napedowe-i-polosie.html

http://autokult.pl/2011/04/12/jak-dbac-o-polosie-w-swoim-aucie-poradnik