УЗЕЛ СОСТАВНОГО КАРДАННОГО ВАЛА
COMPOSITE PROPELLER SHAFT ASSEMBLY

Уровень техники, предшествующий изобретению
Настоящее изобретение, в целом, относится к узлу составного карданного вала. В частности, настоящее изобретение относится к узлу соединительного вала для узла составного карданного вала.
Карданная передача используется для передачи вращательного усилия от источника, такого как двигатель, на приводной компонент, такой как пара колес. Типовая карданная передача включает в себя карданный вал. Один из типов карданных валов обычно называется «составным» карданным валом и включает в себя несколько валов, которые соединены между собой и имеют вращательную опору. Обычно составной карданный вал включает в себя узел карданного вала и узел соединительного вала. Узлы соединительных валов, известные из уровня техники, являются сложными, тяжелыми и дорогостоящими в производстве.
Поэтому было бы желательно предложить усовершенствованный узел соединительного вала, который устраняет недостатки, присущие известным конструкциям, позволяя получить усовершенствованный узел составного карданного вала.
Краткое описание сущности изобретения
Предлагаются варианты осуществления узла составного карданного вала.
По одному из вариантов осуществления узел составного карданного вала включает в себя узел карданного вала. Узел карданного вала содержит вилку, расположенную на одном из своих концов. К вилке прикреплен универсальный шарнир. Узел соединительного вала включает в себя фланец-вилку и трубку. Фланец-вилка одним своим концом прикреплена к универсальному шарниру, а противоположным концом прикреплена к трубке. Вращательный опорный элемент прикреплен к участку наружной поверхности фланец-вилки и окружает его.
По другому варианту осуществления узел составного карданного вала содержит узел карданного вала. Узел карданного вала содержит вилку, расположенную на одном из своих концов. К вилке прикреплен универсальный шарнир. Узел соединительного вала содержит фланец-вилку и трубку. Фланец-вилка и трубка выровнены вдоль продольной оси узла соединительного вала. Часть фланец-вилки имеет, по существу, U-образное сечение. Фланец-вилка одним своим концом прикреплена при помощи пары разнесенных между собой проушин к универсальному шарниру, а противоположным концом прикреплена при помощи сварного шва к трубке. Трубка имеет определенную длину и, по существу, постоянный по всей ее длине внутренний диаметр и наружный диаметр. Вращательный опорный элемент содержит внутреннюю обойму. Внутренняя обойма упирается встык в плечевой участок фланец-вилки, непосредственно прикреплена к участку наружной поверхности фланец-вилки и окружает его. Внутренняя обойма определяет внутренний диаметр. Размер внутреннего диаметра равен размеру наружного диаметра трубки. Опорный элемент прикреплен к наружной обойме вращательного опорного элемента.
Краткое описание нескольких видов по чертежам
На фиг. 1 показан вид в плане части узла составного карданного вала по изобретению;
на фиг. 2 показан вид в сечении, по одному из вариантов осуществления, части узла соединительного вала узла составного карданного вала на фиг. 1;
на фиг. 3 показан вид в сечении, по другому варианту осуществления, части узла соединительного вала узла составного карданного вала на фиг. 1;
на фиг. 4 показан вид в сечении, по другому варианту осуществления, части узла соединительного вала узла составного карданного вала на фиг. 1;
на фиг. 5 показан вид в сечении, по другому варианту осуществления, части узла соединительного вала узла составного карданного вала на фиг. 1; и
на фиг. 6 показан вид в сечении, по другому варианту осуществления, части узла соединительного вала узла составного карданного вала на фиг. 1.
Подробное описание изобретения
Следует понимать, что изобретение допускает другие альтернативные компоновки и последовательность этапов, за исключением случаев, где явно указано обратное. Также следует понимать, что конкретные узлы и процессы, изображенные на прилагаемых чертежах и рассматриваемые в последующем описании изобретения, являются лишь типовыми вариантами осуществления концепций изобретения. Поэтому конкретные размеры, направления или другие физические характеристики, относящиеся к раскрываемым вариантам осуществления, не следует рассматривать в качестве ограничительных, если явно не указано иное. Кроме этого, хотя и не обязательно, в данном разделе заявки схожие элементы по разным вариантам осуществления могут обозначаться схожими ссылочными позициями.
Далее будет рассмотрен узел составного карданного вала. Узел составного карданного вала будет рассмотрен применительно к транспортному средству (не показано). Узел составного карданного вала может использоваться как в дорожных, так и на внедорожных транспортных средствах. При этом следует понимать, что узел составного карданного вала также может использоваться в индустриальной, железнодорожной и аэрокосмической отраслях.
Далее со ссылкой на чертежи на фиг. 1 показан узел 10 составного карданного вала.
Узел 10 составного карданного вала содержит узел 12 карданного вала. Узел 12 карданного вала содержит трубку и вилку. Трубка прикреплена к вилке. Трубка может крепиться к вилке при помощи традиционных способов крепления, таких как, например, сварка или механический крепеж. Вилка расположена на одном из концов узла 12 карданного вала.
К вилке прикреплен универсальный шарнир 16. Универсальный шарнир 16 может содержать крестовину и обойму подшипника. Предпочтительно универсальный шарнир 16 является карданным шарниром. В составном карданном валу 10 можно использовать универсальный карданный шарнир, известный из уровня техники.
Узел 10 составного карданного вала также содержит узел 14, 14A, 14B, 14C, 14D соединительного вала, функционально соединенный с узлом 12 карданного вала при помощи универсального шарнира 16. Во время эксплуатации крутящий момент от трансмиссии (не показана) транспортного средства посредством универсального шарнира 16 передается на узел 14, 14A, 14B, 14C, 14D соединительного вала и узел 12 карданного вала.
Далее, со ссылкой на фигуры 1-6, узел 14, 14A, 14B, 14C, 14D соединительного вала содержит фланец-вилку 18, 18A и трубку 44, 44A, 44B, 44C. Предпочтительно фланец-вилка 18, 18A изготовлена из жесткого и долговечного материала. Предпочтительно для изготовления фланец-вилки 18, 18A используют алюминий. Между тем, фланец-вилку 18, 18A также можно изготавливать из других жестких и долговечных материалов, таких как сталь или высокопрочный литейный чугун. Предпочтительно трубку 44, 44A, 44B, 44C изготавливают из жесткого и долговечного материала, такого как, например, металл или металлический сплав. По одному из вариантов осуществления трубка 44, 44A, 44B, 44C изготовлена из алюминия. Между тем, трубку 44, 44A, 44B, 44C также можно изготавливать из другого металла, такого как сталь.
Фланец-вилка 18, 18A прикреплена к универсальному шарниру 16 у одного из концов фланец-вилки 18, 18A. Фланец-вилка 18, 18A содержит пару разнесенных проушин 20. Проушины 20 разнесены между собой примерно на 180 градусов. Каждая из проушин 20 прикреплена к корпусной части 22, 22A фланец-вилки 18, 18A и проходит, в целом, в осевом направлении от корпусной части 22, 22A. Проушины 20 определяют один из концов фланец-вилки 18, 18A. Предпочтительно проушины 20 цельноформованы с корпусной частью 22, 22A. В каждой проушине 20 имеется проделанное в ней, в целом, цилиндрическое отверстие 24. Цилиндрические отверстия 24 расположены рядом с концом фланец-трубки 18, 18A, определяемым проушинами 20. Отверстия 24 являются соосными друг другу. Универсальный шарнир 16 крепится к узлу 14, 14A, 14B, 14C, 14D соединительного вала при помощи отверстий 24.
Каждая из проушин 20 включает в себя внутреннюю поверхность 26 и наружную поверхность 28. Внутренняя поверхность 26 и наружная поверхность 28 проходят от оппозитных концов каждого из отверстий 24 к корпусной части 22, 22A. Внутренние поверхности 26 обращены в сторону друг друга и отделяют наружные поверхности 28 друг от друга. Между внутренней поверхностью 26 и наружной поверхностью 28 у каждой из проушин 20 имеется пара боковых поверхностей 30, 32.
Корпусная часть 22, 22A содержит основание 34 и стенку 36, 36A. Основание 34 предпочтительно цельноформовано со стенкой 36, 36A таким образом, чтобы корпусная часть 22, 22A имела, по существу, U-образное сечение. Продольная ось 38 узла 14, 14A, 14B, 14C, 14D соединительного вала проходит через центр корпусной части 22, 22A.
Основание 34 имеет внутреннюю поверхность 40 и наружную поверхность 42. После крепления фланец-вилки 18, 18A к трубке 44, 44A, 44B, 44C внутренняя поверхность 40 располагается, по существу, перпендикулярно трубке 44, 44A, 44B, 44C. Наружная поверхность 42 располагается радиально внутри относительно внутренних поверхностей 26 проушин 20. Основание 34 и стенка 36 определяют полость 46. Наличие у фланец-вилки 18, 18A полости 46 позволяет снизить вес узла 14, 14A, 14B, 14C, 14D соединительного вала.
Стенка 36, 36A, в целом, является кольцевой и проходит от основания 34, в целом, в осевом от него направлении оппозитно проушинам 20. Поясковый участок 50 соединяет внутреннюю поверхность 52 стенки 36, 36A с внутренней поверхностью 40 основания 34. Стенка 36, 36A содержит плечевой участок 54, установочный участок 56 и трубный установочный участок 58, 58A.
Покатый переходный участок 60 соединяет плечевой участок 54 с основанием 34. Плечевой участок 54 проходит в осевом направлении и, в целом, является кольцевым. У плечевого участка 54 имеется наружная поверхность 62. Наружная поверхность 62 определяет диаметр. Предпочтительно размер диаметра, определяемого наружной поверхностью 62, является, по существу, постоянным.
Установочный участок 56 непосредственно прикреплен к плечевому участку 54. У установочного участка 56 имеются внутренняя поверхность 64 и наружная поверхность 66. Внутренняя поверхность 64 определяет внутренний диаметр установочного участка 56. Предпочтительно размер внутреннего диаметра является, по существу, постоянным или постепенно меняется (увеличивается или уменьшается) в осевом направлении. Помимо этого, наружная поверхность 66 определяет наружный диаметр установочного участка 56. Размер наружного диаметра, определяемого наружной поверхностью 66, является, по существу, постоянным.
Трубный установочный участок 58, 58A непосредственно прикреплен к установочному участку 56. Трубный установочный участок 58, 58A, в целом, имеет цилиндрическую форму. У трубного установочного участка 58, 58A имеются внутренняя поверхность 68, 68A, наружная поверхность 70, 70A и торцевая поверхность 72, 72A, которая соединяет внутреннюю поверхность 68, 68A с наружной поверхностью 70, 70A у их концов. Торцевая поверхность 72, 72A трубного установочного участка 58, 58A также определяет второй торец фланец-вилки 18, 18A, который расположен оппозитно концу фланец-вилки 18, 18A, определяемому проушинами 20. Внутренняя поверхность 68, 68A определяет внутренний диаметр трубного установочного участка 58, 58A. По одному из вариантов осуществления, изображенному на фиг. 3, размер внутреннего диаметра, определяемого внутренней поверхностью 68А, может быть, по существу, постоянным. Между тем, по другому варианту осуществления, подобно тому, что изображен на фиг. 2, размер диаметра, определяемого внутренней поверхностью 68, может увеличиваться в направлении торцевой поверхности 72 трубного установочного участка 58. В свою очередь, наружная поверхность 70, 70A определяет наружный диаметр трубного установочного участка 58, 58A. Размер наружного диаметра, определяемого наружной поверхностью 70, 70A, может быть, по существу, постоянным.
Трубка 44, 44A, 44B, 44C и фланец-вилка 18, 18A выровнены вдоль продольной оси 38 узла 14, 14A, 14B, 14C, 14D соединительного вала. Предпочтительно трубка 44, 44A, 44B, 44C прикреплена к фланец-вилке 18, 18A вблизи или рядом со вторым концом фланец-вилки 18, 18A. Более конкретно, трубка 44, 44A, 44B, 44C прикреплена к трубному установочному участку 58, 58A фланец-вилки 18, 18A. Трубка 44, 44A, 44B, 44C может быть прикреплена к трубному установочному участку 58, 58A любым способом. Однако предпочтительно, чтобы трубка 44, 44A, 44B, 44C крепилась к трубному установочному участку 58, 58A при помощи сварного шва 82, 82А. Сварной шов 82, 82A может быть сформирован при помощи любого из следующих способов сварки: сварки трением, лазерной сварки, дуговой сварки металлическим электродом в инертной газовой среде, магнитно-импульсной сварки или иного способа сварки. По одному из вариантов осуществления, подобно тому, что изображен на фиг. 2, первый торец 74 трубки 44 крепится к торцевой поверхности 72 трубного установочного участка 58. По другому варианту осуществления, подобно тому, что изображен на фиг. 3, первый торец 74 трубки 44 упирается встык в дискретный переходный участок 76, находящийся между установочным участком 56 и трубным установочным участком 58А. По данному варианту осуществления внутренняя поверхность 78 трубки 44 окружает наружную поверхность 70А и торцевую поверхность 72А трубного установочного участка 58А.
Трубка 44, 44A, 44B, 44C проходит от своего первого конца 74 до своего второго конца (не показан) и имеет длину, определяемую между первым концом 74 и вторым концом. Трубка 44, 44A, 44B, 44C может иметь определенную длину. Трубка 44, 44A, 44B, 44C имеет наружную поверхность 80, 80A, 80B, 80C. По некоторым вариантам осуществления, подобно тем, что изображены на фигурах 2-6, трубка 44, 44A, 44B, 44C является полым, в целом, цилиндрическим элементом. По данным вариантам осуществления наружная поверхность 80, 80A, 80B, 80C определяет наружный диаметр трубки 44, 44A, 44B, 44C. По одному из вариантов осуществления, подобно тем, что изображены на фигурах 2-3, наружный диаметр трубки 44 является, по существу, постоянным по всей длине трубки 44. По другим вариантам осуществления, подобно тем, что изображены на фигурах 4-6, на наружном диаметре трубки 44A, 44B, 44C имеются два или более участков, размеры которых различаются. Например, как показано на фиг. 4, наружный диаметр может иметь участок 114A с первым диаметром и участок 116A со вторым диаметром. По данному варианту осуществления размер участка 114A с первым диаметром больше размера участка 116A со вторым диаметром. Также по данному варианту осуществления размер переходного участка 118А наружного диаметра может увеличиваться от размера участка 116A со вторым диаметром до размера участка 114A с первым диаметром. По другому варианту осуществления, подобно тому, что изображен на фиг. 5, размер участка 114B с первым диаметром меньше размера участка 116B со вторым диаметром. Также по данному варианту осуществления размер переходного участка 118В наружного диаметра может увеличиваться от размера участка 116B со вторым диаметром до размера участка 114B с первым диаметром. По еще одному варианту осуществления, подобно тому, что изображен на фиг. 6, размер участка 114С с первым диаметром равен размеру участка 116С со вторым диаметром. По данному варианту осуществления участок 120С с третьим диаметром соединен с участком 114С с первым диаметром и участком 116С со вторым диаметром при помощи пары переходных участков 118С наружного диаметра. Размер участка 120С с третьим диаметром меньше размера участка 114С с первым диаметром и размера участка 116С со вторым диаметром.
По некоторым вариантам осуществления, подобно тем, что изображены на фигурах 2 и 4-5, наружная поверхность 80, 80A, 80B трубки 44, 44A, 44B выровнена с наружной поверхностью 70 трубного установочного участка 58. По данным вариантам осуществления размер по меньшей мере части наружного диаметра, определяемого наружной поверхностью 80, 80A, 80B трубки 44, 44A, 44B, равен размеру наружного диаметра, определяемого наружной поверхностью 70 трубного установочного участка 58. Следует понимать, что при описании схожих признаков двух диаметров составного карданного вала 10 термин «равный» может означать, что размеры рассматриваемых диаметров полностью одинаковы или, по существу, равны друг другу. По другим вариантам осуществления, подобно тем, что изображены на фигурах 3 и 6, наружная поверхность 80, 80C трубки 44, 44C выровнена с наружной поверхностью 66 установочного участка 56. По данному варианту осуществления размер наружного диаметра, определяемого наружной поверхностью 80, 80C трубки 44, 44C, равен размеру наружного диаметра, определяемого наружной поверхностью 66 установочного участка 56.
По некоторым вариантам осуществления, подобно тем, что изображены на фигурах 2-6, внутренняя поверхность 78, 78A, 78B, 78C трубки 44, 44A, 44B, 44C определяет внутренний диаметр трубки 44, 44A, 44B, 44C. По вариантам осуществления, подобно тем, что изображены на фигурах 2-3, внутренний диаметр трубки 44 является, по существу, постоянным по всей длине трубки 44. По другим вариантам осуществления, подобно тем, что изображены на фигурах 4-6, на внутреннем диаметре трубки 44A, 44B, 44C имеются два или более участков, размеры которых различаются. Например, как показано на фиг. 4, внутренний диаметр может иметь участок 122A с первым диаметром и участок 124A со вторым диаметром. По данному варианту осуществления размер участка 122A с первым диаметром больше размера участка 124A со вторым диаметром. Также по данному варианту осуществления размер переходного участка 118А внутреннего диаметра может увеличиваться от размера участка 124A со вторым диаметром до размера участка 122A с первым диаметром. По другому варианту осуществления, подобно тому, что изображен на фиг. 5, размер участка 122B с первым диаметром меньше размера участка 124B со вторым диаметром. Также по данному варианту осуществления размер переходного участка 126В внутреннего диаметра может уменьшаться от размера участка 124B со вторым диаметром до размера участка 122B с первым диаметром. По еще одному варианту осуществления, подобно тому, что изображен на фиг. 6, размер участка 122С с первым диаметром равен размеру участка 124С со вторым диаметром. По данному варианту осуществления участок 128С с третьим диаметром соединен с участком 122С с первым диаметром и участком 124С со вторым диаметром при помощи пары переходных участков 126С внутреннего диаметра. Размер участка 128С с третьим диаметром меньше размера участка 122С с первым диаметром и размера участка 124С со вторым диаметром.
Рядом или около своего второго конца трубка 44, 44A, 44B, 44C может быть соединена с другой вилкой (не показана) или с другим узлом вала (не показан).
Узел 14, 14A, 14B, 14C, 14D соединительного вала также содержит вращательный опорный элемент 84. Вращательный опорный элемент 84 обеспечивает поддержку при вращении узла 14, 14A, 14B, 14C, 14D соединительного вала и узла 10 составного карданного вала. Вращательный опорный элемент 84 находится на центральном участке 86 узла 10 составного карданного вала. Более конкретно, вращательный опорный элемент 84 расположен в узле 10 составного карданного вала между трубкой 44, 44A, 44B, 44C и крестовиной 16 и непосредственно прикреплен к фланец-вилке 18, 18A. На центральном участке узла составного карданного вала также могут находиться один или несколько дополнительных вращательных опорных элементов (не показаны) для обеспечения его дополнительной поддержки.
Вращательный опорный элемент 84 прикреплен к участку наружной поверхности фланец-вилки 18, 18A и окружает его. Предпочтительно вращательный опорный элемент 84 упирается встык в плечевой участок 54. Более предпочтительно вращательный опорный элемент 84 упирается встык в плечевой участок 54 и непосредственно прикреплен к наружной поверхности 66 установочного участка 56. Вращательный опорный элемент 84 может быть прикреплен к наружной поверхности 66 при помощи одного или нескольких следующих способов: тугой посадки, фиксатора 88 или обжима. Предпочтительно в качестве тугой посадки используют прессовую посадку. При этом следует понимать, что для крепления вращательного опорного элемента 84 к установочному участку 56 допустимо использовать другие типы тугой посадки. Предпочтительно в качестве фиксатора 88 используют маслоотражатель. По некоторым вариантам осуществления, подобно тем, что изображены на фигурах 2 и 3, маслоотражатель является кольцевым элементом, имеющим участок 90 меньшего диаметра, который расположен вокруг наружной поверхности 66 установочного участка 56, и участок 92 большего диаметра, который проходит радиально наружу от участка 90 меньшего диаметра. Изогнутый переходный участок 94 соединяет участок 90 меньшего диаметра с участком 92 большего диаметра и упирается встык во вращательный опорный элемент 84. Между тем, для крепления вращательного опорного элемента к наружной поверхности допустимо использовать фиксаторы другого типа, такие как, например, упорное кольцо (не показано). По вариантам осуществления (не показаны), где в качестве фиксатора используют упорное кольцо, на наружной поверхности установочного участка предусмотрена кольцевая канавка для зацепления с упорным кольцом. Как вариант, для крепления вращательного опорного элемента к наружной поверхности установочного участка допустимо использовать фиксаторы другого типа. Для крепления вращательного опорного элемента к наружной поверхности также подходят способы обжима, известные из уровня техники.
Предпочтительно вращательный опорный элемент 84 имеет ось вращения, которая выровнена с продольной осью 38 узла 14, 14A, 14B, 14C, 14D соединительного вала. Во вращательном опорном элементе 84 имеется отверстие 96, которое определяет его внутренний диаметр. Размер внутреннего диаметра, определяемого отверстием 96, больше размера внутреннего диаметра, определяемого внутренней поверхностью 64 установочного участка 56. По некоторым вариантам осуществления размер внутреннего диаметра, определяемого отверстием 96, больше или равен размеру наружного диаметра, определяемого наружной поверхностью 80, 80A, 80B, 80C трубки 44, 44A, 44B, 44C. По одному из вариантов осуществления размер внутреннего диаметра, определяемого отверстием 96, равен размеру наружного диаметра, определяемого наружной поверхностью 70 трубного установочного участка 58. По другому варианту осуществления размер внутреннего диаметра, определяемого отверстием 96, равен размеру наружного диаметра, определяемого наружной поверхностью 66 установочного участка 56.
По одному из вариантов осуществления (не показан) вращательный опорный элемент является втулкой. Далее со ссылкой на фиг. 2, по другому варианту осуществления, вращательный опорный элемент 84 является подшипником 98. Между тем, вращательный опорный элемент 84 не ограничен вышесказанным, поскольку изобретение допускает при его реализации использование других элементов, обеспечивающих при вращении опору для узла 14, 14A, 14B, 14C, 14D соединительного вала и узла 10 составного карданного вала.
Предпочтительно подшипник 98 является герметично закрытым, предварительно заполненным смазкой узлом. Подшипник 98 содержит внутреннюю обойму 100, наружную обойму 102 и множество шариков 104. Шарики 104 находятся между внутренней обоймой 100 и наружной обоймой 102, позволяя внутренней обойме 100 вращаться относительно наружной обоймы 102. Внутренняя обойма 100 расположена таким образом, чтобы она была непосредственно прикреплена к участку наружной поверхности 66 установочного участка 56 и окружала его. По одному из вариантов осуществления внутренняя обойма 100 расположена между плечевым участком 54 фланец-вилки 18, 18A и фиксатором 88. Предпочтительно внутренняя обойма упирается встык в плечевой участок 54. Кроме этого, по указанным вариантам осуществления внутренняя обойма 100 определяет отверстие 96. Внутренняя обойма 100 предпочтительно установлена при помощи прессовой посадки на наружную поверхность 66 установочного участка 56. Поэтому, перед формированием узла 10 составного карданного вала, размер диаметра, определяемого отверстием 96, может быть чуть меньше размера диаметра, определяемого наружной поверхностью 66 установочного участка 56.
Вращательный опорный элемент 84 прикреплен к опорному узлу 106. Если в качестве вращательного опорного элемента используют подшипник, то тогда он крепится к опорному элементу 106 своей наружной обоймой 102. Наружная обойма 102 крепится к внутреннему участку 108 опорного элемента 106 и может быть установлена на нем при помощи прессовой посадки.
Опорный узел 106 содержит изолятор 110, который прикреплен к внутреннему участку 108 и к наружному участку 112 и отделяет внутренний участок 108 от наружного участка 112 опорного узла 106. Внутренний участок 108 является кольцевым элементом и может быть изготовлен из металла, металлического сплава, пластика или других материалов. Изолятор 110 предпочтительно изготавливают из гибкого материала, такого как, например, резина или т.п. По некоторым вариантам осуществления изолятор 110 может быть изготовлен из эластомерного материала. Наружный участок 112 может быть изготовлен из металла, металлического сплава, пластика или других материалов и крепится к кузову (не показан) транспортного средства. Предпочтительно наружный участок 112 является кольцевым элементом. Между тем, следует понимать, что наружный участок 112 может быть не кольцевым, а может иметь другую форму.
Настоящее изобретение было описано на примере предпочтительных вариантов осуществления, однако следует понимать, что изобретение может быть реализовано иным образом, отличающимся от того, как это было показано и описано, не выходя за его объем сущность.