КОЛЕСНЫЙ УЗЕЛ С УСТРОЙСТВОМ ПОДВОДА ВОЗДУХА К ШИНЕ

Техническое решение относится к транспортным средствам, в частности к их колесным узлам с устройствами для управления и распределения давления в шинах, а также к валам для привода колес, подвешенных на горизонтальной оси. Такие колесные узлы с устройством подвода воздуха к шине применяются на транспортных средствах повышенной проходимости для обеспечения регулирования давления в шинах, что улучшает их проходимость по слабонесущим грунтам и позволяет контролировать давление в шинах, сохраняя подвижность при их повреждении.
Давно известны конструкции колесных узлов, оснащенные устройствами подвода воздуха к шине.
Так в устройстве для накачивания пневматической шины по US 1800780 применена муфта, установленная на полуоси, в которой происходит подвод воздуха от неподвижной детали к вращающейся. Более сложны системы по US 2452527 и 2577458, при этом надежность их не велика.
Широкое применение устройства подвода воздуха к шинам нашли в грузовых транспортных средствах повышенной проходимости.
Так на ЗИЛ-157К система регулирования давления в шинах обеспечивает возможность снижения давления в шинах на ходу, что улучшает проходимость автомобиля по мягкому грунту, позволяет осуществлять контроль за состоянием шин и сохранять подвижность при поврежденной шине (см., Рис. 94. Вокрачко Ю.Г. «Учебник военного водителя второго класса» - Москва: Воениздат, 1963 - с. 376; http://motorzlib.ru).
Колесные узлы автомобиля ГА3-66 также оснащены системой регулирования давления воздуха в шинах (см., Беспалько, В.П.; Ерецкий, М.И.; Розен, З.В. Практикум по автомобилю Учебное пособие для учеников старших классов, 1971 г.; Изд-во: М.: Просвещение).
В цапфе Урал-375Д выполнен канал для подвода воздуха к шинам (см. стр. 124 Рис. 50 Автомобиль Урал-375Д. Инструкция по эксплуатации. Коллектив авторов, Издательство: Внешторгиздат, 1978 - с. 212; http://kniga-avto.ru/k1/lava-4/ardannye-sharniry-ravnykh-uglovykh-skorostei.html).
Колесный узел автогрейдера Д3-98 (см., сайт http://stroy-technics.ru/article/vedushcie-mosty-avtogreiderov, Рис. 19) содержит передачу с шестернями внутреннего зацепления. Ведомая шестерня колесного редуктора с помощью вала-ступицы передает крутящий момент на ведущие колеса, при этом колесные тормоза установлены между полуосью и ведущей шестерней колесного редуктора. Вал-ступица установлен на двух подшипниках, опирающихся на корпус колесного редуктора и корпус колесного тормоза. В валу-ступице предусмотрены сверления и установлены ниппель и манжета для подвода воздуха централизованной подкачки шин. Смазываются шестерни и подшипники ведущего моста разбрызгиванием из масляных ванн в балке моста и корпусе колесного редуктора. Такая конструкция сложна и обладает значительной массой, что увеличивает стоимость ее изготовления.
Известны технические решения, в которых подвод воздуха осуществлен через канал в цапфе и/или ступице (см., например, US 2693841). Целая система таких воздухоподводящих каналов выполнена в US 2944579 и 2976906. Система подкачки шин самолета по US 3362452 помимо канала в цапфе имеет несколько регулировочных клапанов, что, впрочем, целесообразно для летательного аппарата. В US 3705614 воздух через каналы в цапфе подходит к установленной между подшипниками муфте с уплотнениями, через которую затем подводится к вращающейся шине. Подобным образом выполнена автоматическая система подкачки по ЕР 0071278, US 4470506 и US 4932451. Более компактно выполнена система по US 4498709, в которой нет дополнительных элементов (муфт), а уплотнения установлены непосредственно в ступице, так же как и в DE 29814565.
Аналогичное US 3705614 техническое решение применено и в системе подвода воздуха к шинам по RU 111479. Она содержащей корпус, проходящий через него воздухопроводящий канал, связанные с ним пневмолинии подвода и передачи рабочей среды от источника к шине, колесный клапан и уплотнительные элементы. Выполнение воздухопроводящего канала в цапфе и ступице колеса, установка уплотнения между подшипниками и снабжение пневмолинии подвода рабочей среды гибким шлангом для соединения с источником рабочей среды не требует увеличения размера полуоси для компенсации прочностных характеристик, и делает конструкцию устройства более компактной, однако, при этом снижается удобство технического обслуживания и ремонта, в эксплуатации автомобиля.
Рациональнее выполнен подвод воздуха к ступице в US 4434833, 4825925 и DE 10064231, однако это не всегда возможно осуществить в силу компоновочных особенностей колесного узла. Двухскатной ошиновкой продиктована конструкция системы подкачки в US 4582107. Сложная система каналов, уплотнений и клапанов использована в US 4705090 и WO 9216384. Герметизацию системы подкачки по JP 3104703, US 5236028, 5354391 и 5535516 обеспечивают уплотнения, интегрированные в подшипниковые опоры, что увеличивает их стоимость, и стоимость системы в целом. Удобство размещения колесного крана определяет выполнение канала для подвода воздуха во всю длину ступицы по US 4733707. Сложны и дороги уплотнения в системах подкачки по ЕР 0308256 и US 4892128, более просто выполнена установка уплотнений в US 6145558. А система по US 5080156 сложна в изготовлении и малонадежна.
Существуют технические решения, в которых подвод воздуха к шине осуществляется через полый вал, как например, в системе накачивания шин грузовика по US 2931414. В устройствах дистанционного регулирования давления по US 4019552 и GB 1521375 изменение давления в шине, соединенной с диском колеса, происходит при воздействии источника давления через полый вал на диафрагму.
Через полый ведомый вал колесного редуктора организован подвод воздуха к шине в US 4641698 (данная конструкция применяется, в частности, на армейских внедорожниках HMMWV или HUMMER компании AM General).
Помимо регулирования давления в US 5221381 система подкачки через сверление в колесном диске обеспечивает еще и легкое разбортирование шины, однако стоимость изготовления такого диска велика, а применимость - ограничена.
Не всегда возможно обеспечить точное центрирование элементов системы подкачки по WO 2004080729 и исключить действующие с большой частотой нагрузки от колебаний вращающейся ступицы относительно цапфы, вызванных упругими деформациями ступицы и цапфы под действием нагрузок на колесо, люфтами в подшипниках ступицы и биением гнезд уплотнений.
Ступенчатость полуоси в техническом решении по ЕР 2181866 продиктована удобством выполнения в ней канала для подвода воздуха к шине.
Безшланговая система передачи воздуха в шину по RU 61641, содержит воздухопроводящий узел, связанный пневмолиниями с источником рабочей среды и полостью шины и уплотнительные элементы. Хотя выполнение воздухопроводящего узла в виде крана, имеющего корпус и два канала, соединенные с пневмолиниями, связывающими с источником рабочей среды и полостью шины, а также размещение воздухопроводящего узла в ободе колеса, позволяет несколько повысить надежность конструкции, однако материалоемкость такой конструкции велика, что приводит к увеличению неподрессоренных масс, ухудшая управляемость.
В устройстве подвода воздуха к шинам транспортного средства по RU 113697, содержащем воздухоподводящую головку, связанную с входным воздушным трубопроводом и с каналом отвода воздуха от головки к шине, воздухоподводящая головка выполнена в виде диска с радиальным сверлением, установленного на ступице колеса через уплотнительные элементы с образованием полости, сообщающейся с каналом отвода воздуха от головки к шине, проходящего через ступицу и фланец полуоси. Хотя в этой конструкции исключена необходимость сверления центрального отверстия в полуоси, что повышает ее надежность, но базирование воздухоподводящей головки по нескольким поверхностям через уплотнительные элементы усложняет конструкцию, что требует применения дорогих современных материалов и технологий для ее изготовления.
Функциональность и целесообразность принесены в жертву достижению поставленной цели в предлагаемой полезной модели по RU 113998, а именно: упрощение конструкции устройства. Необходимость многочисленных манипуляций с устройством при возникновении аварийной ситуации, обилие различных соединительных элементов, а также необходимость закрепления первой трубки 13 на оконном стекле автомобиля посредством фиксатора 12, не добавляют устройству простоты, а его пользователю удобства в эксплуатации.
Не удается добиться повышения надежности и долговечности уплотнений в устройстве подвода воздуха от неподвижной цапфы к вращающейся ступице по RU 2019434. Оно содержит приемный штуцер для подачи воздуха от цапфы к ступице, установленный одним концом в гнезде цапфы на подпятниках, собранных в корпусе с манжетами уплотнения, а другим концом - с зазором в отверстии ступицы. В гнезде ступицы запрессован эластичный гофрированный уплотнитель, закрепленный в зоне его внутреннего диаметра между наружной рифленой поверхностью, выполненной на приемном штуцере, и шайбой, при этом между уплотнителем и стенкой ступицы установлен ограничитель деформации уплотнителя.
Развитие данная конструкция получила в RU 2132283, где применение эластичного гофрированного уплотнителя и обеспечение его перемещения в радиальном направлении в процессе работы, позволило несколько повысить долговечность. Однако эти конструкции полностью не исключают возможность разрушения эластичного гофрированного уплотнителя в зоне внутренней посадочной поверхности, закрепленной между наружной рифленой поверхностью приемного штуцера и шайбой.
На повышение надежности системы регулирования давления воздуха в шинах и упрощение ремонтообслуживания данного узла транспортного средства направлены технические решения по RU 2333843 и RU 2334623.
Система регулирования давления воздуха в шинах транспортного средства по RU 2333843, содержит головку подвода воздуха к шинам, связанную трубопроводами с источником рабочей среды и полостью шины. При этом головка подвода воздуха к шинам установлена на приводе колеса и соединена с полостью шины через сферические уплотнения. Хотя сферические уплотнения, состоящие из двух полусфер, наружной и внутренней, установлены с возможностью взаимного перемещения и образуют герметичные полости, соединение их между собой телескопическими компенсаторами или гибкими трубопроводами, снижает надежность такой системы в целом. Проблему не решает даже то, что центры сферических уплотнений совпадают с центром крестовин карданного вала, а выполнение наружной полусферы из двух частей, соединенных с помощью разборного соединения лишь немного упрощает ремонтообслуживание.
В другом варианте этой системы, крестовины карданного вала выполнены с внутренними центральными воздушными каналами. При этом два канала одной из крестовин связаны соединительными трубопроводами с источником рабочей среды, два канала другой крестовины - с шиной, а каналы обеих крестовин соединены между собой телескопическими компенсаторами или гибкими трубопроводами, что также не может обеспечить повышение надежности этой системы.
Та же задача и подобное техническое ее решение представлено в RU 2334623. Здесь система регулирования давления воздуха в шинах транспортного средства, содержит головку подвода воздуха к шинам, связанную воздушными трубопроводами с источником рабочей среды и полостью шины, при этом головка подвода воздуха к шинам установлена на приводе колеса и выполнена в виде двух соосных втулок, внутренней вращающейся и наружной не вращающейся. Как и в предыдущем документе, тут нет повышения надежности системы регулирования давления воздуха в шинах. Конструкция уплотнительных элементов с образованием закрытой полости, соединенной невращающимся воздушным трубопроводом с источником рабочей среды, а вращающимся воздушным трубопроводом через воздушный канал с полостью шины, к тому же, еще и неработоспособна, т.к. вращающийся воздушный трубопровод 3 (см. описание) в процессе своего вращения задевает нижний рычаг подвески (см. Фиг. 1). А в выполнении крайних уплотнительных элементов головки подвода воздуха с грязезащитной кромкой, просто нет необходимости.
Интегрированный поворотный блок и колпак ступицы по RU 2460650 предназначен для применения в системах накачки шин транспортных средств большой грузоподъемности, таких прицепы или полуприцепы. Поворотный блок интегрирован во внутреннюю область колпака ступицы. Колпак ступицы содержит цилиндрическую боковую стенку и внешнюю стенку, которая выполнена за одно целое с внешним концом боковой стенки и которая проходит в целом перпендикулярно боковой стенке. Колпак ступицы также содержит проходящий радиально фланец, который выполнен изнутри боковой стенки, и содержит крепежные детали для монтажа колпака на ступицу колеса. Поворотный блок смонтирован на внутренней поверхности стенки колпака ступицы и центрирован по оси колеса. Он обеспечивает сообщение рабочей среды системы накачки шин с шинами транспортного средства. Все это облегчает установку поворотного блока, а также его защиту без использования дополнительных устройств на ведомых осях прицепов или полуприцепов, однако такая конструкция малопригодна для применения в колесных узлах ведущих осей транспортных средств.
Известно устройство для подвода воздуха от неподвижной цапфы к вращающейся ступице по RU 117857. Оно содержит картер, крышку колесного редуктора, установленную на подшипниковых опорах ступицу с каналами подвода воздуха, а также ведущую и ведомую шестерни. В корпусе размещены воздухопроводящий канал, связанные с ним пневмолинии подвода и передачи рабочей среды от источника к шине, колесный клапан и уплотнительные элементы. Воздухопроводящий канал выполнен в цапфе и ступице колеса, корпус состоит из неподвижной и вращающейся частей, между которыми установлено уплотнение, состоящее из двух манжет, зафиксированных от осевого перемещения упорными кольцами. Пневмолиния подвода рабочей среды снабжена имеющим возможность свободного перемещения в осевом направлении гибким шлангом для соединения с источником рабочей среды, а пневмолиния передачи среды соединена с наконечником установленным в ступице. Необходимость выполнения нескольких воздухопроводящих каналов в цапфе, безусловно, приводит к ее ослаблению. Установка уплотнений между неподвижной и вращающейся частями корпуса, делают конструкцию компактной, однако, применение нескольких штуцеров усложняют процесс ее сборки и снижают эксплуатационные качества. К тому же необходимость уплотнения многочисленных соединительных элементов не добавляет надежности и герметичности устройству в процессе эксплуатации.
Несмотря на многочисленные приведенные технические решения, совокупность их признаков при использовании не позволяет создать простую конструкцию колесного узла с устройством подвода воздуха к шине при повышении его надежности.
Задача, на решение которой направлено данное техническое решение и достигаемый при этом технический результат заключаются в упрощении конструкции колесного узла с устройством подвода воздуха к шине при повышении его надежности.
Упрощение конструкции колесного узла с устройством подвода воздуха к шине при повышении его надежности обеспечено рациональным выполнением и размещением основных его элементов.
Для этого в колесном узле с устройством подвода воздуха к шине, содержащем картер колесного редуктора, крышку колесного редуктора с установленной на подшипниковых опорах ступицей имеющей каналы подвода воздуха, а также ведущую шестерню, установленную на оси ведущего моста и зацепленную с ведомой шестерней, закрепленной на ведомом валу, ведущая и ведомая шестерни консольно установлены в картере и крышке колесного редуктора соответственно, при этом ведомый вал выполнен полым и разъемно соединен со ступицей.
Консольная установка ведущей и ведомой шестерней в картере и крышке колесного редуктора соответственно при выполнении ведомого вала полым и разъемно соединенным со ступицей, в колесном узле с устройством подвода воздуха к шине, содержащем картер колесного редуктора, крышку колесного редуктора с установленной на подшипниковых опорах ступицей имеющей каналы подвода воздуха, а также ведущую шестерню, установленную на оси ведущего моста и зацепленную с ведомой шестерней, закрепленной на ведомом валу, позволило достичь технического результата, а именно упростить конструкцию колесного узла с устройством подвода воздуха к шине при повышении его надежности, поскольку консольная установка ведущей и ведомой шестерней в картере и крышке колесного редуктора соответственно при выполнении ведомого вала полым и разъемно соединенным со ступицей, рационально и в полной мере отвечает условиям эксплуатации.
Тому же способствует то, что в крышке колесного редуктора выполнены каналы подвода воздуха, совмещенные с каналами ступицы в осевом направлении.
Размещение каналов подвода воздуха крышки колесного редуктора и ступицы между уплотнениями установленными в крышке колесного редуктора и фиксированными в осевом направлении маслоотражающими кольцами повышает надежность колесного узла.
То, что ведомый вал выполнен с радиальными отверстиями, соединяющими его полость с каналами подвода воздуха крышки колесного редуктора и ступицы также способствует достижению технического результата.
Выполнение ведомого вала с проточкой, в которой размещено кольцевое уплотнение, обеспечивает герметичность, что повышает надежность колесного узла;
Тому же служит и оснащение ступицы крышкой, на привалочной поверхности которой установлено уплотнение.
Выполнение радиальных отверстий по крайней мере в одном из маслоотражающих колец, соединенных с маслоподводящими каналами крышки колесного редуктора упрощают подвод масла к подшипникам, что повышает надежность узла в целом.
Изображено на:
Фиг. 1 - Колесный узел с устройством подвода воздуха к шине;
Колесный узел с устройством подвода воздуха к шине, содержит картер 1 (Фиг. 1) колесного редуктора, крышку 2 колесного редуктора с установленной на подшипниковых опорах 3 ступицей 4 имеющей каналы 5 подвода воздуха, а также ведущую шестерню 6, установленную на оси 7 ведущего моста 8 и зацепленную с ведомой шестерней 9, закрепленной на ведомом валу 10. Ведущая 6 и ведомая 9 шестерни консольно установлены в картере 1 и крышке 2 колесного редуктора соответственно, при этом ведомый вал 10 выполнен полым и разъемно соединен со ступицей 4.
Консольная установка ведущей 6 и ведомой 9 шестерней в картере 1 и крышке 2 колесного редуктора соответственно при выполнении ведомого вала 10 полым и разъемно соединенным со ступицей 4, в колесном узле с устройством подвода воздуха к шине, содержащем картер 1 колесного редуктора, крышку 2 колесного редуктора с установленной на подшипниковых опорах 3 ступицей 4 имеющей каналы 5 подвода воздуха, а также ведущую шестерню 6, установленную на оси 7 ведущего моста 8 и зацепленную с ведомой шестерней 9, закрепленной на ведомом валу 10, позволило достичь технического результата, а именно упростить конструкцию колесного узла с устройством подвода воздуха к шине при повышении его надежности, поскольку консольная установка ведущей 6 и ведомой 9 шестерней в картере 1 и крышке 2 колесного редуктора соответственно при выполнении ведомого вала 10 полым и разъемно соединенным со ступицей 4, рационально и в полной мере отвечает условиям эксплуатации.
В крышке 2 колесного редуктора выполнены каналы 11 подвода воздуха, совмещенные с каналами 5 ступицы в осевом направлении. Каналы 11 подвода воздуха крышки 2 колесного редуктора и ступицы 4 размещены между уплотнениями 12, установленными в крышке 2 колесного редуктора и фиксированными в осевом направлении маслоотражающими кольцами 13. Ведомый вал 10 выполнен с радиальными отверстиями 14, соединяющими его полость 15 с каналами 11 подвода воздуха крышки 2 колесного редуктора и каналами 5 ступицы 4. Ведомый вал 10 выполнен с проточкой 16, в которой размещено кольцевое уплотнение 17. Ступица 4 оснащена крышкой 18, на привалочной поверхности 19 которой установлено уплотнение 20. В маслоотражающем кольце 13 выполнены радиальные отверстия 21, соединенные с маслоподводящими каналами 22 крышки 2 колесного редуктора.
Колесный узел с устройством подвода воздуха к шине функционирует следующим образом.
Крутящий момент от двигателя через ведущую шестерню 6, установленную на оси 7 ведущего моста 8 вращает ведомую шестерню 9, закрепленную на ведомом валу 10. При этом подвод воздуха от неподвижного крышки 2 колесного редуктора, к вращающейся на подшипниковых опорах 3 ступице 4 и разъемно соединенному с ней полому ведомому валу 10 выполнен через каналы 11, совмещенные в осевом направлении с каналами 5 ступицы. Герметичность обеспечена уплотнениями 12, установленными в крышке 2 колесного редуктора и фиксированными в осевом направлении маслоотражающими кольцами 13. Через канал 5 воздух поступает в полость 15 через радиальные отверстия 14, герметичность при этом обеспечена кольцевым уплотнением 17 размещенным в проточке 16 ведомого вала 10 и уплотнением 20 установлено на привалочной поверхности 19 крышки 18, соединенной со ступицей 4. Радиальные отверстия 21 в маслоотражающем кольце 13 соединенные с маслоподводящими каналами 22 крышки 2 колесного редуктора обеспечивают подвод масла к подшипниковым опорам 3.