ОПОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСМИССИИ АВТОМОБИЛЯ
AUTOMOTIVE TRANSMISSION SUPPORT

Изобретение относится к опорному устройству для трансмиссии автомобиля, в частности грузового автомобиля, тип которого раскрыт в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
В документе DE 102005027082 A1 раскрыто опорное устройство для автомобилей, содержащее два подшипника качения, наружные кольца которых установлены в корпусе, а внутренние кольца установлены на валу, и натяжной механизм для закрепления наружных колец относительно внутренних колец в осевом направлении. Натяжной механизм содержит промежуточный элемент, позволяющий изменять предварительный натяг подшипников качения, изменяя в зависимости от нагрузки свою толщину. В качестве примера приведено исполнение указанного промежуточного элемента в качестве пьезоэлемента с электрическим управлением.
Для таких исполнительных органов, а также для исполнительных механизмов другого рода, например механических или гидравлических, необходимы управление и вспомогательное энергоснабжение, что нежелательным образом увеличивает сложность и, следовательно, затраты.
Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы представить опорное устройство описанного в начале типа, характеризующееся низкой сложностью и низкой стоимостью.
Эту задачу решают посредством опорного устройства для трансмиссии автомобиля, в частности грузового автомобиля, обладающего признаками пункта 1 формулы изобретения. Преимущественные варианты осуществления с целесообразными и нетривиальными усовершенствованиями изобретения раскрыты в зависимых пунктах.
Опорное устройство согласно настоящему изобретению для трансмиссии автомобиля по меньшей мере с одним валом, с жестко соединенным с валом приводом и по меньшей мере с одним кольцом подшипника вала, на которое посредством натяжного устройства может воздействовать сила в осевом направлении вала, причем сила может воздействовать на кольцо подшипника в осевом направлении вала посредством натяжного устройства в результате кручения привода относительно кольца подшипника.
Вал опорного устройства согласно изобретению может быть приведен в движение указанным приводом. В зависимости от крутящего момента, подаваемого с привода на вал, происходит кручение участка вала, через который этот крутящий момент поступает в вал, относительно располагающегося ниже по направлению этого потока момента участка вала, на котором установлено кольцо подшипника вала, например, соединенное без возможности вращения с валом. Иными словами, это означает, что происходит кручение тела вала, то есть вал подвергают скручивающей нагрузке, в зависимости от величины подаваемого с привода на вал крутящего момента. Это также означает, что в результате возникает кручение привода относительно кольца подшипника вала, причем аналогично в зависимости от величины подаваемого крутящего момента. В результате указанного кручения привода относительно кольца подшипника можно посредством натяжного устройства приложить к кольцу подшипника усилие в осевом направлении, в силу чего возникает возможность предварительного натяга подшипника, содержащего указанное кольцо подшипника, в зависимости от величины прилагаемого и поступающего в вал крутящего момента.
Указанный подшипник содержит, например, не только упомянутое кольцо подшипника, выполненное, например, в виде соединенного без возможности вращения с валом внутреннего кольца подшипника, но также и соответствующее наружное кольцо подшипника, причем внутреннее кольцо и наружное кольцо подшипника упираются друг в друга при помощи опорных тел, в частности тел качения, например конических роликов. Таким образом, вследствие воздействия силы на кольцо подшипника, выполненного в виде внутреннего кольца подшипника, существует возможность создать натяг внутреннего кольца подшипника относительно наружного кольца, в силу чего можно создать осевой предварительный натяг подшипника в зависимости от величины подаваемого крутящего момента.
Представленное натяжное устройство опорного устройства согласно настоящему изобретению, таким образом, не нуждается в каких-либо подлежащих регулировке и потребляющих энергию исполнительных органах. Следовательно, опорное устройство согласно настоящему изобретению характеризуется не только низкой сложностью, малым количеством деталей и связанными с этим низкими затратами, но также и малой массой, что благоприятно сказывается на энергопотреблении автомобиля при эксплуатации. Кроме того, ввиду малой сложности вероятность выхода опорного устройства согласно настоящему изобретению из строя следует признать чрезвычайно низкой.
Описанное кручение участков вала относительно друг друга происходит вследствие эластичности вала или тела вала, причем этот эффект используют для формирования необходимого осевого предварительного натяга подшипника.
2
Указанный предварительный натяг подшипников, зависимый от крутящего момента, снижает потери мощности на подшипнике, особенно в области низких и средних значений крутящего момента, в результате чего опять же дополнительно снижается потребность автомобиля в энергии для его эксплуатации. Если приводной агрегат для приведения автомобиля в действие выполнен в виде силового агрегата внутреннего сгорания, то это дополнительное снижение означает значительное снижение потребления топлива, а также снижение выбросов CO. Кроме того, в сравнении с известными опорными устройствами возможно снижение потерь мощности на подшипнике на величину до 30%, что повышает коэффициент полезного действия опорного устройства.
Помимо того факта, что отсутствует необходимость в каких-либо дополнительных датчиках и/или управляющих приборах, опорное устройство согласно настоящему изобретению обладает тем преимуществом, что оно нуждается лишь в очень малом конструктивном пространстве, а также требует лишь минимальных изменений уже имеющихся деталей, и его, таким образом, можно практически без затрат времени и средств на изменения интегрировать в уже имеющиеся детали. Кроме того, возможно дооснащение опорным устройством согласно настоящему изобретению уже имеющихся систем.
В предпочтительном варианте осуществления натяжное устройство содержит по меньшей мере одну относящуюся к приводу и по меньшей мере на некотором участке выполненную по существу в виде скоса управляющую деталь, а также соответствующую ей по меньшей мере одну относящуюся к элементу подшипника и по меньшей мере на некотором участке выполненную преимущественно в виде скоса исполнительную деталь, причем управляющая деталь и исполнительная деталь взаимодействуют посредством по меньшей мере одной промежуточной детали, в частности тела качения. Целесообразно, чтобы привод с управляющей деталью, а также кольцо подшипника с исполнительной деталью были выполнены в виде одного изделия, что снижает количество деталей и таким образом удерживает стоимость опорного устройства на невысоком уровне. В каждом случае скосы выполнены, например, по меньшей мере по существу параллельно радиальному направлению. Благодаря этому относительное кручение вала или участков вала и, следовательно, кручение привода относительно кольца подшипника можно полностью преобразовать в осевое силовое воздействие на кольцо подшипника вала и, соответственно, в осевое движение кольца, благодаря чему реализуется зависимый от крутящего момента и, следовательно, соответствующий потребности предварительный натяг подшипника. Тело качения, посредством которого взаимодействуют управляющая деталь и исполнительная деталь, выполнено, например, в виде цилиндрического ролика, благодаря чему можно передавать большие осевые усилия.
Следует отметить, что вал закреплен, например, в корпусе, например, посредством по меньшей мере двух подшипников, причем оба подшипника включают в себя описанное внутреннее кольцо подшипника, соединенное с валом без возможности вращения, а также соответствующее наружное кольцо подшипника, причем наружное кольцо подшипника, например, закреплено в корпусе. Эти подшипники представляют собой, например, конические роликовые подшипники, которые размещены по известной «X»-образной или «O»-образной схеме или по другой схеме. Кроме того, опорное устройство согласно настоящему изобретению можно применять с подшипниками качения любого вида, которые должны без люфта, эффективным образом передавать осевые и радиальные усилия. Для этого, как правило, необходим предварительный натяг подшипников, который, как это описано, способно простым образом обеспечить опорное устройство согласно настоящему изобретению.
Указанный предварительный натяг подшипников обеспечивает оптимальное использование несущей способности подшипников во всех рабочих положениях, что позволяет избежать люфта подшипников и перекоса вала, а также компенсирует тепловое расширение.
Необходимый или желательный предварительный натяг подшипников, то есть величина силы, воздействующей в осевом направлении вала, определяют, например, экспериментальным путем и обычно точно задают с помощью распорных шайб. При этом величина предварительного натяга подшипников подобрана для соответствия максимально возникающей нагрузке. Это вызывает дополнительную нагрузку на подшипники и увеличивает зависящие от крутящего момента потери мощности по всему диапазону применения. Применение исполнительного механизма, например в форме исполнительного органа, для целенаправленного предварительного натяга подшипников в зависимости от крутящего момента снижает предварительный натяг при частичной нагрузке и увеличивает коэффициент полезного действия, но обладает уже описанными недостатками.
Опорное устройство согласно настоящему изобретению преодолевает недостатки, присущие указанному активному исполнительному механизму, а также недостатки, выражающиеся в повышенной потере мощности на подшипниках по всему диапазону применения.
Предпочтительно, чтобы управляющая деталь была расположена на торцевой поверхности привода, обращенной к кольцу подшипника, а исполнительная деталь была расположена на торцевой поверхности кольца подшипника, обращенной к приводу. Это позволяет передавать усилие эффективным и прямым образом, а также минимизирует потребность в конструктивном пространстве для опорного устройства согласно настоящему изобретению.
Прочие признаки, преимущества и подробности настоящего изобретения следуют из приводимого ниже описания предпочтительного варианта осуществления, а также из чертежей. Упомянутые выше в описании признаки и сочетания признаков, а также упомянутые ниже в описании чертежей и/или показанные только на чертежах признаки и сочетания признаков в каждом случае применимы не только в описанных сочетаниях, но и в других сочетаниях, без выхода за пределы объема настоящего изобретения.
На чертежах представлено следующее:
на фиг.1 представлен вид в перспективе одного варианта осуществления опорного устройства согласно настоящему изобретению;
на фиг.2 представлено схематическое изображение в продольном разрезе опорного устройства согласно фиг.1; и
на фиг.3 представлены два схематических изображения для пояснения принципа работы опорного устройства согласно предыдущим фигурам.
На фиг.1 представлено опорное устройство 10 трансмиссии автомобиля с оснащенным приводной шестерней 12 валом 14, который жестко соединен с приводом в форме соединительного фланца 16. При этом жесткое соединение вала 14 с соединительным фланцем 16 реализовано посредством зубчатого зацепления 18, через которое при приведении грузовика в движение силовым агрегатом внутреннего сгорания возможна передача крутящего момента от соединительного фланца 16 на вал 14, который в свою очередь через приводную шестерню 12 приводит в движение дифференциальный механизм заднего моста.
Вал 14 расположен в представленном в разрезе корпусе 20 с опорой на первый конический роликовый подшипник 22 и на второй конический роликовый подшипник 24, причем конические роликовые подшипники 22 и 24 размещены по «O»-образной схеме. Соединительный фланец 16, а также конические роликовые подшипники 22 и 24 входят в состав опорного устройства 10.
Конический роликовый подшипник 22 содержит наружное кольцо 28 подшипника, которое жестко закреплено в корпусе 20, а также жестко соединенное с валом 14 внутреннее кольцо 30 подшипника. Наружное кольцо 28 подшипника и внутреннее кольцо 30 подшипника упираются друг в друга при помощи тел качения в форме конических роликов. Конический роликовый подшипник 22 также содержит сепаратор 32, удерживающий конические ролики в заданном положении.
Аналогичным образом устроен конический роликовый подшипник 24, который также содержит жестко закрепленное в корпусе 20 наружное кольцо 34 подшипника, соединенное с валом 14 без возможности вращения внутреннее кольцо 36 подшипника и тела качения в форме конических роликов, а также сепаратор 38.
Если внутреннее кольцо 30 конического роликового подшипника 22 жестко соединено с валом 14, например, прессовой посадкой, то соединение без возможности вращения с валом 14 внутреннего кольца 36 конического роликового подшипника 24 реализовано посредством зубчатого зацепления 40. В зубчатом зацеплении 40 зубцы вала 14 находятся в зацеплении с соответствующими зубцами зубчатой втулки 42, которая жестко соединена с внутренним кольцом 36 подшипника, например сваркой. Это обеспечивает возможность выполнять сдвиг внутреннего кольца 36 подшипника относительно вала 14 в осевом направлении вала 14 в соответствии со стрелкой 44. В радиальном направлении вала 14 между внутренним кольцом 36 подшипника и валом 14 расположена втулка скольжения 46, которая сводит к минимуму трение при сдвиге внутреннего кольца 36 подшипника относительно вала 14 и обеспечивает возможность передавать радиальные силы внутреннего кольца 36 подшипника на вал 14.
Кроме того, в осевом направлении вала 14 в соответствии со стрелкой 44 между внутренним кольцом 30 подшипника и внутренним кольцом 36 подшипника размещена передающая сжимающее усилие втулка 48, которая через соответствующие выступы упирается с одной стороны во внутреннее кольцо 30 подшипника, а с другой стороны упирается во внутреннее кольцо 36 подшипника.
В случае опорного устройства 10 желательна передача осевых усилий, то есть сил, действующих в осевом направлении вала 14 в соответствии со стрелкой 44, без люфта, что требует предварительного натяга подшипников опорного устройства 10 или конических роликовых подшипников 22 и 24 в осевом направлении.
При этом желательно, чтобы при высоких значениях крутящего момента, обеспечиваемого силовым агрегатом внутреннего сгорания и подаваемого через соединительный фланец 16 на вал 14, предварительный натяг подшипников, то есть величина осевого усилия, был высок, в то время как при низких и средних значениях крутящего момента желателен сниженный предварительный натяг подшипников, который положительно сказывается на коэффициенте полезного действия опорного устройства 10.
Для создания такого зависящего от крутящего момента предварительного натяга подшипников, то есть прижатия внутреннего кольца 36 подшипника к наружному кольцу 34 подшипника конического роликового подшипника 24, предусмотрено натяжное устройство 50, посредством которого вследствие кручения соединительного фланца 16 относительно внутреннего кольца 36 подшипника на указанное внутреннее кольцо 36 подшипника в осевом направлении вала 14 в соответствии со стрелкой 44 возможно силовое воздействие и, соответственно, прижатие внутреннего кольца к наружному кольцу 34 подшипника, в результате чего образуется указанный предварительный натяг подшипников.
При этом кручение жестко соединенного с валом 14 соединительного фланца 16 относительно внутреннего кольца 36 подшипника, соединенного без возможности вращения с валом 14, осуществляется из-за того, что происходит кручение участка вала 14, к которому через соединительный фланец 16 прикладывают крутящий момент, в силу эластичности вала 14, относительно располагающегося ниже по направлению этого потока момента участка вала 14. Это означает, что происходит кручение участка вала 14, на котором с валом скреплен соединительный фланец 16, относительно того участка, на котором расположено кольцо 36 подшипника, причем это относительное кручение происходит в зависимости от величины подаваемого крутящего момента. Следовательно, если крутящий момент велик, то относительное кручение велико. Если крутящий момент низок, то кручение менее выражено или отсутствует вовсе.
Указанное относительное кручение вокруг оси вращения вала 14 преобразуется в движение внутреннего кольца 36 подшипника или в воздействие на кольцо силы в осевом направлении вала 14 следующим образом: натяжное устройство 50 содержит принадлежащую к соединительному фланцу 16, выполненную с последним в виде одной детали и по существу имеющую вид скоса управляющую деталь 52, а также соответствующую ей, принадлежащую ко внутреннему кольцу 36 подшипника, выполненную с последним в виде одной детали и по существу имеющую вид скоса исполнительную деталь 54, взаимодействующие друг с другом посредством соответствующих цилиндрических роликов 56.
При этом управляющая деталь 52 расположена на обращенной к внутреннему кольцу 36 подшипника торцевой стороне соединительного фланца 16, в то время как исполнительная деталь 54 расположена на обращенной к соединительному фланцу 16 торцевой стороне внутреннего кольца 36 подшипника. При совместном рассмотрении фиг.3 становится ясно, что при кручении соединительного фланца 16 и, соответственно, управляющей детали 52 относительно внутреннего кольца 36 подшипника и, соответственно, относительно исполнительной детали 54, цилиндрический ролик 56 катится по имеющим вид скосов боковым поверхностям управляющей детали 52 и исполнительной детали 54 и таким образом вызывает движение управляющей детали 52 и исполнительной детали 54 в направлении друг от друга. Поскольку управляющая деталь 52 в осевом направлении вала 14 упирается в соединительный фланец 16, а внутреннее кольцо 36 подшипника через конические ролики и наружное кольцо 34 подшипника упирается в осевом направлении вала 14 в соответствующий уступ 58 корпуса 20, возникает сила, направленная по оси вала 14, являющаяся результатом этого натяжения.
При этом величина натяжения и, следовательно, величина осевого усилия, формирующего предварительный натяг подшипников, зависят от того, насколько смещается цилиндрический ролик 56 вдоль соответствующих боковых поверхностей управляющей детали 52 или исполнительной детали 54 в виде скосов, указанное смещение в свою очередь зависит от величины кручения соединительного фланца 16 относительно внутреннего кольца 36 подшипника. Кручение в свою очередь зависит от величины подаваемого крутящего момента. Чем выше крутящий момент, тем больше перемещение цилиндрического ролика 56 относительно имеющих вид скосов боковых поверхностей и тем выше предварительный натяг подшипников. Это означает, что результатом очень высоких показателей крутящего момента являются очень высокие значения предварительного натяга подшипников. Если крутящий момент уменьшается, то уменьшается также и кручение соединительного фланца относительно внутреннего кольца 36 подшипника и, следовательно, также и предварительный натяг подшипников.
Формированию осевой силы, которая обозначена стрелкой 58, причем кручение соединительного фланца 16 относительно внутреннего кольца 36 подшипника обозначено стрелкой 60, способствует то, что сдвигу внутреннего кольца 36 подшипника по оси относительно вала способствует указанная втулка скольжения 46, благодаря чему усилие, приложенное к внутреннему кольцу 36 подшипника, практически полностью может перейти в предварительный натяг подшипников. Как уже было упомянуто, зубчатое зацепление 40 также позволяет выполнять смещение внутреннего кольца 36 подшипника относительно вала 14.
На фиг.2 еще раз схематично представлено положение дел. При этом цилиндрический ролик 56 проходит, так же как и скосы управляющей детали 52 и исполнительной детали 54, по меньшей мере по существу параллельно радиальному направлению вала 14, соответствующему стрелке 62. Необходимо отметить, что, разумеется, можно предусмотреть или предусмотрено несколько цилиндрических роликов 56, которые удерживаются в надлежащем положении соответствующим сепаратором и распределены по периметру вала 14. При этом каждому такому цилиндрическому ролику 56 соответствует управляющая деталь 52 и исполнительная деталь 54. При этом наклон боковых поверхностей конкретных скосов задает величину силы в осевом направлении, то есть предварительный натяг подшипников, в зависимости от величины кручения соединительного фланца 16 относительно внутреннего кольца 36 подшипника. При этом стрелка 66 на фиг.2 обозначает направление вращения вала 14, а также подачу упомянутого крутящего момента через соединительный фланец 16 на вал 14.