КАРДАННЫЙ ВАЛ С ЗАЩИТНЫМ УСТРОЙСТВОМ ПОДВИЖНОГО ШЛИЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ
DRIVE SHAFT WITH SLOTTED JOINT PROTECTOR

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а в частности к устройствам защиты соединений подвижных частей валов транспортных средств.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является карданный вал, заявка CN №102748404, МПК B60K 17/22, F16D 3/16, F16D 15/08 публикация 24.10.2012. г., содержащий три крестовины, жесткий валик между первой и второй крестовиной, а также валик с изменяемой длиной между второй и третьей крестовиной, состоящий из соединенных посредством шлицевого соединения корпуса (в виде трубы) и штока (в виде стержня). Корпус выполнен с внутренними шлицами и жестко соединен со второй крестовиной, а шток выполнен с наружными шлицами и жестко соединен с третьей крестовиной. Карданный вал содержит защитное устройство подвижного шлицевого соединения валика с изменяемой длиной, которое выполнено в виде чехла, имеющего гофрированный участок, соединенного с установочными участками большего и меньшего диаметров на его концах, установленными соответственно на посадочных участках корпуса и штока валика с фиксацией на этих участках хомутами. Чехол выполнен с одинаковым наружным диаметром гофр гофрированного участка. В плоскости любого сечения чехла, по его продольной оси симметрии, вершины гофр гофрированного участка и впадины в соединениях гофр выполнены остроконечными с очень малым радиусом закруглений. Установочные участки большего и меньшего диаметров чехла выполнены с ровными внутренними поверхностями. Посадочные участки корпуса и штока валика с изменяемой длиной выполнены с ровными наружными поверхностями, ограниченными кольцевыми торцевыми выступами. Посадочный участок на корпусе валика под установочный участок большего диаметра чехла выполнен с небольшим отступом от конца корпуса таким образом, что над корпусом валика расположена одна третья часть общего чехла гофр. Стенки крайних гофр чехла, соединенные с его установочными участками большего и меньшего диаметров, расположены под наклонным углом относительно проходящих через вершины этих гофр плоскостей, перпендикулярных к продольной оси симметрии чехла.
Недостатки данного технического решения
Рассматриваемый карданный вал с защитным устройством подвижного шлицевого соединения недостаточно надежен, особенно при работе его в более тяжелых условиях, например, при применении его в транспортных средствах повышенной проходимости, где большие хода подвески требуют большие осевые перемещение валика с изменяемой длиной, а его защитное устройство недостаточно эффективно:
- во-первых, геометрия гофрированного участка чехла, а именно выполнение вершин гофр и впадин в соединениях гофр остроконечными, ведет к смятию гофр даже при не очень больших его растяжениях, а на больших оборотах вала - ведет к раздуванию чехла, что ускоряет износ чехла, приводя к преждевременному появлению трещин, нарушающих герметизацию внутреннего пространства под чехлом и ухудшающих надежность шлицевого соединения валика с изменяемой длиной;
- во-вторых, конструктивное выполнение образующих стенок крайних гофр чехла, соединенных с его установочными участками, наклонными также способствует легкому началу смятия гофр, начиная с этих крайних гофр, даже при не очень больших растяжениях чехла, а значит, к таким же последствиям, как показаны в предыдущем пункте;
- в третьих, из-за того, что гофрированный участок чехла содержит малое количество гофр, т.е. этот участок имеет малую длину относительно длины шлицевой части штока (шлицевая часть штока предусматривает определенное максимальное осевое перемещение его в корпусе валика), максимально возможное выдвижение штока из корпуса затруднено в результате того, что чехол будет этому препятствовать с возникновением в его гофрах повышенных напряжений, и при стремлении к максимальным выдвижениям штока из корпуса может сминаться и зажевываться, а это все с течением времени, особенно в тяжелых условиях интенсивной эксплуатации, может привести к трещинам в чехле, сдвигу его установочных участков с посадочных участков корпуса и штока валика, т.е. к нарушению герметизации внутреннего пространства под чехлом, а значит, к ухудшению надежности шлицевого соединения валика с изменяемой длиной.
Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении надежности карданного вала за счет повышения надежности защитного устройства его подвижного шлицевого соединения.
Указанный технический результат достигается тем, что в карданном вале с защитным устройством подвижного шлицевого соединения, включающим по меньшей мере два шарнира и подвижный валик, содержащий соединенный с одним из шарниров корпус с внутренними шлицами и соединенный с другим из шарниров шток с наружными шлицами, расположенный в корпусе подвижного валика с образованием шлицевого соединения, которое герметизировано посредством защитного устройства, выполненного в виде чехла, имеющего гофрированный участок с сопряженными посредством впадин гофрами одинакового наружного диаметра по их вершинам и сопряженного наружными стенками крайних первого и последнего гофр с установочными участками большего и меньшего диаметра чехла соответственно, установленными на посадочных участках корпуса и штока подвижного валика с фиксацией на этих участках хомутами,
согласно изобретению в сечении чехла по его продольной оси симметрии вершины гофр и впадины гофрированного участка выполнены радиусными с одинаковой толщиной между собой и с сопряженными между ними стенками, к тому же радиусы вершин гофр и впадин по их средним линиям практически одинаковы между собой по величине, а на посадочных участках корпуса и штока подвижного валика выполнено по меньшей мере по одной кольцевой канавке, в которых расположены кольцевые бурты соответственно установочных участков большего и меньшего диаметров чехла, внутренняя же образующая наружной стенки крайнего последнего гофра расположена с наклоном наружу под углом от от 1° до 4° относительно перпендикуляра к продольной оси симметрии чехла и выполнена с плавно увеличивающимся утолщением в направлении к сопряженному с ней установочному участку меньшего диаметра чехла, причем посадочный участок на соединенном с шарниром корпусе подвижного валика расположен относительно этого шарнира и конца корпуса подвижного валика - ближе к этому шарниру.
В частном случае выполнения, как показано на чертежах, чехол защитного устройства подвижного шлицевого соединения карданного вала выполнен из синтетического эластомера.
В частном случае выполнения, как показано на чертежах, внутренняя образующая наружной стенки крайнего первого гофра гофрированного участка чехла защитного устройства подвижного шлицевого соединения карданного вала расположена с наклоном наружу под некоторым углом относительно перпендикуляра к продольной оси симметрии чехла и выполнена с увеличивающимся утолщением в направлении к сопряженному с ней установочному участку большего диаметра чехла.
В частном случае выполнения, как показано на чертежах, на посадочном участке корпуса подвижного валика карданного вала выполнены две кольцевых канавки, в которых расположены кольцевые бурты установочного участка большего диаметра чехла.
В частном случае выполнения, как показано на чертежах, на посадочном участке штока подвижного валика карданного вала выполнены три кольцевых канавки, в которых расположены кольцевые бурты установочного участка меньшего диаметра чехла.
В частном случае выполнения, как показано на чертежах, большая часть гофр гофрированного участка защитного устройства подвижного шлицевого соединения карданного вала, при максимально задвинутом положении штока в корпус подвижного валика, охватывает корпус валика.
В частном случае выполнения, как показано на чертежах, на конце корпуса подвижного валика карданного вала расположен ограничитель выхода штока из корпуса, выполненный в виде отогнутых выступов, образованных за одно целое с корпусом.
В частном случае выполнения, не показано на чертежах, ограничитель выхода штока из корпуса подвижного валика карданного вала может быть выполнен в виде шайбы, установленной на корпусе.
Сравнение заявляемого технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета показывает, что совокупность существенных признаков этого решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предлагаемое решение имеет признаки, отсутствующие в известных решениях, а их использование в заявляемой совокупности признаков дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.
Предложенное техническое решение промышленно применимо, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где приведено:
Фиг.1 - защитное устройство подвижного шлицевого соединения карданного вала, общий вид;
Фиг.2 - чехол защитного устройства подвижного шлицевого соединения карданного вала, отдельный вид;
Фиг.3 - вид А на фиг.1;
Фиг.4 - вид Б на фиг.1;
Фиг.5 - вид В на фиг.2.
Карданный вал 1 с защитным устройством 2 подвижного шлицевого соединения 3 включает, в случае, показанном на чертежах, два шарнира 4, 5 и подвижный валик 6, содержащий соединенный с одним из шарниров 4 корпус 7 с внутренними шлицами 8 и соединенный с другим из шарниров 5 шток 9 с наружными шлицами 10, расположенный в корпусе 7 подвижного валика 6 с образованием шлицевого соединения 3, которое герметизировано посредством защитного устройства 2, выполненного в виде чехла 11, имеющего гофрированный участок 12 с сопряженными посредством впадин 13 гофрами «Г» одинакового наружного диаметра «D» по их вершинам 14 и сопряженного наружными стенками 16 и 17 крайних первого 18 и последнего 19 гофр «Г» с установочными участками большего 20 и меньшего 21 диаметра чехла 11 соответственно, установленными на посадочных участках 22 и 23 корпуса 7 и штока 9 подвижного валика 6 с фиксацией на этих участках хомутами 24 и 25 соответственно.
В сечении чехла 11 по его продольной оси симметрии L вершины 14 гофр «Г» и впадины 13 его гофрированного участка 12 выполнены радиусными с одинаковой толщиной «S» между собой (т.е. вершины 14 гофр «Г» и впадины 13 выполнены одинаковой толщины «S») и с сопряженными между ними стенками 26 и 27 (т.е. вершины 14, впадины 13 и сопряженные с ними стенки 26 и 27 гофр «Г» выполнены одинаковой толщины «S») (см. фиг.5).
1
2
Радиусы «R» вершин 14 гофр «Г» и радиусы «R» впадин 13 по их средним линиям «N» практически одинаковы между собой по величине.
На посадочных участках 22 и 23 корпуса 7 и штока 9 подвижного валика 6 выполнено по меньшей мере по одной кольцевой канавке 28 и 29 соответственно, в которых расположены кольцевые бурты 30 и 31 соответственно установочных участков большего 20 и меньшего 21 диаметров чехла 11.
В частном случае выполнения, как показано на чертежах, на посадочном участке 22 корпуса 7 подвижного валика 6 карданного вала 1 выполнены две кольцевых канавки 28, в которых расположены кольцевые бурты 30 установочного участка большего 20 диаметра чехла 11, а на посадочном участке 23 штока 9 подвижного валика 6 карданного вала 1 выполнены три кольцевых канавки 29, в которых расположены кольцевые бурты 31 установочного участка меньшего 21 диаметра чехла 11.
1
Внутренняя же образующая 32 наружной стенки 17 крайнего последнего 19 гофра «Г» расположена с наклоном наружу под углом «α» от 1° до 4° относительно перпендикуляра «P» к оси симметрии «L» чехла 11 и выполнена с плавно увеличивающимся утолщением 33 в направлении к сопряженному с ней установочному участку меньшего диаметра 21 чехла 11 (см. фиг.2, 4).
Посадочный участок 22 на соединенном с шарниром 4 корпусе 7 подвижного валика 6 расположен относительно этого шарнира 4 и конца 34 корпуса 7 подвижного валика 6 - ближе к этому шарниру 4.
В частном случае выполнения, как показано на чертежах, чехол 11 защитного устройства 2 подвижного шлицевого соединения карданного вала 1 выполнен из синтетического эластомера.
2
В частном случае выполнения, как показано на чертежах, внутренняя образующая 35 наружной стенки 16 крайнего первого гофра 18 гофрированного участка 12 чехла 11 защитного устройства 2 подвижного шлицевого соединения карданного вала 1 расположена с наклоном наружу под некоторым углом «β» относительно перпендикуляра «P» к продольной оси симметрии «L» чехла 11 и выполнена с увеличивающимся утолщением в направлении к сопряженному с ней установочному участку большего диаметра 22 чехла 11 (см. фиг.2, 3).
В частном случае выполнения, как показано на чертежах, большая часть гофр «Г» гофрированного участка 12 защитного устройства 2 подвижного шлицевого соединения карданного вала 1, при максимально задвинутом положении штока 9 в корпус 7 подвижного валика 6, охватывает корпус 7 подвижного валика 6.
В частном случае выполнения, как показано на чертежах, на конце 34 корпуса 7 валика 6 карданного вала 1 расположен ограничитель выхода 36 штока 9 из корпуса 7, выполненный в виде отогнутых выступов, образованных за одно целое с корпусом 7.
В частном случае выполнения, не показано на чертежах, ограничитель выхода 36 штока 9 из корпуса 7 подвижного валика 6 карданного вала 1 может быть выполнен в виде шайбы, установленной на корпусе 7.
Сборка карданного вала 1 с защитным устройством 2 подвижного шлицевого соединения 3 заключается в следующем.
На посадочный участок 23 штока 9 подвижного валика 6 карданного вала 1 надевают установочный участок 21 меньшего диаметра чехла 11 с расположением трех кольцевых буртов 31 последнего в трех кольцевых канавках 29 посадочного участка 23 штока 9 и фиксируют участок 21 чехла 11 на участке 23 штока 9 хомутом 25.
Далее в предварительно закрытую заглушкой 37 полость корпуса 7 подвижного валика 6 закладывают смазку.
Затем шток 9 с наружными шлицами 10 располагают в корпусе 7 подвижного валика 6 с образованием шлицевого соединения 3. Далее «левый» (на чертежах) конец чехла 11 с установочным участком 20 большего диаметра отводят вправо, т.е. сжимают чехол 11 к его установочному участку 21 меньшего диаметра таким образом, что освобождается от чехла 11 конец 34 корпуса 7 подвижного валика 6, после чего отгибаются выступы ограничителя выхода 36 штока 9 из корпуса 7.
Потом чехол 11 отпускают, устанавливают его установочный участок 29 на посадочном участке 22 корпуса 7 и фиксируют установочный участок 29 чехла 11 на участке 22 корпуса 7 хомутом 24.
Работа конструкции карданного вала 1 с защитным устройством 2 подвижного шлицевого соединения 3 в эксплуатации заключается в следующем.
Крутящий момент, например, от коробки передач транспортного средства передается на шарнир 4 карданного вала 1 и через соединенный с ним корпус 7 подвижного валика 6 на шток 9, посредством их шлицевого соединения 3, которое герметизировано посредством защитного устройства 2, и далее на шарнир 5, а с него на ведущий мост транспортного средства. В процессе движения транспортного средства ведущий мост перемещается, а следовательно, шток 9 и корпус 7 подвижного валика 6 взаимодействуют посредством шлицевого соединения 3 (шток 9 и корпус 7 перемешаются относительно друг друга), при этом чехол 11, надежно установленный посредством своих установочных участков 20 и 21 соответственно на посадочных участках 22 и 23 корпуса 7 и штока 9 подвижного валика 6, надежно герметизирует данное подвижное шлицевое соединение 3 и позволяет без снижения надежности защитного устройства 2 перемещаться относительно друг друга штоку 9 и корпусу 7 подвижного валика 6 карданного вала 1 на всю допустимую длину.
1
Таким образом, за счет выполнения в сечении чехла по его продольной оси симметрии вершин гофр и впадин гофрированного участка радиусными с одинаковой толщиной между собой и с сопряженными между ними стенками, к тому же радиусы вершин гофр и впадин по их средним линиям практически одинаковы между собой по величине, и выполнение посадочных участков корпуса и штока подвижного валика по меньшей мере имеющими по одной кольцевой канавки, в которых расположены кольцевые бурты соответственно установочных участков большего и меньшего диаметров чехла, а также выполнение внутренней образующей наружной стенки крайнего последнего гофра расположенной с наклоном наружу под углом от 1° до 4° относительно перпендикуляра «P» к продольной оси симметрии чехла и выполненной с плавно увеличивающимся утолщением в направлении к сопряженному с ней установочному участку меньшего диаметра чехла, и выполнение посадочного участка на соединенном с шарниром корпусе подвижного валика расположенным относительно этого шарнира и конца корпуса - ближе к этому шарниру, технический результат, направленный на повышение надежности карданного вала, в заявляемом техническом решении достигается.