ВАЛ ПРИВОДА

Решение относится к транспортным средствам, их главным приводным валам, оснащенным невыключаемыми муфтами передачи вращательного движения, допускающими возможность относительного перемещения соединяемых деталей и в которых гибкость достигается использованием катящихся элементов, при этом одна полумуфта входит в другую и соединена с ней катящимися элементами, имеющими возможность перемещения по канавкам, оси которых расположены на цилиндрических поверхностях.
Обширна сфера применения невыключаемых муфт. Широко известны шарниры равных угловых скоростей (см. например Проектирование полно приводных колесных машин, т. 2., стр. 133 - М. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана). Среди них заметное место занимают шариковые шарниры с усложненной кинематикой. При изготовлении это связано с дополнительными затратами, а при эксплуатации требует сохранения условий их функционирования, что усложняет конструкцию и снижает надежность.
Многие разработчики относят эти объекты к универсальным шарнирам равных угловых скоростей. В документе FR 2899660 описан шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) без зазора, а в EP 1867885 приведен универсальный шарнир равных угловых скоростей с пересекающимися канавками качения, в GB 2444877 приведен шариковый шарнир равных угловых скоростей. Еще сложнее выполнены универсальные шариковые шарниры по US 7396285 и EP 2339477. Они имеют рабочую канавку с точкой перегиба. Предполагается, что универсальный шариковый шарнир по US 7448952 передает меньшие осевые нагрузки, а универсальный шариковый шарнир по EP 2014941 имеет зафиксированный центральный участок. Безусловно, от каждого элемента шарнира и способа его изготовления зависит работоспособность универсального ШРУСа, что и нашло отражение в документах US 7637819, EP 2143964, также №4401745.
Такие шарниры используют в составе главного приводного вала транспортных средств.
Условия эксплуатации таких валов требуют взаимного продольного перемещения. Это учтено в скользящем универсальном шарнире равных угловых скоростей по WO 2007148481 и EP 1845274, а также в скользящем узле и вале трансмиссии по FR 2904983 и скользящем соединении по FR 2915546. Специфике таких соединений отвечает карданный трансмиссионный вал с оппозитными соединительными поверхностями качения по №4316289, а также приводной шарнирный вал для больших углов изгиба по DE 102007004476. Кинематически связаны с концами вала ШРУСы в приводном вале транспортного средства и способе его сборки по RU 2027923.
На срок службы вала приводного оказывают решающее влияние устройства защищающие кинематически связанные с концами вала шарниры равных угловых скоростей. Это чехол для универсального шарнира равных угловых скоростей по US 7338383, устройства для крепления гармошки по FR 2909426, чехол для шарнира равных угловых скоростей по WO 2008129113 и WO 2008132907, соединительный чехол по JP 4181137,а также чехол для универсального ШРУСа по EP 2000689 и по №4189648, JP 4192765 и JP 4200727.
Не отвечает этим требованиям и гофрированный чехол ШРУСа быстроходного транспортного средства по RU 2216661, в равной степени это относится к защитному кожуху узла заднего кардана по RU 26033. Сложны конструкции валов приводных по US 7635307 и карданного вала с шариковыми шарнирами по FR 2890712. Лишь в отдельных случаях целесообразно размещать элементы шарнира внутри составного передаточного звена, как это выполнено в универсальном ШРУСе для вала приводного по EP 2105621.
Приведенные выше объекты возможно использовать как главный приводной вал транспортных средств, но в них нет простой и надежной конструкции шарниров равных угловых скоростей, производимой с малыми затратами.
Известен привод управляемого колеса по RU 65431, содержащий передаточное звено, оснащенное шариковым ШРУСом и чехлами. В нем использованы шарниры с продольными и сферическими дорожками качения, что усложняет конструкцию и требует дополнительных затрат в производстве. При соосном расположении полумуфт шарниров и торцы расположены в различных радиальных плоскостях, что существенно сокращает эксплуатационные свойства вала промежуточного. Грязезащитные устройства ШРУСов выполнены со многочисленными гофрами, при этом наружные их рукава расположены за плоскостью, проходящей через центры шариков каждого из шарниров, что усложняет конструкцию, снижает ее надежность и требует дополнительных затрат в производстве.
Эта конструкция упрощена в RU 114114,при этом повышена ее надежность, уменьшены затраты на производство. Для этого в вале промежуточном по RU 114114, содержащем передаточное звено, оснащенное ШРУСами с чехлами, внутренняя полумуфта каждого шарнира имеет участок со сферической поверхностью, контактирующей с внутренней поверхностью сепаратора. Упрощение конструкции вала, повышение его надежности, функциональности при уменьшении затрат на производство обеспечено рациональным выполнением элементов ШРУСа и взаимным расположением его составляющих.
Известен приводной вал по RU 72518, содержащий составное передаточное звено, оснащенное ШРУСами, имеющими полумуфты с аксиально расположенными дорожками качения и сепаратор, в окнах которого размещены шарики, контактирующие с поверхностями дорожек качения, и чехлы. Его шарниры оснащены управляющими втулками, установленными на концах звена и имеющими сферические поверхности, контактирующие с внутренними поверхностями соответствующего сепаратора. Наличие дополнительных элементов усложняет конструкцию, снижает надежность и требует дополнительных затрат в производстве. Кроме того, контакт сферической втулки с внутренней поверхностью сепаратора сравнительно далеко расположен от внутренней муфты, что неблагополучно сказывается на функционировании и надежности вала. Наличие втулки приводит к резкому уменьшению продольного размера внутренней полумуфты, а это приводит к ограничению функциональных возможностей вала. Размещение втулок на концах передаточного звена приводит к сокращению составной части, длина которой сокращена к тому же из-за многочисленных гофр чехлов, что увеличивает массу вала, ухудшая его прочностные и динамические свойства.
Этот объект упрощен с повышением надежности при снижении затрат на его производство в валу приводном по RU 113 797, что обеспечено рациональным выполнением и размещением его элементов, в частности ШРУСов. Для этого в вале приводном по RU 113797,содержащем составное передаточное звено, оснащенное ШРУСами, имеющими полумуфты с аксиально расположенными дорожками качения и сепаратор, в окнах которого размещены шарики, контактирующие с поверхностями дорожек качения, и чехлы, на внутренней полумуфте выполнен участок со сферической поверхностью, контактирующий с внутренней поверхностью сепаратора.
Известен принятый за прототип вал привода по RU 2416043, кл. F16D3/16, опубл. 10.04.2011, содержащий вал, имеющий связь с элементами муфт, относительно которых имеют возможность угловых перемещений корпус и приводной фланец, при этом на корпусе и одном из элементов выполнены аксиально расположенные дорожки качения для шариков, размещенных в окнах сепаратора, а также чехол и хомут.
Это устройство содержит резино-металлическую муфту. Ее фланец шлицами соединен с валом, что усложняет конструкцию и снижает надежность ее эксплуатации. Его ШРУС включает в себя полый корпус, имеющий дорожки качения на внутренней цилиндрической поверхности; расположенный внутри корпуса вал с дорожками качения, выполненными на одном из его участков 5; управляющую втулку и шарики. Управляющая втулка установлена на валу за границей его участка с дорожками качения с возможностью скольжения по нему и с возможностью контакта одним из своих торцов с упором, расположенном на вале, а вторым торцом - с торцом участка вала с дорожками качения. Шарики установлены в дорожках качения корпуса и вала, а также в окнах установленного между корпусом и валом сепаратора. Сепаратор имеет на наружной поверхности сферический участок, контактирующий с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, и сферический участок на внутренней поверхности, контактирующий со сферической поверхностью, выполненной на управляющей втулке.
Наличие дополнительных элементов усложняет конструкцию, снижает надежность и требует дополнительных затрат в производстве. Кроме того, контакт сферической втулки с внутренней поверхностью сепаратора сравнительно далеко расположен от внутренней муфты, что неблагоприятно сказывается на функционировании и надежности вала. Наличие втулки приводит к резкому уменьшению продольного размера внутренней полумуфты, а это приводит к ограничению функциональных возможностей вала.
Размещение втулки на конце вала, как и выполнение многочисленных гофр чехлов увеличивает длину и массу вала, ухудшая его прочностные и динамические свойства.
Наличие лишь одного хомута чехла у ШРУСа может привести к утечке смазки из полости шарнира, а это чревато выходом из строя вала.
Задача - упрощение вала привода с повышение надежности его эксплуатации при снижении затрат на производство.
Упрощение вала привода с повышением надежности при снижении затрат на его производство обеспечено рациональным выполнением и размещение его элементов, в частности ШРУСа и его чехла.
Для этого в вале привода содержащем вал, имеющий связь с элементами муфт, относительно которых имеют возможность перемещения корпус и приводной фланец, при этом на корпусе и одном из элементов выполнены аксиально расположенные дорожки качения и в окнах сепаратора размещены шарики, а также чехлы и хомут, вал выполнен с фланцем, на котором закреплена труба с фланцем, между которым и приводным фланцем установлена крестовина.
Выполнение вала с фланцем, на котором закреплена труба с вилкой, между которой и приводным фланцем установлена крестовина в вале, содержащем вал, имеющем связь с элементами муфт, относительно которых имеют возможность углового перемещения корпус и приводной фланец, при этом на корпусе и одном из элементов выполнены аксиально - расположенные дорожки для шариков, размещенных в окнах сепаратора, а также чехол и хомут, позволит упростить вал привода с повышением надежности при снижении затрат на его производство из-за рационального выполнения и размещения его элементов, частности элементов шарнира равных угловых скоростей.
Упрощению вала привода с повышением надежности при снижении затрат на его производство способствует и то, что участок полумуфты со сферической поверхностью, контактирующей с внутренней поверхностью сепаратора, выполнен между цилиндрической поверхностью элемента вала, т.е. внутренней полумуфты, и ее торцом.
Для оптимального совмещения кинематических и динамических характеристик привода вала при соосном расположении полумуфт ШРУСа его торцы по существу расположены в одной радиальной плоскости.
Для увеличения срока службы вала привода к торцу наружной полумуфты ШРУСа прилегает бурт чехла, к плоскости свободной радиальной поверхности которого направлен гофр чехла.
Этому же способствует то, что хомуты чехла по существу продольно совмещены.
Изображено на фиг. 1 - вал привода;
2 - корпус шарнира;
3 - обойма;
4 - сепаратор;
5 - обойма по А-А;
Вал привода содержит вал 1 (фиг. 1). Вал 1 имеет связь с элементами 2 и 3 муфт 4 и 5. Относительно элементов 2 и 3 имеют возможность углового перемещения корпус 6 (фиг. 2), приводной фланец 7. В корпусе 6 выполнены крепежные отверстия 8. На корпусе 6 и элементе 2 муфты 4 - обойме ШРУСа выполнены дорожки качения 9 и 10 (фиг. 3). Дорожки качения 9 и 10 расположены аксиально, т.е. параллельно осям 11 и 12 звеньев ШРУСа. В окнах 13 сепаратора 14 (фиг. 4) размещены шарики 15. Шарики 15 контактируют с поверхностями дорожек качения 9 и 10.Вал привода содержит чехол 16 и хомут 17.
Вал 1 выполнен с фланцем 18.На фланце 18 закреплена труба 19 с вилкой 20.Между вилкой 20 и приводным фланцем 7 установлена крестовина 21.
Выполнение вала 1 с фланцем 18,на котором закреплена труба 19 с вилкой 20,между которой и приводным фланцем 7 установлена крестовина 21,в вале привода, содержащим вал 1,имеющем связь с элементами 2 и 3 муфт 4 и 5, относительно которых имеют возможность углового перемещения корпус 6 и приводной фланец 7, при этом на корпусе 6 из элементов 2 выполнены аксиально расположенные дорожки 9 и 10 для шариков 15,размещенных в окнах 13 сепаратора 14, а также чехол 16 и хомут 17, позволит достичь технического результата - создать простую и надежную конструкцию вала привода, требующего малых затрат на производство.
На внутренней полумуфте - обойме 2 выполнен участок 22 со сферической поверхностью 23. Сферическая поверхность 23 контактирует с внутренней поверхностью 24 сепаратора 14.
Выполнение на внутреннем элементе муфты 4 участка 22 со сферической поверхностью 23,контактирующей с внутренней поверхностью 24 сепаратора 14, в вале привода, охарактеризованном вышеприведенной совокупностью признаков позволит достичь технического эффекта по упрощению его конструкции и повышению надежности при сокращении производственных затрат.
Обойма 2 имеет участок 25 с цилиндрической поверхностью, а участок 22 выполнен между ней и торцом 26 обоймы 2.Поскольку участок 22 со сферической поверхностью 23, контактирующей с внутренней поверхностью 24 сепаратора 14,выполнен между цилиндрической поверхностью элемента 2 муфты 4 и ее торцом 26, динамика взаимодействия шариков 15 с обоймой 2 улучшается, что приводит к повышению надежности вала привода.
Торец 26 при коаксиальном расположении корпуса 6 и обоймы 2 размещен в плоскости торцов 27 и 28 корпуса 6 и сепаратора 14. Так как при соосном расположении полумуфт 2 и 6 их торцы 26 и 27 по существу расположены в одной радиальной плоскости, это позволяет элементам вала широко и надежно раскрываться на большие углы.
Чехол 16 имеет бурт 29 и гофр 30.Бурт 29 чехла 16 прилегает к торцу 27 наружной полумуфты 6. К торцам 26 и 28 направлен гофр 30 чехла 16.Гофр 30 направлен к свободной радиальной поверхности 31 бурта 29.
Чехол 16 оснащен хомутами 17 и 32.Между чехлом 16 и хомутом 17 размещен кожух 33.Хомут 17 и кожух 33 чехла 16 по существу продольно совмещены. Тем самым защитное устройство вала просто и надежно. Функционирует вал приводной так. При приложении вращающего момента к корпусу 6 шарики 15 взаимодействуют с ним и обоймой 2 ШРУСа 4.
Обойма 2 передает вращение валу 1, который передает вращение другому шарниру, его приводному фланцу 7,через фланец 18,трубу 19 с вилкой 20 и крестовину 21.Чехол 16 ограждает от попадания грязи, воды и т.п. Его гофры 30 эффективно воспринимают осевую нагрузку, возникающую при эксплуатации вала привода.
Выполнение вала привода, охарактеризованного выше - совокупностью признаков, позволит достичь технического эффекта по упрощению его конструкции и повышению надежности при сокращении производственных затрат, что подтверждено испытаниями на автомобиле.