КАРДАННЫЙ ВАЛ СО СКОЛЬЗЯЩЕЙ МУФТОЙ
DRIVE SHAFT WITH SLIDING CLUTCH

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к карданным валам, содержащим муфтовое устройство со средствами для гашения колебаний, используемыми для компенсации осевых нагрузок.
Предшествующий уровень техники
В транспортных средствах средства трансмиссии применяются для передачи вращающей силы от двигателя или узлов трансмиссий для вращения одного или более колес. Карданные валы, традиционно применяемые в качестве трансмиссии, включают центральный подшипник и вилку в дополнение к универсальному шарниру и обеспечивают плавную передачу движущей силы между передней и задней частями транспортного средства, независимо от изменений относительного расположения. Ввиду большого передаваемого крутящего момента карданные валы характеризуются высокой жесткостью при кручении и достаточной жесткостью при изгибе.
На свободном конце переднего вала в карданном валу предусмотрена муфта, которая сцеплена непосредственно с двигателем или со связанными с ним элементами. Муфта передает колебания от двигателя или коробки передач на карданный вал посредством компонента, на который она передает вращательное движение. В случаях, когда подобные колебания вызывают удары, крепежные детали оказывают давление на карданный вал.
В документе US7178423 раскрыта конструкция для гашения шума и колебаний для вращающихся элементов, например, узла карданного вала в трансмиссионной системе транспортного средства. Внутренний элемент, гасящий шум и колебания, содержит промежуточный эластомерный элемент, проходящий к внутреннему элементу, и внешний элемент, проходящий к промежуточному эластомерному элементу. Внутренний элемент выполнен из листового материала в любой желаемой форме. Внешний элемент, с другой стороны, выполнен из трубчатого материала длиной, подходящей для обеспечения требуемой частоты гашения.
Краткое описание изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в эффективном ослаблении осевых колебаний внешнего происхождения, передающихся от муфты к карданному валу.
Для достижения вышеуказанной цели настоящее изобретение относится к узлу карданного вала, содержащему удлиненный передний вал, удерживающий элемент, зацепленный с соединительного конца с передним валом с возможностью совместного вращения, и муфтовое устройство, закрепленное на переднем валу посредством удерживающего элемента. Узел карданного вала согласно настоящему изобретению содержит зубчатую деталь, проходящую на соединительном конце, а удерживающий элемент имеет гильзу, которая зацепляется с зубчатой деталью с возможностью скольжения в осевом направлении. Соединительный конец переднего вала поддерживает удерживающую деталь и муфтовое устройство на ней в осевом направлении. С другой стороны, вращение муфты обеспечивается за счет передачи крутящего момента на соединительный конец. Таким образом, осевые нагрузки на карданный вал при использовании приводного узла с муфтовым соединением (например, трансмиссионного соединения) существенно снижаются благодаря подвижной несущей детали на конце переднего вала.
В предпочтительном варианте осуществления зубчатая деталь выполнена в виде множества удлиненных канавок, расположенных на расстоянии друг от друга вокруг периферии соединительного конца. Зубчатая деталь может быть образована посредством канальных форм, состоящих из одинарной канавки, двойной канавки или нескольких групп подканалов, открытых в осевом направлении в сторону соединительного конца. Часть рельефа может быть выполнена в виде канала или может быть выполнена в виде изогнутого выступа.
В предпочтительном варианте осуществления сильфон прикреплен с одного конца к гильзе, а с другого конца – по меньшей мере частично к соединительному концу таким образом, чтобы закрыть зубчатую деталь в радиальном направлении. Сильфон может быть изготовлен из резины или синтетического материала. Сильфон имеет компактную конструкцию и защищает подвижную деталь на соединительном конце от внешних факторов, например, пыли.
В предпочтительном варианте осуществления зажим окружает заднюю часть сильфона, прикрепленную к соединительному концу, в радиальном направлении внутри. Зажим закрепляет сильфон с одного конца на переднем валу, предотвращая его смещение в случае внезапного удара во время работы.
В предпочтительном варианте осуществления муфтовое устройство имеет плоский гибкий корпус, на котором расположено множество муфтовых элементов, закрепленных на удерживающем элементе со стороны штанги, проходящей в радиальном направлении наружу от удерживающего элемента. Плоский гибкий корпус расположен коаксиально с передним валом. Гибкий корпус обеспечивает поворотный подшипник для муфты и за счет своей гибкой конструкции частично гасит колебания, передающиеся от муфты на удерживающую деталь.
В предпочтительном варианте осуществления гибкий корпус изготовлен из композитного материала. Композитный материал придает прочность гибкому корпусу и в то же время способен ослаблять колебания.
В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере три штанги, проходящие от дистального конца удерживающего элемента под одинаковым углом, примыкают к плоскому гибкому корпусу. Равномерно наклоненные штанги обеспечивают удерживающую деталь эффективной жесткостью при кручении во время передачи крутящего момента. В различных вариантах осуществления могут использоваться двойные, тройные штанги или вилочные конструкции, проходящие от конца одиночной штанги, на равном расстоянии друг от друга.
В предпочтительном варианте осуществления на дистальном конце выполнена прорезь, которая открыта в соответствующую соединительную прорезь в гибком корпусе, и соединительная прорезь, соответственно, а также винт без гайки, который проходит через прорезь таким образом, чтобы закрепить гибкий корпус на дистальном конце. Болт без гайки обеспечивает компактную конструкцию. Выражение «без гайки» означает, что часть болта на его свободном конце в соединительном удлинении не будет использоваться с гайкой. В противном случае вставка таких элементов, как шайбы, гайки вблизи головки болта, не предусмотрена.
В предпочтительном варианте осуществления удерживающий элемент содержит цельную ступицу, одна сторона которой проходит от проксимального конца штанги, а другая сторона которой – поддерживает гильзу. Цельная ступица повышает сопротивляемость штанг к нагрузкам при кручении во время передачи крутящего момента. Кроме того, она обеспечивает компактную конструкцию за счет размещения на ней манжеты. Ступица имеет ось вращения, совпадающую с передним валом.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения зубчатая деталь расположена в непосредственной близости к соединительному концу переднего вала. Таким образом, передний вал, например, трубчатый передний вал, с легкостью проходит свой ход до свободной концевой детали.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен вид спереди двухкомпонентного карданного вала, содержащего муфтовое устройство согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2 представлен вид в поперечном сечении иллюстративного варианта осуществления муфтового устройства согласно настоящему изобретению, соединенного с передним карданным валом.
На фиг. 3 представлен вид в перспективе узла муфты, изображенного на фиг. 2.
Подробное описание изобретения
В данном подробном описании разработка согласно настоящему изобретению описана со ссылкой на примеры исключительно в целях лучшей иллюстрации объекта изобретения.
На фиг. 1 изображен вид спереди двухкомпонентного иллюстративного варианта осуществления карданного вала (1) согласно настоящему изобретению. Карданный вал (1) содержит задний вал (2) с универсальным шарниром (5) и передний вал (3) с вращательным соединением с вилкой (4). На переднем валу (3) установлено коаксиальное муфтовое устройство (20). Крутящий момент, приложенный к мосту и муфтовому устройству (20), передается от коробки передач транспортного средства (не показано) на задний вал (не показан) посредством универсального шарнира (5) и карданного вала (1).
На фиг. 2 показан вид в поперечном сечении муфтового устройства (20), установленного на соединительном конце (50), предусмотренном на свободном конце переднего вала (3) на карданном валу (1). Зубчатая деталь (52) предусмотрена на соединительном конце (50) в направлении, параллельном оси вращения, и по окружности. Зубчатая деталь (52) состоит из каналов, полученных методом холодного формирования. На зубчатой детали (52) установлена гильза (17) подходящей формы на удерживающем элементе (10), образуя шлицевой соединительный элемент. За счет соединения со шлицем гильза (17) может передавать крутящий момент на зубчатой детали (52), при этом являясь подвижной в осевом направлении. Движение гильзы (17) на зубчатой детали (52) представляет собой предопределенный ход (L). Ход (L) равен тому участку удерживающего элемента (10), который прилегает к соединительному концу (50), что равно длине гильзы (17). Гибкий сильфон (30) из синтетического материала закреплен со стороны своей передней части (32) путем зацепления с радиальным канальным отверстием на внешней стенке (18) удерживающего элемента (10). Сильфон (30) проходит от задней части (34), противоположной передней части (32), к внешней периферии (54) соединительного конца (50). Зажим (40) установлен на задней части (34) сильфона (30) с внутренним предварительным натяжением в радиальном направлении. Между передней частью (32) и задней частью (34) сильфона (30) предусмотрена растягивающаяся деталь (36), которая укорачивает длину путем сгибания в S-образную форму в коротком положении и растягивается в длинном положении путем вытягивания на длину хода (L).
На фиг. 3 муфтовое устройство (20), закрепленное удерживающим элементом (10), изображено в перспективе сзади. Удерживающий элемент (10), выполненный в виде трех штанг (15), проходящих в радиальном направлении наружу равномерно от ступицы (14), поддерживает гильзу (17), коаксиально проходящую через ступицу (14) к переднему валу (3) на противоположной стороне. Гильза (17) и штанги (15) коаксиально совмещены со ступицей (14). Муфтовое устройство (20) прикреплено к дистальному концу (11) наклоненных наружу штанг (15) с передней поверхности. На дистальных концах (11) предусмотрена сквозная прорезь (12). Напротив, на плоском гибком корпусе (22) муфтового устройства (20) предусмотрена соединительная прорезь (25), причем каждое отверстие соответствует прорези (12) в трех штангах (15). Муфтовый элемент (26) закреплен в каждой соединительной прорези (25). С другой стороны, выполнена дополнительная соединительная прорезь (25) и в ней установлен муфтовый элемент (26) для обеспечения трех соединительных деталей на гибком корпусе (22) крест-накрест к соединительным прорезям (25), к которым присоединены штанги (15). Внешняя периферия (21) гибкого тела (22) имеет форму с радиальными канавками, с изогнутым выступом и изогнутым углублением между ними в участках, где расположены соединительные элементы (26). С другой стороны, центр гибкого корпуса (22) имеет форму выреза (23) для обеспечения доступа к соединительному концу (50) с внешней поверхности муфтового устройства (20). Винт (24) достигает прорези (12), проходя через соединительный элемент (26), причем головка обращена наружу. Резьба удерживает прорезь (12) и закрепляет соединительный элемент (26) на удерживающем элементе (10). Длина резьбовой части винта (24) является короткой, так что она не образует удлинения для обеспечения гайкового соединения через отверстие (12). Таким образом, винт (24) соединяет муфтовый элемент (26), к которому он прикреплен со стороны головки, путем вытягивания по направлению к дистальному концу (11).
При посадке переднего вала (3) со стороны соединительного конца (50) на гильзу (17) образуется соединение со шлицем, так что гильза (17), которая может перемещаться на зубчатой детали (52) в осевом направлении на максимальную длину хода (L), может передавать большой крутящий момент, создаваемый муфтовым устройством (20), на передний вал (3). После установки карданного вала (1) на транспортном средстве элемент передачи движения, установленный на муфтовых элементах (26) на гибком корпусе (22) со стороны трансмиссии, вращает муфтовое устройство (20). Таким образом, крутящий момент, передающийся от трансмиссии, вращает удерживающую деталь (10) и соединительный конец (50), с помощью которого гильза (17) соединена с возможностью вращения, посредством штанг (15). При этом колебания, поступающие в осевом направлении на муфтовое устройство (20) в направлении оси вращения, частично гасятся гибким корпусом (22), с которым непосредственно соединены муфта (20) и штанги (15), и компенсируются прямым или обратным осевым перемещением штанг (15) на оси вращения за счет колебаний или ударов, перед тем как гильза (17) перемещается на зубчатой детали (52), без передачи на передний вал (3). Однако, благодаря зубчатой детали (52), гильза (17) передает крутящий момент от соединительного конца (50) на передний вал (3), не подвергаясь при этом воздействию осевых колебаний или ударов. Посредством вилки (4) вращательное движение переднего вала (3) передается на задний вал (2), а крутящий момент с одного конца карданного вала (1) передается на другой конец посредством вращения универсального шарнира (5).
Ссылочные обозначения
1 Карданный вал
20 Муфтовое устройство
2 Задний вал
21 Внешняя периферия
3 Передний вал
22 Гибкий корпус
4 Вилка
23 Вырез
5 Универсальный шарнир
24 Винт
10 Удерживающий элемент
25 Соединительная прорезь
11 Дистальный конец
26 Муфта
12 Прорезь
30 Сильфон
14 Ступица
32 Передняя часть
15 Штанга
34 Задняя часть
16 Внутреннее отверстие
36 Растягивающаяся деталь
17 Гильза
40 Зажим
18 Внешняя стенка
50 Соединительный конец
19 Проксимальный конец
52 Зубчатая деталь
L Ход
54 Внешняя периферия