КАРДАННЫЙ ВАЛ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть применена в качестве быстроходного трансмиссионного вала силовой передачи с шарнирами равных угловых скоростей, подвижных в осевом направлении.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является приводной вал транспортного средства, патент РФ на ПМ №72518, МПК 7 F16D 3/26, публ. 20.04.2008 г., содержащий кинематически связанные с концами вала шарниры равных угловых скоростей подвижного типа и гофрированные чехлы, каждый из которых соединен с корпусом шарнира и валом установочными участками большего и меньшего диаметров соответственно. Установочный участок большего диаметра каждого гофрированного чехла установлен на ровной поверхности наружной проточки корпуса шарнира и выполнен с кольцевыми канавками на внутренней поверхности, образующими в продольном сечении чехла эту поверхность изогнутой в виде чередующихся обращенных внутрь и наружу выступов. Установочный участок меньшего диаметра каждого гофрированного чехла установлен на ровной поверхности проточки вала, начинающейся от упорного бурта на его конце до его ступеньки, от которой до ступеньки второго конца вала образован средний участок вала большего диаметра, причем при установке чехла на вал, торец его установочного участка меньшего диаметра располагают с упором в ступеньку, а затем фиксируют хомутом. Установочный участок меньшего диаметра каждого гофрированного чехла выполнен с ровной внутренней поверхностью. Корпус каждого из шарниров выполнен полым и имеет дорожки качения на внутренней цилиндрической поверхности. Вал расположен внутри корпуса шарнира и на нем (на вале), посредством шлицевого соединения, установлена обойма, которая закреплена на валу распорным кольцом. На обойме выполнены дорожки качения, а шлицевое соединение ее с валом образовано эвольвентными прямыми шлицами на обеих деталях. Расположенные в дорожках качения шарики установлены в окнах сепаратора, подвижно соединенного через сферическое соединение с управляющей втулкой шарнира, которая свободно установлена на конце вала с возможностью вращения и осевого перемещения относительно него с упором в опоясывающий упорный бурт на этом конце вала. Сепаратор каждого шарнира выполнен по наружной поверхности конусообразным с расположением основания к задней части корпуса шарнира, а усеченной вершины - к передней части корпуса (к середине вала). С задней части корпус каждого шарнира герметизирован крышкой, обрезиненной на участке внутренней стороны и закрепленной отогнутым фланцем по наружному диаметру на установочном пояске у заднего торца шарнира. Крышка ограничивает перемещения сепаратора шарнира путем упора в ее обрезиненный (демпфирующий) слой.
Недостатками данного технического решения являются:
- недостаточно надежное закрепление на вале установочных участков меньших диаметров чехлов приводного вала транспортного средства, что может привести, особенно в зимнее время при охлаждении из-за разности коэффициентов резины и металла (чехлы сжимаются), к перемещению этих участков чехлов на вале, что при относительно значительных их (этих установочных участков чехлов) перемещениях приводит к перетиранию и разрыву чехлов и к преждевременному выходу из строя шарниров, а при относительно незначительных их (этих установочных участков чехлов) перемещениях может привести к неправильному расположению (осевому смещению) вала относительно шарниров, т.к. при смещенном установочном участке меньшего диаметра хотя бы одного из чехлов исчезает напряженное состояние чехлов (т.е. исчезает эффект «пружинения»), а уже в результате этого, не происходит сопротивление перемещению вала и он не возвращается в исходное (среднее) положение относительно шарниров, что ведет к большой вероятности частого упора сепаратора одного из шарниров в обрезиненный демпфирующий слой герметизирующей крышки и работе шарниров в наиболее не выгодных «крайних» положениях (при которых происходит наибольший износ деталей шарниров);
- недостаточно надежное закрепление на корпусах шарниров приводного вала транспортного средства установочных участков больших диаметров чехлов, что может привести при тяжелых условиях эксплуатации приводного вала к смещению этих участков чехлов на корпусах шарниров, а это в свою очередь может привести к нарушению герметизации чехлов, к преждевременному выходу из строя шарниров;
- недостаточно надежная установка крышки на корпусе каждого шарнира приводного вала транспортного средства из-за не всегда выполняемого условия соблюдения размеров сопряженных поверхностей крышки и корпуса шарнира, а это может привести в эксплуатации при определенных условиях, например, при неравномерном нагреве корпуса шарнира и крышки, к нарушению герметичности шарнира, что в конечном итоге приведет к преждевременному износу деталей шарнира;
- конструкция данного технического решения приводного вала транспортного средства не обеспечивает гарантированной его надежности во всем диапазоне его рабочих углов с присущими ему характеристиками (габаритами, массой), особенно при использовании его в более жестких условиях, например, при продолжительной работе приводного вала с большими (близкими к максимальным) рабочими углами шарниров в подвеске автомобиля повышенной проходимости (большие рабочие углы шарниров - имеется в виду, те углы, которые близки к предельно-допустимым углам подвески этого автомобиля, но меньше максимальных рабочих углов шарниров). Превышение углов, необходимых для работы подвески, углов, которые может обеспечить шарнир вала, приводит к мгновенному разрушению этого шарнира.
Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в повышении надежности карданного вала транспортного средства, особенно при продолжительной его работе на предельно-допустимых углах подвески за счет увеличения максимальных рабочих углов его шарниров, обеспечения надежной герметичности шарниров и исключения люфтов в соединениях обойм шарниров с валом.
Указанный технический результат достигается тем, что в карданном вале транспортного средства, содержащем кинематически связанные с концами вала шарниры равных угловых скоростей с гофрированными чехлами, каждый из которых установлен на посадочных участках корпуса шарнира и вала установочными участками большего и меньшего диаметров соответственно, корпус каждого из шарниров выполнен полым, герметизирован сзади и имеет внутренние дорожки качения, в которых расположены шарики, расположенные и в наружных дорожках качения обоймы, установленной посредством шлицевого соединения на вале, и в вытянутых окнах конического сепаратора, подвижно соединенного усеченной вершиной через сферическое соединение с управляющей втулкой шарнира, свободно установленной на конце вала с возможностью вращения и осевого перемещения относительно него с упором в опоясывающий упорный бурт этого конца вала, расположенный ближе к торцу последнего чем посадочный участок, причем на внутренних поверхностях установочных участков больших диаметров чехлов выполнены кольцевые канавки,
согласно полезной модели, на посадочном участке корпуса каждого шарнира выполнен по меньшей мере один опоясывающий установочный бурт, расположенный в одной из кольцевых канавок внутренней поверхности установочного участка большего диаметра соответствующего чехла, а на каждом из посадочных участков вала выполнен опоясывающий установочный бурт, расположенный в одной из кольцевых канавок внутренней поверхности установочного участка меньшего диаметра соответствующего чехла, причем между внутренними поверхностями установочных участков больших и меньших диаметров чехлов и соответствующими поверхностями посадочных участков корпусов шарниров и вала расположен слой герметика, тогда как, полость каждого корпуса шарнира герметизирована сзади посредством выполненной в виде тела вращения пластмассовой заглушки, установленной с натягом установочной частью в полости шарнира, шлицевое соединение обоймы каждого из которых с валом представляет эвольвентные спиральные шлицы вала и взаимосвязанные с ними эвольвентные прямые шлицы обоймы, каждое же окно сепаратора каждого из шарниров выполнено длинной, отношение величины которой к величине диаметра шарика лежит в диапазоне от 1,29 до 1,31, а сепаратор выполнен с углом наклона конуса лежащим в диапазоне от 9° 45' до 10° 15'.
В частном случае, на посадочном участке корпуса каждого шарнира карданного вала выполнено два опоясывающих установочных бурта, каждый из которых расположен в одной из кольцевых канавок внутренней поверхности установочного участка большего диаметра соответствующего чехла.
В частном случае, опоясывающий установочный бурт каждого из посадочных участков вала расположен в средней кольцевой канавке внутренней поверхности установочного участка меньшего диаметра соответствующего чехла.
В частном случае, пластмассовая заглушка каждого шарнира карданного вала кроме установочной части имеет донную часть, состоящую из поперечно расположенного к оси вращения заглушки круглого центрального участка и наклонно расположенного к этой оси кольцевого участка.
В частном случае, на наружной поверхности установочной части каждой заглушки карданного вала выполнено два выступающих наружу уплотняющих пояска.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Сущность полезной модели поясняется на чертежах:
Фиг. 1. - карданный вал транспортного средства;
Фиг. 2. - шарнир равных угловых скоростей с гофрированным чехлом карданного вала транспортного средства (отдельный вид);
Фиг. 3. - конец карданного вала транспортного средства (отдельный вид);
Фиг. 4. - обойма карданного вала транспортного средства (отдельный вид);
Фиг. 5. - корпус шарнира карданного вала транспортного средства (отдельный вид);
Фиг. 6. - сепаратор шарнира карданного вала транспортного средства (отдельный вид);
Фиг. 7. - заглушка корпуса шарнира карданного вала транспортного средства (отдельный вид).
Карданный вал 1 транспортного средства содержит кинематически связанные с концами 2 вала 1 шарниры равных угловых скоростей 3 с гофрированными чехлами 4, каждый из которых установлен на посадочных участках 5 и 6 корпуса 7 шарнира 3 и вала 1 установочными участками большего 8 и меньшего 9 диаметров соответственно. Корпус 7 каждого из шарниров 3 выполнен полым, герметизирован сзади и имеет внутренние дорожки качения 10, в которых расположены шарики 11, расположенные и в наружных дорожках качения 12 обоймы 13, установленной посредством шлицевого соединения на вале 1, и в вытянутых окнах 14 конического сепаратора 15, подвижно соединенного усеченной вершиной 16 через сферическое соединение 17 с управляющей втулкой 18 шарнира 3, свободно установленной на конце 2 вала 1 с возможностью вращения и осевого перемещения относительно него (вала 1) с упором в опоясывающий упорный бурт 19 этого конца 2 вала 1, расположенный ближе к торцу 20 последнего (этого конца 2 вала 1) чем посадочный участок 6. На внутренних поверхностях установочных участков больших диаметров 8 чехлов 4 выполнены кольцевые канавки 21.
На посадочном участке 5 корпуса 7 каждого шарнира 3 выполнен по меньшей мере один опоясывающий установочный бурт 22, расположенный в одной из кольцевых канавок 21 внутренней поверхности установочного участка большего диаметра 8 соответствующего чехла 3. В частном случае, на посадочном участке 5 корпуса 7 каждого шарнира 3 карданного вала 1 выполнено два опоясывающих установочных бурта 22, каждый из которых расположен в одной из кольцевых канавок 21 внутренней поверхности установочного участка большего диаметра 8 соответствующего чехла 3.
На каждом из посадочных участков 6 вала 1 выполнен опоясывающий установочный бурт 23, расположенный в одной из кольцевых канавок 24 внутренней поверхности установочного участка меньшего диаметра 9 соответствующего чехла 3. В частном случае, опоясывающий установочный бурт 23 каждого из посадочных участков 6 вала 1 расположен в средней кольцевой канавке 24 внутренней поверхности установочного участка меньшего диаметра 9 соответствующего чехла 3.
Использование опоясывающих установочных буртов 22 на корпусах 7 шарниров 3 карданного вала, расположенных в канавках 21 внутренних поверхностей установочных участков больших диаметров 8 чехлов 3, и опоясывающих установочных буртов 23, расположенных в кольцевых канавках 24 внутренних поверхностей установочных участков меньших диаметров 9 чехлов 3, - значительно снижает, практически до полного исключения, смещения этих участков 8 и 9 чехлов даже при тяжелых условиях эксплуатации карданного вала, а это снижает и практически исключает нарушение герметизации чехлов 4, а значит снижает вероятность преждевременного выхода из строя шарниров 3.
Между внутренними поверхностями установочных участков больших 8 и меньших 9 диаметров чехлов 3 и соответствующими поверхностями посадочных участков 5 и 6 корпусов 7 шарниров 3 и вала 1 расположен слой герметика 25, что дополнительно надежно герметизирует внутренние полости шарниров 3, а значит надежно защищает от попадания в них пыли, влаги, и как следствие, повышает надежность в целом карданного вала.
Полость каждого корпуса 7 шарнира 3 герметизирована сзади посредством выполненной в виде тела вращения пластмассовой заглушки 26, установленной с натягом установочной частью 27 в полости шарнира 3.
Шлицевое соединение обоймы 13 каждого из шарниров 3 с валом 1 представляет эвольвентные спиральные шлицы 28 вала 1 и взаимосвязанные с ними эвольвентные прямые шлицы 29 обоймы 13.
При сборке карданного вала, при соединении шлицевым соединением обоймы 13 каждого из шарниров 3 с валом 1, обоймы 13 своими эвольвентными прямыми шлицами 29 насаживаются на эвольвентные спиральные шлицы 28 вала 1, тем самым исключая между ними какой либо люфт, что исключает в эксплуатации разбалансировку вала, появление в нем стуков, шумов, вибраций и способствует более точной работе составляющих каждого шарнира 3, и как следствие, повышает надежность в целом карданного вала.
Каждое окно 14 сепаратора 15 каждого из шарниров 3 выполнено длинной «S», отношение величины которой «S» к величине диаметра «D» шарика 11 лежит в диапазоне от 1,29 до 1,31, а сепаратор 15 выполнен с углом наклона конуса «а» лежащим в диапазоне от 9° 45' до 10° 15'.
За счет увеличения, по сравнению с прототипом, длины «S» каждого окна 14 сепаратора 15 каждого шарнира 3 карданного вала так, что отношение ее величины «S» к величине диаметра «D» шарика 11 лежит в диапазоне от 1,29 до 1,31, и за счет увеличения, по сравнению с прототипом, угла наклона конуса «а» сепаратора 15 с расположением в диапазоне от 9° 45' до 10° 15', - позволило увеличить максимальный рабочий угол каждого шарнира 3 карданного вала, а это обеспечивает гарантированную его надежность, даже при использовании его в более жестких условиях - с большими (близкими к максимальным) рабочими углами шарниров в подвеске транспортного средства повышенной проходимости.
В частном случае, пластмассовая заглушка 26 каждого шарнира 3 карданного вала 1 кроме установочной части 27 имеет донную часть 30, состоящую из поперечно расположенного к оси вращения «L» заглушки 26 круглого центрального участка 31 и наклонно расположенного к этой оси кольцевого участка 32.
В частном случае, на наружной поверхности установочной части 27 каждой заглушки 26 карданного вала 1 выполнено два выступающих наружу уплотняющих пояска 33.
В частном случае, как показано на фиг. 3, по меньшей мере на одном из концов 2 вала 3 выполнены грани 34 под гаечный ключ для удобства сборки карданного вала транспортного средства.
Сборка и установка карданного вала осуществляется следующим образом.
На каждый 2 конец вала 1 установочным участком меньшего диаметра 9 устанавливают чехлы 4 с последующим закреплением этих участков 9 (посредством хомутов).
Затем осуществляется подсборка сепаратора 15 с управляющей втулкой 18, для этого последняя соединяется через сферическое соединение 17 с сепаратором 15. Потом, в управляющую втулку 18 заводится вал 1. Далее, в сепаратор 15 заводится обойма 13 с одновременной установкой в ее дорожки качения 12 и окна 14 сепаратора 15 шариков 11, причем, обойма 13 заводится в сепаратор 15 с одновременной установкой посредством шлицевого соединения на вал 1 и фиксацией стопорным кольцом 34 в выемки вала 1.
Затем шарниры 3 перемещают вдоль вала 1 к его середине и надевают на посадочные участки 5 корпусов 7 шарниров 3 установочные участки больших диаметров 8 чехлов 4 с последующим закреплением этих участков 8 (посредством хомутов).
Далее в полости шарниров 3 закладывают смазку и устанавливают сзади шарниров 3 в их полости заглушки 26 методом запрессовки. В процессе запрессовки заглушки 26 в полость шарнира 3 уплотняющие пояски 33 сжимаются своими вершинами и образуют лабиринтное уплотнение между поверхностями поясков 33 между наружной поверхностью установочной части 27 заглушки 26 между этими поясками и внутренней поверхностью корпуса 7 шарнира 3, тем самым образуя герметичное надежное уплотнение с обеспечением надежной герметизации полости шарнира 3. Потом собранный карданный вал устанавливают на транспортном средстве, причем чехлы 4 несколько растягиваются до напряженного состояния, это необходимо для возвращения вала 1 в исходное состояние после его осевых смещений при работе.
Работа конструкции карданного вала транспортного средства в эксплуатации заключается в следующем.
Крутящий момент, например, от коробки передач транспортного средства передается на корпус 7 одного из шарниров 3, например, «левого» шарнира 3 на фиг. 1, приводного вала, далее с корпуса 7 через шарики 11 на обойму 13 этого шарнира 3, с шлицов 28 обоймы 13 на шлицы 29 вала 1, и далее с шлицов 29 другого конца 2 вала 1 на шлицы 28 обоймы 13 другого шарнира 3, в частности, «правого» шарнира 3 на фиг. 1, через шарики 11 на корпус 7 этого «правого» шарнира 3, а с него на ведущий мост транспортного средства.
При резком торможении (или разгоне) транспортного средства, в следствии действия прежде всего инерционной силы от вала 1 - он перемещается влево (или вправо - при разгоне), т.е. входит в «левый» на фиг. 1 шарнир 3 (или входит в «правый» на фиг. 1 шарнир 3), что приводит к тому, вал 1 двигаясь влево (или вправо) упирается опоясывающим упорным буртом 19 этого своего конца 2 в управляющую втулку 18, а далее, если ускорение замедления (или ускорения) окажется настолько значимым, что после преодоления напряженного состояния чехлов 4 (эффекта пружинения чехлов 4), у вала 1 и внутренних деталей шарнира 3 останется еще энергия перемещения их влево (или вправо) сепаратор 15 упрется в заглушку 26, а именно в наклонно расположенный к ее оси «L» кольцевой участок 32 ее донной части 30, тем самым, как и у прототипа, заглушкой 26 обеспечивается функция ограничения перемещения сепаратора 15 с исключением возможности соударения его о другие металлические элементы шарнира 3, но, в то же время, заглушка 26, по сравнению с герметизацией прототипа обрезиненной крышкой, закрепленной отогнутым фланцем на установочном пояске шарнира, обеспечивает герметичное надежное уплотнение между ней (заглушка 26) и корпусом 7 шарнира 3 с обеспечением надежной герметизации его полости, что повышает надежность в целом карданного вала.
В результате выполнения на посадочном участке корпуса каждого шарнира по меньшей мере одного опоясывающего установочного бурта, расположенного в одной из кольцевых канавок внутренней поверхности установочного участка большего диаметра соответствующего чехла, и выполнения на каждом из посадочных участков вала опоясывающего установочного бурта, расположенного в одной из кольцевых канавок внутренней поверхности установочного участка меньшего диаметра соответствующего чехла, и расположения между внутренними поверхностями установочных участков больших и меньших диаметров чехлов и соответственно поверхностями посадочных участков корпусов шарниров и вала слоя герметика, и в результате герметизации полости каждого корпуса шарнира снаружи посредством выполненной в виде тела вращения пластмассовой заглушки, установленной с натягом установочной частью в полости шарнира, а также, в результате выполнения шлицевого соединение обоймы каждого из которых с валом представляет эвольвентные спиральные шлицы вала и взаимосвязанные с ними эвольвентные прямые шлицы обоймы, и в результате выполнения каждого окна сепаратора каждого из шарниров длинной, отношение величины которой к величине диаметра шарика лежит в диапазоне от 1,29 до 1,31, а сепаратор - с углом наклона конуса лежащим в диапазоне от 9° 45' до 10° 15', - технический результат, в заявляемом техническом решении карданного вала, заключающийся в повышении надежности карданного вала транспортного средства, особенно при продолжительной его работе на предельно-допустимых углах подвески, достигается.