УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УРАВНЕНИЯ ДЛИНЫ КАРДАННОГО ВАЛА И КАРДАННЫЙ ВАЛ
SEALING DEVICE FOR EQUALIZING LENGTH OF CARDAN SHAFT AND CARDAN SHAFT

Изобретение относится к уплотнительному устройству для компенсирующей секции карданного вала, а также к карданному валу с таким уплотнительным устройством. Уплотнительное устройство содержит первый элемент вала, который содержит участок посадки. Далее, уплотнительное устройство содержит уплотнительную втулку с участком крепления, причем для фиксации уплотнительной втулки на первом элементе вала на участке посадки расположен окружный паз, в который входит с зацеплением уплотнительная втулка, и причем уплотнительная втулка аксиально насажена участком крепления на участок посадки в направлении продольной оси. По меньшей мере, один фиксирующий выступ выступает радиально вовнутрь на участке крепления и в полностью насаженном состоянии уплотнительной втулки входит с фиксацией в зацепление с окружным пазом.
Такое уплотнительное устройство известно из документа DE 962 842 С1. Известная уплотнительная втулка содержит участок крепления, который образован обладающим эластичностью резины кольцом, которое соединено с металлической трубой уплотнительной втулки. Для этого труба содержит изогнутый вовнутрь крепежный фланец, на котором креплено обладающее эластичностью резины кольцо. Обладающее эластичностью резины кольцо посажено в окружный паз первого элемента вала и упруго удерживается в нем.
В ЕР 1 500 836 А1 раскрыто другое уплотнительное устройство. Раскрытый там карданный вал содержит первый элемент вала и второй элемент вала, которые соединены между собой без возможности поворота и направляются вдоль продольной оси с возможностью смещения относительно друг друга. Уплотнительная втулка выполнена в форме цилиндрической трубы и изготовлена из пластмассы с эффектом запоминания формы. Уплотнительная втулка укреплена на цилиндрической посадочной поверхности участка посадки. Посадочная поверхность оснащена, по меньшей мере, одним продольным пазом или содержит радиально выступающие элементы или имеет повышенную шероховатость поверхности. После насаживания уплотнительной втулки на посадочную поверхность, причем в этом состоянии уплотнительная втулка имеет радиальный зазор относительно посадочной поверхности, уплотнительную втулку в области посадочной поверхности подвергают термической обработке, в результате чего происходит усадка уплотнительной втулки и ее зажимание на посадочной поверхности и ее проникание в, по меньшей мере, один окружный паз. За счет этого обеспечено надежное аксиальное крепление и защита от проворачивания относительно первого элемента вала. Недостатком является, однако, дополнительный дорогостоящий технологический этап нагревания уплотнительной втулки.
В документе DE 1 910 284 А1 описан карданный вал, который содержит первый элемент вала с первой карданной вилкой и второй элемент вала со второй карданной вилкой. Первый элемент вала содержит наружный зубчатый венец с наружными зубьями, проходящими вдоль продольной оси. Первый элемент вала укреплен с возможность аксиальной регулировки в присоединительной трубе второго элемента вала, который в соответствии с наружным зубчатым венцом первого элемента вала оснащен внутренним зубчатым венцом. Уплотнительная втулка укреплена одним своим концом на цилиндрической посадочной поверхности карданной вилки первого элемента вала. Уплотнительная втулка изготовлена из металла и приварена к первому элементу вала. Уплотнительная втулка расположена коаксиально вокруг первого элемента вала и несет на втором конце несущий элемент уплотнения, который крепежным участком вставлен в уплотнительную втулку со стороны ее второго конца и непрерывно сварен с ней. При этом недостаток заключается в том, что уплотнительная втулка должна быть приварена к первому элементу вала в ходе отдельного технологического этапа.
Аналогичное уплотнительное устройство для карданного вала раскрыто в ЕР 1 460 296 В1. Уплотнительная муфта также изготовлена из металла и соединена с первым элементом вала.
Документ US 1 496 236 А раскрывает компенсирующую секцию в целом и, в частности, компенсирующую секцию карданного вала с имеющим форму трубы первым элементом вала и вторым элементом вала, который принят первым элементом. Второй элемент вала укреплен без возможности поворота на первом элементе вала с помощью зубчатого венца с возможностью осевой регулировки вдоль продольной оси относительно первого элемента вала. Второй элемент вала образует имеющую форму кругового цилиндра посадочную поверхность для крепежного конца металлической уплотнительной втулки из металла. Второй элемент вала содержит в присоединении к посадочной поверхности окружный паз, в который участок крепления уплотнительной втулки радиально вдавлен посредством обработки обкаткой. Таким образом, уплотнительная втулка аксиально зафиксирована на втором элементе вала. На своем свободном конце уплотнительная втулка содержит направленную вовнутрь закраину. Далее, она содержит резьбу, на которую навинчена следующая втулка, принимающая уплотнение. Это уплотнение служит для уплотнения относительно наружной поверхности имеющего форму трубы первого элемента вала. Также и здесь для крепления уплотнительной втулки на элементе вала необходим следующий технологический этап, а именно обработка обкаткой.
В основу изобретения положена задача создания уплотнительного устройства для компенсирующей секции карданного вала, при котором уплотнительная втулка может быть несложным образом укреплена на соответствующем элементе вала.
Задача решена с помощью уплотнительного устройства для компенсирующей секции карданного вала, причем уплотнительное устройство содержит следующие компоненты: первый элемент вала, который содержит участок посадки, уплотнительную втулку с участком крепления, причем для фиксации уплотнительной втулки на первом элементе вала на участке посадки расположен окружный паз, в который входит с зацеплением уплотнительная втулка, причем уплотнительная втулка аксиально насажена участком крепления на участок посадки в направлении продольной оси. На участке крепления расположен, по меньшей мере, один выступающий радиально вовнутрь фиксирующий выступ, который при полностью насаженном состоянии уплотнительной втулки входит с фиксацией в зацепление с окружным пазом. Участок посадки содержит окружную уплотнительную поверхность, которая расположена на осевом расстоянии от окружного паза и к которой участок крепления уплотнительной втулки в полностью насаженном состоянии прилегает с упругим натяжением.
Кроме того, задача решена с помощью карданного вала с таким уплотнительным устройством, причем карданный вал содержит, далее, второй элемент вала, который соединен с первым элементом вала без возможности поворота и с возможностью перемещения вдоль продольной оси и который содержит окружную поверхность прилегания, причем уплотнительная втулка содержит уплотнение, которое с уплотняющим эффектом прилегает к поверхности прилегания.
В соответствии с этим уплотнительную втулку для крепления на участке крепления насаживают на него в осевом направлении, причем участок крепления в полностью насаженном состоянии обеспечивает вхождение, по меньшей мере, одного фиксирующего выступа в зацепление с фиксацией с окружным пазом участка посадки. Таким образом уплотнительная втулка может быть соединена с первым элементом вала путем несложного насаживания на участок посадки.
Помимо этого, на участке посадки предусмотрена уплотнительная поверхность, к которой уплотнительная втулка прилегает с уплотнением. Уплотнительная поверхность расположена на аксиальном расстоянии от окружного паза и, таким образом, локально отделена от него. Уплотнительная поверхность не является составной частью окружного паза.
Поскольку уплотнительная втулка не является приваренной, приклеенной или неразъемно соединенной иным способом по окружности в окружном направлении с первым элементом вала, соединительное средство, то есть, по меньшей мере, один фиксирующий выступ и окружный паз не обеспечивают уплотнительного эффекта. Уплотнение обеспечено за счет прилегания участка крепления к уплотнительной поверхности на участке посадки. Таким образом, имеет место локальное разделение обеих функций, а именно фиксации уплотнительной втулки на первом элементе вала, с одной стороны, и уплотнения уплотнительной втулки относительно первого элемента вала, с другой стороны.
Участок крепления может деформироваться, в частности, расширяться в радиальном направлении за счет насаживания на участок посадки. За счет этого при креплении уплотнительной втулки на участке посадки, то есть при ее насаживании на участок посадки, сначала участок крепления деформируется таким образом, что уплотнительная втулка или участок крепления может быть насажены на участок посадки. При достижении полностью насаженной позиции уплотнительной муфты, по меньшей мере, один фиксирующий выступ входит в окружный паз с фиксирующим зацеплением, причем участок крепления вновь претерпевает обратную упругую деформацию в направлении своей первоначальной формы. Таким образом, нет необходимости в следующем технологическом этапе для крепления уплотнительной втулки на участке посадки.
Если отдельный окружный фиксирующий выступ предусмотрен в форме окружной закраины, то участок крепления может расширяться главным образом цилиндрически. Если предусмотрено несколько отдельных фиксирующих выступов, распределенных по периметру, которые расположены в окружном направлении на расстоянии друг от друга, то участок крепления может деформироваться от своей первоначальной, главным образом цилиндрической формы к форме, отличной от цилиндрической, причем окружные участки участка крепления с фиксирующими выступами деформируются в радиально наружном направлении в большей мере, нежели области участка крепления между двумя фиксирующими выступами, в результате чего возникает некруглая в поперечном сечении форма.
Для обеспечения по возможности хороших характеристик деформации, по меньшей мере, участок крепления, однако, по мере необходимости также вся уплотнительная втулка в целом или большая часть уплотнительной втулки могут быть изготовлены из пластмассы. Само собой разумеется, что на этой уплотнительной втулке могут быть сформованы или неразъемно соединены с ней следующие элементы, изготовленные по мере необходимости из другого материала.
Уплотнительная поверхность выполнена предпочтительно конической и сужается в направлении уплотнительной втулки. Тем самым, при осевом насаживании уплотнительная втулка может быть насажена аксиально относительно уплотнительной поверхности. Таким образом, при насаживании уплотнительной втулки или участка крепления уплотнительной втулки на уплотнительную поверхность обеспечено незначительное радиальное расширение участка крепления в этой области для достижения посадки участка крепления с предварительным натяжением на уплотнительную поверхность.
Предпочтительно, по меньшей мере, один фиксирующий выступ аксиально опирается об опорную поверхность окружного паза, а именно в направлении против направления, в котором было бы произведено снятие уплотнительной втулки с участка посадки; то есть, с уплотнительной поверхности.
Для обеспечения достаточного предварительного натяжения участка крепления относительно уплотнительной втулки участок крепления может быть упруго предварительно натяжён между опорной поверхностью окружного паза и уплотнительной поверхностью участка посадки.
Предпочтительно уплотнительная втулка содержит несколько расположенных распределенными по периметру и находящихся на расстоянии друг от друга фиксирующих выступов.
Для достижения несложного насаживания участка крепления уплотнительной втулки на участок посадки может быть предусмотрен радиальный зазор между участком посадки и внутренней окружной поверхностью участка крепления. Альтернативно может быть предусмотрено, что в полностью насаженном состоянии участок крепления прилегает к поверхности посадки участка посадки для обеспечения следующего уплотнения дополнительно к уплотнению относительно уплотнительной поверхности.
Участок крепления расположен на первом аксиальном конце уплотнительной втулки. На втором аксиальном конце уплотнительной втулки может быть предусмотрен уплотнительный участок, который содержит уплотнение, причем уплотнение служит для уплотнения уплотнительной втулки относительно второго элемента вала карданного вала.
В одном исполнении уплотнительная втулка выполнена из нескольких частей и содержит первый трубчатый концевой элемент, на котором выполнен участок крепления, и второй трубчатый концевой элемент, на котором выполнен уплотнительный участок. Второй трубчатый концевой элемент может быть соединен с первым концевым трубчатым элементом предпочтительно неразъемно, непосредственно или с помощью, по меньшей мере, одного трубчатого промежуточного элемента.
Трубчатые концевые элементы и по мере необходимости, по меньшей мере, трубчатый промежуточный элемент могут быть изготовлены из пластмассы.
В одной форме исполнения первый элемент вала может содержать цапфу вала, причем уплотнительная втулка расположена с радиальным интервалом вокруг нее коаксиально цапфе вала. В этом случае в радиальное промежуточное пространство между уплотнительной втулкой и цапфой вала может входить второй элемент вала в форме втулки или участка втулки второго элемента вала.
Наружный диаметр цапфы вала может быть выполнен меньшим по сравнению с наружным диаметром участка посадки. Тем самым уплотнительную втулку можно сдвигать через цапфу вала до достижения участка посадки без контакта уплотнительной втулки при насаживании с цапфой вала, в результате чего предотвращают повреждение уплотнительной втулки или покрытия цапфы вала.
В аксиальном концевом положении первого элемента вала и второго элемента вала относительно друг друга они могут непосредственно аксиально опираться друг о друга. Тем самым, концевой упор определен самими элементами вала. Уплотнительная втулка не нагружена и не подвержена воздействию нагрузки.
Предпочтительные примеры исполнения пояснены в последующем более подробно на основании чертежей, на которых представлено следующее:
фиг. 1 - схематический вид сбоку на карданный вал с компенсирующей секцией с первой формой исполнения соответствующего изобретению уплотнительного устройства;
фиг. 2 - первый элемент вала с карданным валом и уплотнительной втулкой в увеличенном масштабе второй формы исполнения уплотнительного устройства; и
фиг. 3 - в увеличенном масштабе крепление уплотнительной втулки на элементе вала в соответствии с фрагментом Х на фиг. 2.
Фиг. 1 показывает карданный вал в форме вала с карданным шарниром, содержащий первый карданный шарнир 1 и второй карданный шарнир 2, которые соединены между собой без возможности поворота валом с компенсирующей секцией 3. Первый карданный шарнир 1 содержит первую внутреннюю вилку 17 и первую наружную вилку 18, которые шарнирно соединены друг с другом с помощью первой гарнитуры 19 крестовины карданного шарнира. Первая наружная вилка 18 содержит первый фланец 20 для присоединения к приводному или ведомому конструктивному узлу. Первая внутренняя вилка 17 переходит в цапфу 8 вала, причем первая внутренняя вилка 17 и цапфа 8 вала представляют собой первый элемент 21 вала.
Второй карданный шарнир 2 содержит вторую внутреннюю вилку 22 и вторую наружную вилку, которые через вторую гарнитуру 24 крестовины карданного шарнира шарнирно соединены между собой.
Вторая наружная вилка 23 содержит второй фланец 25 для соединения с ведущим или ведомым конструктивным элементом. Вторая внутренняя вилка 22 стационарно соединена с присоединительной трубой 6, которая, в свою очередь, стационарно соединена со вторым элементом 5 вала в форме втулки.
Второй элемент 5 вала содержит удлиненное отверстие, в котором расположен внутренний зубчатый венец 7, зубья которого проходят параллельно продольной оси 4 и расположены распределенными по периметру.
Цапфа 8 вала содержит дополнительный наружный зубчатый венец 9, зубья которого входят в зацепление с зубьями внутреннего зубчатого венца 7 и укреплены с возможностью продольного перемещения относительно них, в результате чего между цапфой 8 вала и вторым элементом 5 вала возможна передача крутящего момента вокруг продольной оси 4.
Второй элемент 5 вала содержит наружную поверхность 10 прилегания с формой круглого цилиндра. Коаксиально вокруг вала 8 цапфы и вокруг второго элемента 5 вала расположена уплотнительная втулка 11, которая одним первым аксиальным концом 12 укреплена на участке 26 посадки первого элемента 21 вала. На втором аксиальном конце 13 уплотнительной втулки 11, расположенном напротив первого аксиального конца 12, присоединен держатель 15 уплотнения с уплотнительным участком 16. При этом уплотнительная втулка 11 разделена на две части, причем первый трубчатый концевой элемент 40 содержит первый аксиальный конец 12 уплотнительной втулки 11, а второй трубчатый концевой элемент 41 содержит держатель 15 уплотнения со вторым концом 1 уплотнительной втулки 11. Оба трубчатых концевых элемента 40, 41 непосредственно соединены между собой. Оба трубчатых концевых элемента 40, 41 изготовлены из пластмассы и сварены друг с другом.
Уплотнительная втулка 11 содержит внутреннюю окружную поверхность 14, которая расположена на радиальном расстоянии от поверхности 10 прилегания. В области уплотнительного участка 16 в радиальном зазоре между внутренней окружной поверхностью 14 уплотнительной втулки 11 и поверхностью 10 прилегания второго элемента 5 вала посажено уплотнение 27, которое укреплено на уплотнительном участке 16 и удерживается с уплотняющим прилеганием к поверхности 10 прилегания. Это уплотнительное устройство служит для предотвращения попадания грязи или влаги в компенсирующую секцию 3 и выхода консистентной смазки из него. Такие карданные валы используют в целом в машиностроении или, однако, в транспортных средствах для передачи крутящих моментов, например, между двигателем и коробкой передач.
Фиг. 1 служит исключительно для схематического обзора отдельных конструктивных элементов карданного вала. Фиг. 2 показывает в деталях конструкцию альтернативной формы исполнения уплотнительного устройства. Фиг. 3 показывает в увеличенном масштабе фрагмент Х в соответствии с фиг. 2. Фиг. 2 и 3 описаны в последующем совместно.
Уплотнительное устройство в соответствии с фиг. 2 и 3 выполнено из четырех частей. Уплотнительная втулка 11 содержит, как и при первой форме исполнения в соответствии с фиг. 1, первый трубчатый концевой элемент 40, который образует первый аксиальный конец 12 уплотнительной втулки 11, и второй трубчатый концевой элемент 41, который образует второй аксиальный конец 13 уплотнительной втулки 11. Между обоими трубчатыми концевыми элементами 40, 41 расположены два трубчатых промежуточных элемента 42, 43, которые соединены друг с другом и соответственно с одним из трубчатых концевых элементов 40, 41 и вместе образуют имеющую форму трубы уплотнительную втулку 11. Длины отдельных трубчатых промежуточных элементов 42, 43 и по мере необходимости также трубчатых концевых элементов 40, 41 могут быть согласованы в зависимости от необходимой общей длины уплотнительной втулки 11.
На обращенном к первому аксиальному концу 12 конце второго трубчатого концевого элемента 41 он содержит сварной фланец 29, к которому приварен второй трубчатый концевой элемент 40 с одним из обоих трубчатых промежуточных элементов 43.
На первом аксиальном конце 12 уплотнительная втулка 11 содержит участок 28 крепления, с помощью которого уплотнительная втулка 11 посажена на участок 26 посадки первого элемента 21 вала.
Участок 26 посадки содержит посадочную поверхность с первым участком 30 посадочной поверхности и вторым участком 31 посадочной поверхности, которые выполнены в виде наружных окружных поверхностей и которые отделены друг от друга посредством окружного паза 32. Первый участок 30 посадочной поверхности расположен ближе к цапфе 8 фала, а второй участок 31 посадочной поверхности расположен ближе к первой внутренней вилке 17.
Окружный паз 32 образует расположенную ближе к цапфе 8 вала опорную поверхность 33, которая обращена к первой внутренней вилке 17.
На внутренней окружной поверхности 14 уплотнительной втулки 11 сформован фиксирующий выступ 36 в виде окружной закраины, причем фиксирующий выступ 36 выступает от внутренней окружной поверхности 14 внутрь в радиальном направлении относительно продольной оси 4. Фиксирующий выступ 36 входит с зацеплением в окружный паз 32, причем поверхность 37 кругового кольца, расположенная в плоскости, проходящей перпендикулярно продольной оси 4, опирается об опорную поверхность 33 окружного паза 32, будучи направленным аксиально в направлении от первой внутренней вилки 17. Опорная поверхность 33 также расположена в плоскости, проходящей перпендикулярно продольной оси 4. Таким образом, в смонтированном состоянии уплотнительной втулки 17 последняя аксиально зафиксирована на участке 28 крепления.
Далее, участок 28 крепления содержит между вторым участком 31 посадочной поверхности и первой внутренней вилкой 17 уплотнительную поверхность 34, которая при изображенной примерной форме исполнения выполнена с конической формой и сужается в направлении цапфы 8 вала. Представляется также возможным, что уплотнительная поверхность 34 расположена под другим углом к продольной оси 4. Так, уплотнительная поверхность 34 может быть также расположена в плоскости, перпендикулярной продольной оси 4.
Участок 28 крепления уплотнительной втулки аксиально укреплен с прилеганием к уплотнительной поверхности 34. Для этого участок 28 крепления содержит на первом конце 12 внутреннюю поверхность 35, которая в показанной примерной форме исполнения также выполнена с конической формой и раскрывается в направлении уплотнительной поверхности 34. Внутренняя поверхность 35 может быть также расположена под другим углом к продольной оси 4. Альтернативно вместо внутренней поверхности 35 может быть предусмотрена внутренняя кромка, которая укреплена с уплотняющим прилеганием к уплотнительной поверхности 34.
В показанном примере углы раскрыва уплотнительной поверхности 34 и внутренней поверхности 35, по меньшей мере, приблизительно идентичны, так что эти обе поверхности укреплены с плоским прилеганием. На фиг. 3 следует отметить, что участок 28 крепления изображен недеформированным. Поэтому видно, что присутствует избыточный размер, в результате чего участок 28 крепления действительно (отлично от упрощенного изображения на фиг. 3) несколько сплющен и/или расширен радиально наружу. Для этого участок 28 крепления зажат между опорной поверхностью 33 и уплотнительной поверхностью 34.
Для придания участку 28 крепления хороших упругих свойств деформации толщина стенки уплотнительной втулки 11 в области участка 28 крепления может быть уменьшена относительно прочей области уплотнительной втулки 11 (не изображена).
Для монтажа уплотнительную втулку 11 с участком 28 крепления насаживают на участок 26 посадки до вхождения фиксирующего выступа 36 с зацеплением в окружный паз 32. Для несложного насаживания в переходной области между первым участок 30 посадочной поверхности и цапфой 8 вала выполнена коническая разгонная поверхность 38, которая изображена в виде наружной окружной поверхности и сужается в направлении цапфы 8 вала. Фиксирующий выступ 36 содержит соответствующую, имеющую форму конуса сопряженную поверхность 39, которая выполнена в качестве внутренней окружной поверхности и расширена в направлении первого конца 12. При насаживании уплотнительной втулки 11 на участок 26 посадки сопряженная поверхность 39 скользит сначала по разгонной поверхности 38. За счет конического исполнения разгонной поверхности 38 участок 28 крепления расширен радиально наружу, в результате чего фиксирующий выступ 36 набегает на первый участок 30 посадочной поверхности и может быть сдвинут дальше до погружения фиксирующего выступа 367 в окружный паз 32.
Для обеспечения несложного насаживания, а также по возможности беспроблемной установки уплотнительной втулки 22 на участок 26 посадки внутренняя окружная поверхность 14 в области между первым концом 12 и фиксирующим выступом 36 имеет внутренний диаметр, который больше, чем в области, которая при рассмотрении от первого конца 12 примыкает к фиксирующему выступу 36 в направлении второго конца 13. Таким же образом наружный диаметр первого участка 30 посадочной поверхности меньше наружного диаметра второго участка 31 посадочной поверхности.
Для обеспечения по возможности хорошей упругой деформируемости уплотнительная втулка 11 выполнена из пластмассы.