ЗАЩИТНЫЙ ЧЕХОЛ ШАРНИРА РАВНЫХ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ
PROTECTIVE COVER OF JOINT OF EQUAL ANGULAR SPEED

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, к конструкции автомобиля, и может быть применено в приводах колес для защиты шарниров равных угловых скоростей с целью исключения попадания в рабочую зону шарнира влаги, пыли и других инородных предметов, ухудшающих работоспособность и снижающих срок эксплуатации узла за счет создания герметически замкнутой оболочки вокруг его рабочей зоны.
Известен защитный гофрированный чехол, содержащий гофрированный чехол с установочными участками большего и меньшего диаметров для крепления чехла посредством хомутов соответственно на корпусе и на валу шарнира, установочные элементы чехла в его продольном осевом сечении выполнены с ровными внутренними цилиндрическими поверхностями для установки чехла на соответствующие детали шарнира и с ровными наружными цилиндрическими поверхностями для установки на них хомутов (см. патент США №5879238, F16D 3/84, 1999 г.).
К недостаткам известной конструкции защитного гофрированного чехла можно отнести:
- трудоемкий и сложный монтаж чехла на шарнир и демонтаж чехла с шарнира, поскольку для обеспечения герметичной установки чехла на детали шарнира внутренние диаметры каждого из установочных участков выполнены с меньшими размерами, чем диаметры посадочных мест деталей шарнира (корпуса и вала), т.е. чехол на детали шарнира в посадочных местах устанавливается с натягом, но так как линия образующей внутренние поверхности каждого из установочных участков чехла выполнена в виде прямой одного диаметра по всей ширине участков, то и сопротивление при установке и снятии каждого из установочных участков большое, требующее приложения существенных усилий,
- недостаточная надежность стяжки хомутами установочных участков чехла и соответственно удержания установочных участков чехла на посадочных местах деталей шарнира при эксплуатации, поскольку при стяжке (или защелкивании) хомутов необходимо сжать хомутами по всей своей ширине достаточно массивную толщину сплошных установочных участков чехла, что требует приложения больших усилий. Известно, что надежность такого соединения и, соответственно, герметичность зависят от контактного давления в области соединения. При такой конструкции установочных участков чехла в области обжатия контактное давление между установочными участками чехла и шарниром распределится относительно равномерно по всей поверхности контакта, что может быть недостаточно для работы узла в процессе эксплуатации.
Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности из известных решений является защитный чехол для шарнира, содержащий гофрированную часть, соединенную с установочными частями большего и меньшего диаметров, предназначенными для установки с последующим их закреплением посредством хомутов на корпусе и валу шарнира (см. патент РФ №2281423, МПК F16D 3/84, 2006 г.).
Однако известный чехол защитный при своем использовании имеет следующие недостатки:
- сложность формы установочных участков чехла,
- затруднения в проведении монтажа чехла на шарнир и демонтажа чехла с шарнира, поскольку волнообразные выступы установочной части чехла, упруго деформируясь, образуют дополнительные контактные плоскости, препятствующие перемещению чехла,
- недостаточная герметичность установленного на шарнире защитного чехла,
- недостаточная надежность крепления защитного чехла на деталях шарнира при его эксплуатации.
При затяжке защитного чехла на соответствующих деталях шарнира хомутами все волнообразные выступы установочных участков чехла упруго деформируются, причем крайние, обращенные внутрь волнообразные выступы, деформируясь, контактируют с одной из соответствующих деталей шарнира с образованием двух замкнутых воздушных полостей между деталью шарнира и волнообразными выступами установочных участков. Два других наружных волнообразных выступа установочного участка, деформируясь, образуют замкнутую полость с внутренней поверхностью хомута. Таким образом, в рабочем состоянии установочные участки чехла во взаимодействии с соответствующими деталями шарнира и хомутами представляют собой пористый элемент, имеющий замкнутые полости, который должен обеспечить герметичность шарнира и надежность крепления чехла на соответствующих деталях шарнира.
Известно, что для обеспечения надежности, долговечности и герметичности узла нужно механически деформировать уплотнение, в данном случае установочные участки чехла, чтобы обеспечить их прилегание к уплотнительным поверхностям (хомута и соответствующей детали шарнира), заполнив все неровности и дефекты поверхности. Причем чем больше внутреннее давление материала (или контактное давление), создаваемое за счет его деформирования, тем выше надежность и герметичность соединения. Пористые элементы из эластичного материала легко деформируются, и чем крупнее пористость материала, тем необходима большая деформация уплотнения для формирования минимального контактного давления, обеспечивающего герметичность и надежность соединения. При повороте автомобиля изменяется положение оси вращающегося вала шарнира по отношению к оси вращающегося корпуса. Чехол, вращаясь вместе с шарниром, преломляется, причем одна сторона гофр циклически растягивается, а противоположная сжимается. При преломлении чехла деформируется установочный участок со стороны гофрированного участка, при этом первый внутренний волнообразный выступ со стороны гофрированного участка может быть вытянут из-под обжимающего воздействия хомута, что приведет к снижению контактного давления, создаваемого при обжатии хомутом установочных участков чехла на соответствующих деталях шарнира. Снижение контактного давления может привести к нарушению герметичности шарнира. Учитывая условия эксплуатации чехлов (повышенные обороты вращения шарнира, высокая температура, большой угол изгиба чехла), надежность крепления чехла с пористой конструкцией установочного участка, а следовательно, герметичность и работоспособность шарнира, могут быть нарушены.
Задача изобретения - создание защитного чехла шарнира равных угловых скоростей.
Техническим результатом при использовании предложенного защитного чехла шарнира равных угловых скоростей является упрощение формы установочных участков чехла, устранение затруднений в проведении монтажа чехла на шарнир и демонтажа чехла с шарнира, повышение герметичности установленного на шарнире защитного чехла, повышение надежности крепления защитного чехла на деталях шарнира при его эксплуатации, а также повышение ресурса эксплуатации.
Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложен защитный чехол шарнира равных угловых скоростей, содержащий гофрированную часть, соединенную с установочными частями большего и меньшего диаметров, предназначенными для установки с последующим их закреплением посредством хомутов на корпусе и валу шарнира, при этом каждая установочная часть чехла выполнена с двумя соосно расположенными полуовальными кольцевыми выступами, причем вершина одного полуовального кольцевого выступа обращена наружу и предназначена для контакта с хомутом, а вершина другого полуовального кольцевого выступа обращена внутрь и предназначена для контакта с одной из соответствующих деталей шарнира, при этом в продольном осевом сечении чехла поверхность наружного полуовального кольцевого выступа выполнена по длине наружной поверхности установочного участка в форме полукруга с радиусами для каждого из участков R1 и/или R2, а поверхность внутреннего полуовального кольцевого выступа выполнена по всей длине гладкой или с усеченной вершиной на части длины внутренней полуовальной поверхности установочного участка, причем диаметр внутреннего полуовального кольцевого выступа не превышает наружный диаметр посадочного места соответствующей контактной детали шарнира.
Среди признаков, характеризующих предложенный защитный чехол шарнира равных угловых скоростей, существенными являются:
- выполнение каждой установочной части чехла с двумя соосно расположенными полуовальными кольцевыми выступами, причем вершина одного полуовального кольцевого выступа обращена наружу и предназначена для контакта с хомутом, а вершина другого полуовального кольцевого выступа обращена внутрь и предназначена для контакта с одной из соответствующих деталей шарнира,
- выполнение в продольном осевом сечении чехла поверхности наружного полуовального кольцевого выступа по длине наружной поверхности установочного участка в форме полукруга с радиусами для каждого из участков R1 и/или R2,
- выполнение в продольном осевом сечении чехла поверхности внутреннего полуовального кольцевого выступа по всей длине гладкой или с усеченной вершиной на части длины внутренней полуовальной поверхности установочного участка, причем диаметр внутреннего полуовального кольцевого выступа не превышает наружный диаметр посадочного места соответствующей контактной детали шарнира.
Экспериментальные исследования предложенного защитного чехла шарнира равных угловых скоростей показали его высокую эффективность. Было установлено, что предложенный защитный чехол шарнира равных угловых скоростей обладает упрощенной формой установочных участков, отсутствием затруднений в проведении монтажа чехла на шарнир и демонтажа чехла с шарнира. Кроме того, предложенный защитный чехол шарнира равных угловых скоростей имеет повышенную герметичность установленного на шарнире защитного чехла, повышенной на 15% надежностью крепления защитного чехла на деталях шарнира при его эксплуатации, а также обладает повышенным на 16% ресурсом эксплуатации.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан разрез общего вида предложенной конструкции защитного чехла шарнира равных угловых скоростей, у которого каждая установочная часть чехла выполнена с двумя соосно расположенными полуовальными кольцевыми выступами, причем вершина одного обращена наружу и предназначена для контакта с хомутом, а вершина другого кольцевого выступа обращена внутрь и предназначена для контакта с одной из соответствующих деталей шарнира, на фиг.2 показан выносной элемент А фиг.1, на фиг.2а показан выносной элемент Б фиг.1, на фиг.3 показан разрез установочного участка, у которого поверхность наружного кольцевого выступа выполнена по длине наружной поверхности установочного участка в форме полукруга, а поверхность внутреннего кольцевого выступа выполнена с усеченной вершиной на части длины внутренней поверхности установочного участка, на фиг.4 показан разрез установочного участка после сборки чехла с деталью шарнира и обжатия хомутом.
1
1
2
2
Чехол защитный шарнира равных угловых скоростей состоит, как показано, например, на фиг.1, из гофрированной части 1, соединенной с установочными частями большего 2 и меньшего 3 диаметров, предназначенных для установки с последующим их закреплением посредством хомутов на детали шарнира равных угловых скоростей, а именно корпус (не показан) и вал 4 (фиг.4). Каждая установочная часть чехла (фиг.2 и 2а) выполнена с двумя соосно расположенными полуовальными кольцевыми выступами. Вершина одного полуовального кольцевого выступа (r1 и r2) обращена наружу и предназначена для контакта с хомутом 5 (фиг.4), а вершина другого полуовального кольцевого выступа (R1 и R2) обращена внутрь и предназначена для контакта с одной из соответствующих деталей шарнира. Причем вершины полуовальных кольцевых выступов в продольном осевом сечении чехла (фиг.1 - фиг.3) выполнены на осях O-O и О-O, расположенных перпендикулярно оси O-O.
Диаметры вершин внутренних кольцевых выступов d1 и d2 (фиг.2 и 2а) не превышают наружные диаметры посадочных мест D1 или D2 соответствующих контактных деталей шарнира (показаны пунктирной линией).
В частном случае места переходов наружных (l1 и l2) и внутренних (L1 и L2) поверхностей установочных участков чехла в боковые стенки в виде буртов могут быть выполнены в форме галтелей с радиусами r или R (фиг.2, фиг.2а и фиг.3).
В продольном осевом сечении чехла поверхности каждого наружного кольцевого выступа (фиг.3) выполнены по длине наружной поверхности 11 (не показано) или 12 установочного участка в форме полукруга с радиусами r1 (не показано) или r2, а поверхности внутренних кольцевых выступов выполнены с усеченной вершиной шириной 1 на части длины внутренней поверхности установочных участков L1 (не показано) или L2, причем диаметры внутреннего кольцевого выступа d1 (не показано) или d2 не превышают наружные диаметры посадочных мест D1 (не показано) или D2 соответствующих контактных деталей шарнира (показаны пунктирной линией).
При монтаже (установке) защитного чехла на шарнир равных угловых скоростей чехол установочной частью 3 (фиг.1) меньшего диаметра устанавливают на посадочное место вала 4 шарнира (фиг.4), а установочной частью 2 большего диаметра (фиг.1) устанавливают на посадочную поверхность корпуса шарнира (не показан). На установочные части 2 и 3 чехла (фиг.1, фиг.4) устанавливают хомуты 5, после чего хомуты приводятся в рабочее состояние (как правило, застегиваются и затягиваются или просто затягиваются).
Применение двойных соосных полуовальных кольцевых выступов на установочных участках чехлов в сравнении с чередующимися волнообразными выступами существенно упрощает конструкцию установочных участков чехла. Предлагаемая конструкция формы установочных участков технологичнее и проще в изготовлении.
2
2
Предложенный чехол характеризуется отсутствием затруднений в проведении процесса монтажа и демонтажа, имеет повышенную на 15% надежность стопорения чехла на соответствующих деталях шарнира. При обжатии чехла на шарнире с помощью хомутов 5 кольцеобразные выступы установочной части 2 и 3 деформируются, и при этом уплотняется структура и уменьшается объем пор материала чехла. Деформируясь, кольцевые выступы установочных участков чехла 2 и 3 (фиг.4) обжимают контактные плоскости соответствующих деталей шарнира. Причем по длине шейки установочных участков 2 и 3 в зоне обжатия хомутом 5 создается переменное контактное давление с максимальным значением в области оси О-О (фиг.3 и 4), проходящей через вершины кольцеобразных выступов. По сравнению с известными аналогами создание зоны повышенного контактного давления обеспечивает улучшение надежности уплотнения узла и соединения чехла с шарниром. При такой конструкции установочных частей условия эксплуатации чехлов (повышенные обороты вращения шарнира, высокая температура, большой угол изгиба чехла) не влияют на надежность крепления чехла с шарниром. Отсутствие замкнутых полостей в конструкции установочных участков чехлов и наличие двойных соосных кольцевых выступов позволяет обеспечить уплотнение с повышенным контактным давлением, т.е. с более надежным соединением чехла с деталями шарнира и надежной герметичностью шарнира. В качестве материала для чехлов предлагаемой конструкции можно использовать резину, полимеры на основе полиуретана или силикона и т.д.
Предлагаемую конструкцию защитного чехла шарнира равных угловых скоростей можно применять в приводах колес автомобилей.