УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСЦЕПЛЕНИЯ ПРИВОДА
DRIVE DISENGAGEMENT DEVICE

Область техники
Изобретение относится к устройству для расцепления привода вала колеса транспортного средства согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.
Уровень техники
Крупные транспортные средства, имеющие множество валов колес и предназначенные для транспортировки тяжелых грузов и/или для работы в труднопроходимой местности, часто бывают снабжены приводом на двух или более валах колес.
При этом транспортные средства с приводом на большем числе валов потребляют больше топлива, чем транспортные средства с приводом на меньшем количестве валов, даже при использовании в условиях, где валы с дополнительными приводами не являются необходимыми для сообщения движения транспортному средству. Данное повышенное потребление топлива обусловлено по большей части увеличением потерь на трение в соответствующих передаточных устройствах для передачи энергии различным приводным валам.
Поэтому на рынке имеются различные системы, которые расцепляют привод одного или более валов колес, когда в них нет необходимости, с целью сокращения потребления топлива транспортным средством.
Система расцепления привода вала колеса, описанная в патенте № США 4046210, содержит расцепляющее устройство, размещенное в передаточном механизме приводного вала. Однако свободное пространство в передаточном механизме привода вала очень ограничено, так как в нем должно быть размещено много различных элементов. Применение данного технического решения к тяжелым транспортным средствам, приводные валы и расцепляющие устройства в которых подвергаются воздействию огромных сил, означает, что размещение в имеющемся пространстве расцепляющего устройства, способного передавать такие большие нагрузки, представляется очень сложным.
Другая система расцепления привода вала колеса, описанная в заявке на патент США № 2006/0272866A1, содержит расцепляющее устройство, размещенное вблизи выходного вала передаточного механизма приводного вала. Устройство содержит дополнительный вал, размещенный между обычным приводным валом и элементами трансмиссии, которые сцеплены с приводным валом. Однако данное решение с дополнительным приводным валом означает, что расцепляющее устройство занимает значительное пространство в осевом направлении, увеличивая тем самым осевую длину передаточного устройства приводного вала.
Следовательно, существует необходимость в устройстве для расцепления привода вала колеса транспортного средства, которое занимает ограниченное пространство и способно передавать большие крутящие моменты.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание расцепляющего устройства, удовлетворяющего вышеописанной потребности.
Задача решается с помощью устройства согласно независимому пункту формулы изобретения. Устройство для расцепления привода вала колеса предназначено для размещения вблизи приводного вала, для присоединения и отцепления ведомого узла, с которым сцепляется приводной вал, и содержит:
по меньшей мере, один подшипник, установленный вокруг конца приводного вала;
несущий элемент, который сцеплен с упомянутым узлом или с приводным валом, имеет достаточно большую внутреннюю полость, чтобы охватить конец приводного вала и подшипник, и закреплен в подшипнике таким образом, чтобы он мог свободного вращаться относительно приводного вала;
соединительное кольцо, сцепленное с возможностью вращения с приводным валом и подвижное относительно приводного вала в осевом направлении;
соединительную вилку, которая, по меньшей мере, частично окружает соединительное кольцо и подвижна в осевом направлении относительно приводного вала;
включающее устройство, которое действует на соединительную вилку, перемещая последнюю в осевом направлении вдоль приводного вала.
Сцепление приводного вала с упомянутым узлом подразумевает перемещение соединительной вилки и соединительного кольца в осевом направлении к несущему элементу посредством включающего устройства таким образом, что приводной вал оказывается сцепленным во вращении с несущим элементом и упомянутым узлом посредством соединительного кольца.
Данное устройство имеет преимущество, состоящее в том, что оно может быть размещено вблизи вторичного приводного вала коробки передач, но отдельно от коробки передач. Это большое преимущество в облегчении сочетания устройства с уже существующими коробками передач, без необходимости в дорогостоящей и занимающей много времени модификации последних.
Тот факт, что устройство является отдельным от коробки передач, также означает, что для составляющих частей устройства имеется значительно больше места, что позволяет придать им размеры, достаточные, чтобы выдержать большие силы, передаваемые через приводной вал в тяжелых транспортных средствах.
Устройство также легко устанавливается в уже существующих транспортных средствах, и для удовлетворительной работы устройства нет необходимости во встраивании его в коробку передач или в передаточное устройство приводного вала.
Еще одно большое преимущество устройства согласно изобретению состоит в том, что оно может быть встроено в существующие конструкции, так как осевая длина приводного вала может остаться неизменной и, по существу, единственным последствием сцепления держателя с ведомым узлом является немного укороченный приводной вал для передачи крутящего момента от несущего элемента к упомянутому узлу. Это становится возможным благодаря расположению расцепляющего устройства вокруг конца приводного вала.
Тот факт, что устройство по изобретению отдельно от коробки передач, также означает очень легкий доступ к нему, например, для технического обслуживания или ремонта.
Согласно варианту осуществления изобретения несущий элемент примыкает к части универсального соединения. Данное расположение устройства и его частей влечет за собой минимум изменений в существующих системах, которые не имеют данного приспособления для сцепления и расцепления. Это также означает, что устройство полностью отдельно от коробки передач или привода на противоположном конце приводного вала.
Согласно варианту осуществления устройства обращенные одна к другой стороны держателя и соединительного кольца снабжены сопрягаемыми зубьями. Это вариант осуществления, результатом применения которого является надежное сцепление несущего элемента и соединительного кольца, а также возможность удовлетворительной передачи энергии.
В одном из вариантов осуществления устройства соединительное кольцо сцеплено во вращении с валом посредством промежуточного элемента и шлицевого соединения, позволяющего соединительному кольцу перемещаться относительно вала. Результатом применения данного варианта осуществления являются характеристики крепления, важные для функционирования устройства, при этом силы на зубьях во время передачи крутящего момента поддерживаются на приемлемом уровне.
Согласно одному из вариантов осуществления устройства соединительная вилка не может вращаться вместе с соединительным кольцом и приводным валом. Результатом применения данного варианта осуществления является простое и функциональное изделие.
Согласно одному из вариантов осуществления устройства включающее устройство работает от сжатого воздуха или электродвигателя и действует в осевом направлении по отношению к соединительной вилке, когда соединительное кольцо необходимо сцепить с несущим элементом или отцепить от него. Сжатый воздух используется во многих транспортных средствах, например, для тормозных систем и т.д., так что хорошо использовать уже существующие системы.
Согласно варианту осуществления устройства соединительная вилка зацепляется с соединительным кольцом по канавке в наружной периферии соединительного кольца. Результатом данной компоновки деталей является простое и надежное решение, в котором соединительная вилка скользит по канавке в наружной периферии соединительного кольца.
Настоящее изобретение также относится к транспортным средствам, содержащим, по меньшей мере, одну коробку передач или вал-шестерню и приводной вал, выходящий из нее, и устройство согласно любому из вариантов осуществления изобретения. Настоящее изобретение обеспечивает преимущества при установке, например, на грузовые автомобили с двумя ведущими мостами, состоящие в том, что его можно использовать для отцепления любых приводных валов, не нужных в данный момент, уменьшая тем самым потребление топлива транспортным средством.
Согласно варианту осуществления изобретения устройство расположено вблизи универсального соединения. Данное расположение и компоновка означают, что лишь малое количество других компонентов двигателя подлежит модификации, чтобы встраивать устройство в уже скомпонованные транспортные средства.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на Фиг.1, на которой устройство представлено схематично, в разрезе.
Подробное описание изобретения
На Фиг.1 представлен первый вариант осуществления устройства 10 для отцепления приводного вала 11 от не показанного на чертеже узла и сцепления его с данным узлом. Представленный вариант осуществления устройства 10 содержит два подшипника 12, установленные вокруг приводного вала 11, вблизи его конца 13, для обеспечения опоры несущего элемента 14.
Несущий элемент 14 имеет больший наружный диаметр, чем приводной вал 11, и внутреннюю полость, диаметр которой больше наружного диаметра двух подшипников 12, так что несущий элемент можно разместить таким образом, чтобы он окружал конец 13 и концевую гайку приводного вала 11. Несущий элемент 14 прикреплен к подшипникам 12 и, следовательно, свободно вращается относительно приводного вала 11. Конец несущего элемента 14 по всей окружности снабжен канавками 18 для зубьев, а противоположный конец несущего элемента 14, обращенный от приводного вала 11, в данном варианте осуществления образует часть универсального соединения, используемого для передачи энергии и угловой коррекции в системе силовой передачи.
Устройство также содержит соединительное кольцо 15, сцепленное с возможностью вращения с приводным валом 11 и подвижное относительно него в осевом направлении. Это становится возможным благодаря шлицевому соединению, которое сцепляет соединительное кольцо 15 с приводным валом 11 таким образом, что оно вращается вместе с ним, однако в то же время кольцо может скользить по шлицевому соединению. Данное соединение принимает форму выступов или канавок, обычно называемых шлицами, которые выполнены на обращенных друг к другу поверхностях приводного вала 11 и соединительного кольца 15. Данные шлицы на соответствующих поверхностях взаимодействуют между собой таким образом, что кольцо 15 и вал 11 могут перемещаться в осевом направлении друг относительно друга, но не могут вращаться друг относительно друга. Соединительное кольцо 15 расположено либо непосредственно вокруг приводного вала 11, либо как на чертеже, где между приводным валом 11 и соединительным кольцом 15 помещен промежуточный элемент 16. Элемент 16 имеет на наружном (в осевом направлении) конце гнезда под подшипники, предназначенные для подшипников 12 несущего элемента 14, а на радиально наружном участке имеет шлицы, взаимодействующие с соответствующими шлицами на соединительном кольце 15 таким образом, что кольцо 15 подвижно в осевом направлении относительно элемента 16, по шлицевому соединению между ними. Положение шлицевого соединения между элементом 16 и соединительным кольцом 15 в радиальном направлении выбирают таким образом, чтобы на протяжении шлицевого соединения в осевом направлении можно управлять силами на зубьях.
Соединительная вилка 17, установленная вокруг соединительного кольца 15, имеет такую форму, что, по меньшей мере, частично окружает соединительное кольцо 15. Как и соединительное кольцо 15, соединительная вилка 17 подвижна в осевом направлении относительно приводного вала 11. Соединительная вилка 17 зацепляется с соединительным кольцом 15 посредством канавки в наружной поверхности соединительного кольца, и ее функция в сцеплении и расцеплении состоит в том, чтобы перемещать соединительное кольцо 15 из положения зацепления с держателем в положение выхода из зацепления с держателем и обратно. Соединительная вилка 17 прочно закреплена в окружающих ее конструкциях.
Устройство также содержит включающее устройство 20, которое действует на соединительную вилку 17, перемещая последнюю и, следовательно, также соединительное кольцо 15, закрепленное в вилке включения сцепления, в осевом направлении вдоль приводного вала 11. Включающее устройство 20 может иметь различные конструкции при условии, что оно создает необходимое перемещение соединительной вилки 17 и связанного с ней соединительного кольца в нужных направлениях.
Когда привод ведомого узла не сцеплен, между зубьями 19 на соединительном кольце 15 и канавками 18 для зубьев в несущем элементе 14 нет зацепления. Вращение приводного вала не передается несущему элементу 14. Сцепление приводного вала 11 с не показанным на чертеже узлом, который необходимо привести в действие, подразумевает включение включающего устройства 20 с помощью не показанного на чертеже устройства управления, таким образом, что оно перемещает соединительную вилку 17 в осевом направлении, от включающего устройства 20. Затем перемещение соединительной вилки 17 также порождает, благодаря зацеплению между соединительной вилкой 17 и соединительным кольцом 15, перемещение соединительного кольца 15 в осевом направлении, к несущему элементу 14. Когда соединительное кольцо 15 достигает несущего элемента, канавки 18 для зубьев держателя и зубья 19 соединительного кольца 15 сцепляются, таким образом, что держатель 14 оказывается зафиксированным во вращении вместе с приводным валом 11, что позволяет передавать необходимый крутящий момент от приводного вала 11 к не показанному на чертеже ведомому узлу через соединительное кольцо 15 и несущий элемент 14.
На чертеже также изображен подшипник 21 для стабилизации приводного вала 11, охватывающая втулка 22 для защиты частей устройства 10 и конструкция 23, к которой прикреплено устройство. Следует отметить, что и сам несущий элемент 14, и его детали, взаимодействующие при его отцеплении и сцеплении посредством соединительного конца 15, расположены на конце приводного вала 11, в осевом направлении, за подшипником 21. Несущий элемент 14 вращается относительно уплотнительных элементов на наружной радиальной поверхности держателя 14, которые упираются во втулку 22.
Изобретение описано выше на основе одного из вариантов осуществления, однако устройство и конструкция его составляющих частей могут быть изменены без отступления от принципов изобретения. Например:
может быть изменена конструкция деталей;
могут быть добавлены дополнительные детали или компоненты с целью оптимизации устройства для определенного конкретного применения;
может быть изменено конкретное расположение устройства в существующих системах в свете требований, имеющих приоритетное значение, например, в связи с имеющимся в наличии свободным пространством.
Хотя изобретение описано выше на основе некоторых примеров вариантов осуществления, оно не ограничено ими и определяется на основе прилагаемой формулы изобретения.