КАРДАННЫЙ ВАЛ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
PROPELLER SHAFT OF VEHICLE

Область техники
Изобретение относится к карданному валу транспортного средства и, в частности, к техническому решению для повышения безопасности транспортного средства и одновременного сохранения достаточной несущей способности по крутящему моменту.
Уровень техники
В отношении трубы, работающей на сжатие и предназначенной для поглощения энергии столкновения во время столкновения транспортного средства, известно техническое решение для поглощения энергии столкновения во время столкновения транспортного средства посредством выполнения изгибаемой части, выгибающейся, то есть подвергаемой деформации в направлении столкновения в результате удара во время столкновения транспортного средства. Его примеры включают работающую на сжатие трубу транспортного средства, которая раскрыта в публикации нерассмотренной заявки на патент Японии № 6-278554 (JP 6-278554 А). В работающей на сжатие трубе транспортного средства, раскрытой в JP 6-278554 А, углубление, уменьшающее толщину листа в запланированном месте разрушения изгибаемой части, образовано так, что сила удара во время столкновения транспортного средства может быть уменьшена. В JP 6-278554 А также раскрыто то, что решение по предшествующему уровню техники также применимо для карданных валов транспортных средств.
Сущность изобретения
Посредством углубления, образованного в запланированном месте разрушения карданного вала транспортного средства, уменьшается осевая нагрузка, при которой начинается продольный изгиб запланированного места разрушения во время удара в направлении вперед и в обратном направлении транспортного средства. В результате уменьшается осевая нагрузка во время столкновения транспортного средства. Однако в случае, когда осевая нагрузка во время столкновения транспортного средства должна быть дополнительно уменьшена за счет образования углубления в запланированном месте разрушения карданного вала транспортного средства, допустимая величина крутящего момента, передаваемого от источника движущей силы к колесу в задней части посредством карданного вала транспортного средства, то есть несущая способность по крутящему моменту, может быть также уменьшена из-за углубления. В результате будут затруднены повышение безопасности на основе уменьшения осевой нагрузки, при которой начинается продольный изгиб запланированного места разрушения во время столкновения транспортного средства, и одновременное сохранение достаточной несущей способности по крутящему моменту во время вождения транспортного средства.
Согласно изобретению предложен карданный вал транспортного средством, посредством которого безопасность может быть повышена на основе уменьшения осевой нагрузки, при которой начинается разрушение в запланированном месте разрушения, то есть продольный изгиб во время столкновения транспортного средства, и достаточная несущая способность по крутящему моменту может одновременно сохраняться во время вождения транспортного средства.
Аспект изобретения относится к карданному валу транспортного средства. Карданный вал транспортного средства выполнен с возможностью передачи выходного вращающего усилия от источника движущей силы ведущим колесам. Карданный вал транспортного средства включает в себя ступенчатый трубообразный элемент, включающий в себя часть, наименее прочную при сжимающей нагрузке, по отношению к осевой сжимающей нагрузке на карданный вал транспортного средства и часть, наименее прочную при крутящей нагрузке, по отношению к нагрузке, вызывающей кручение вокруг оси карданного вала транспортного средства. Часть, наименее прочная при сжимающей нагрузке, и часть, наименее прочная при крутящей нагрузке, отстоят друг от друга в радиальном направлении ступенчатого трубообразного элемента.
В карданном вале транспортного средства согласно аспекту изобретения ступенчатый трубообразный элемент может включать в себя трубчатую часть с малым диаметром, имеющую заданный наружный диаметр, трубчатую часть с большим диаметром, имеющую наружный диаметр, превышающий наружный диаметр трубчатой части с малым диаметром, и первую сужающуюся трубчатую часть, соединяющую трубчатую часть с малым диаметром и трубчатую часть с большим диаметром друг с другом, часть, наименее прочная при сжимающей нагрузке, может быть расположена на первой сужающейся трубчатой части со стороны трубчатой части с большим диаметром, и часть, наименее прочная при крутящей нагрузке, может быть расположена на первой сужающейся трубчатой части со стороны трубчатой части с малым диаметром.
В карданном вале транспортного средства согласно аспекту изобретения имеющее форму канавки и проходящее в направлении вдоль окружности углубление, расположенное на наружной периферийной поверхности первой сужающейся трубчатой части со стороны трубчатой части с большим диаметром, может образовывать часть, наименее прочную при сжимающей нагрузке.
В карданном вале транспортного средства согласно аспекту изобретения ступенчатый трубообразный элемент может быть выполнен с конфигурацией, соответствующей нижеприведенным формуле 1 и формуле 2, в плоскости, включающей в себя осевую линию карданного вала транспортного средства,
0<1,95+0,0880 × a+708 × b - 96,7 × c+232 × d - 8,79 × a × b+0,562 × a × c+0,0150 × a × d+188 × b × c - 560 × b × d - 11,0 × c × d ... 1
0 < -627+7,63 × a+3420 × b - 18,6 × c+8,84 × d - 44,5 × a × b+5,11 × a × c+9,25 × a × d - 402 × b × c - 2100 × b × d - 728 × c × d ... 2
где а представляет собой первый угол конусности как угол между осевой линией карданного вала транспортного средства и участком первой сужающейся трубчатой части, образующим прямую линию, или касательной в точке перегиба на криволинейном участке первой сужающейся трубчатой части, b представляет собой степень сжатия трубы, определяемую как 1 - (наружный диаметр трубчатой части с малым диаметром/наружный диаметр трубчатой части с большим диаметром), с представляет собой долю радиуса R в трубчатой сжатой части, определяемую как радиус граничной части/радиус описанной окружности, при этом радиус граничной части представляет собой радиус кривизны дуги граничной части, описывающей прямую линию, отображающую наружную периферийную поверхность трубчатой части с большим диаметром, и кривую, отображающую наружную периферийную поверхность первой сужающейся трубчатой части, радиус описанной окружности представляет собой радиус кривизны дуги, описывающей первую среднюю точку и первую точку контакта, при этом первая средняя точка представляет собой среднюю точку между базовой точкой и первой точкой пересечения, когда точка пересечения между касательной к первой сужающейся трубчатой части и линией продолжения прямой линии, отображающей наружную периферийную поверхность трубчатой части с малым диаметром, представляет собой базовую точку, и точка пересечения между касательной к первой сужающейся трубчатой части и линией продолжения прямой линии, отображающей наружную периферийную поверхность трубчатой части с большим диаметром, представляет собой первую точку пересечения, первая точка контакта представляет собой точку, удаленную от базовой точки по направлению к наружной периферийной поверхности трубчатой части с малым диаметром на расстояние от базовой точки до первой средней точки, и d представляет собой коэффициент углубления, определяемый как толщина листа в месте углубления, проходящего в направлении вдоль окружности/толщина листа ступенчатого трубообразного элемента в местах, отличных от углубления, проходящего в направлении вдоль окружности.
В карданном вале транспортного средства согласно аспекту изобретения ступенчатый трубообразный элемент может включать в себя трубчатую часть со средним диаметром, имеющую наружный диаметр, который больше наружного диаметра трубчатой части с малым диаметром и меньше наружного диаметра трубчатой части с большим диаметром, и вторую сужающуюся трубчатую часть, соединяющую трубчатую часть с большим диаметром и трубчатую часть со средним диаметром друг с другом со стороны трубчатой части с большим диаметром. Второй угол конусности ступенчатого трубообразного элемента может быть меньше первого угла конусности, при этом первый угол конусности может представлять собой угол между осевой линией карданного вала транспортного средства и участком первой сужающейся трубчатой части, образующим прямую линию, или касательной в точке перегиба на криволинейном участке первой сужающейся трубчатой части, и второй угол конусности может представлять собой угол между осевой линией карданного вала транспортного средства и участком второй сужающейся трубчатой части, образующим прямую линию, или касательной в точке перегиба на криволинейном участке второй сужающейся трубчатой части.
Согласно аспекту изобретения карданный вал транспортного средства представляет собой карданный вал транспортного средства, выполненный с возможностью передачи выходного вращающего усилия от источника движущей силы ведущим колесам, при этом карданный вал транспортного средства включает в себя ступенчатый трубообразный элемент, включающий в себя часть, наименее прочную при сжимающей нагрузке, по отношению к осевой сжимающей нагрузке на карданный вал транспортного средства и часть, наименее прочную при крутящей нагрузке, по отношению к нагрузке, вызывающей кручение вокруг оси карданного вала транспортного средства, и часть, наименее прочная при сжимающей нагрузке, и часть, наименее прочная при крутящей нагрузке, отстоят друг от друга в радиальном направлении ступенчатого трубообразного элемента. Посредством данного аспекта изобретения уменьшается осевая нагрузка, при которой начинаются пластическая деформация и продольный изгиб места, определенного заранее, во время столкновения транспортного средства. Соответственно, безопасность может быть повышена, и одновременно может сохраняться несущая способность по крутящему моменту во время вождения транспортного средства.
Согласно аспекту изобретения ступенчатый трубообразный элемент включает в себя трубчатую часть с малым диаметром, имеющую заданный наружный диаметр, трубчатую часть с большим диаметром, имеющую наружный диаметр, превышающий наружный диаметр трубчатой части с малым диаметром, и первую сужающуюся трубчатую часть, соединяющую трубчатую часть с малым диаметром и трубчатую часть с большим диаметром друг с другом, часть, наименее прочная при сжимающей нагрузке, расположена на первой сужающейся трубчатой части со стороны трубчатой части с большим диаметром, и часть, наименее прочная при крутящей нагрузке, расположена на первой сужающейся трубчатой части со стороны трубчатой части с малым диаметром. Посредством данного аспекта изобретения безопасность может быть повышена на основе уменьшения осевой нагрузки, при которой начинаются пластическая деформация и продольный изгиб места, определенного заранее, во время столкновения транспортного средства, и одновременно может быть в достаточной степени сохранена несущая способность по крутящему моменту, необходимая во время вождения транспортного средства.
Согласно аспекту изобретения имеющее форму канавки и проходящее в направлении вдоль окружности углубление, расположенное на наружной периферийной поверхности первой сужающейся трубчатой части со стороны трубчатой части с большим диаметром, образует часть, наименее прочную при сжимающей нагрузке. Посредством данного аспекта изобретения может быть легко обеспечено уменьшение осевой нагрузки, при которой начинаются пластическая деформация и продольный изгиб места, определенного заранее, во время столкновения транспортного средства, и безопасность может быть дополнительно повышена.
Согласно аспекту изобретения ступенчатый трубообразный элемент выполнен с конфигурацией, соответствующей нижеприведенным формуле 1 и формуле 2, в плоскости, включающей в себя осевую линию карданного вала транспортного средства,
0<1,95+0,0880 × a+708 × b - 96,7 × c+232 × d - 8,79 × a × b+0,562 × a × c+0,0150 × a × d+188 × b × c - 560 × b × d - 11,0 × c × d ... 1
0 < -627+7,63 × a+3420 × b - 18,6 × c+8,84 × d - 44,5 × a × b+5,11 × a × c+9,25 × a × d - 402 × b × c - 2100 × b × d - 728 × c × d ... 2
где а представляет собой первый угол конусности как угол между осевой линией карданного вала транспортного средства и участком первой сужающейся трубчатой части, образующим прямую линию, или касательной в точке перегиба на криволинейном участке первой сужающейся трубчатой части, b представляет собой степень сжатия трубы, определяемую как 1 - (наружный диаметр трубчатой части с малым диаметром/наружный диаметр трубчатой части с большим диаметром), с представляет собой долю радиуса R в трубчатой сжатой части, определяемую как радиус граничной части/радиус описанной окружности, при этом радиус граничной части представляет собой радиус кривизны дуги граничной части, описывающей прямую линию, отображающую наружную периферийную поверхность трубчатой части с большим диаметром, и кривую, отображающую наружную периферийную поверхность первой сужающейся трубчатой части, радиус описанной окружности представляет собой радиус кривизны дуги, описывающей первую среднюю точку и первую точку контакта, при этом первая средняя точка представляет собой среднюю точку между базовой точкой и первой точкой пересечения, когда точка пересечения между касательной к первой сужающейся трубчатой части и линией продолжения прямой линии, отображающей наружную периферийную поверхность трубчатой части с малым диаметром, представляет собой базовую точку, и точка пересечения между касательной к первой сужающейся трубчатой части и линией продолжения прямой линии, отображающей наружную периферийную поверхность трубчатой части с большим диаметром, представляет собой первую точку пересечения, первая точка контакта представляет собой точку, удаленную от базовой точки по направлению к наружной периферийной поверхности трубчатой части с малым диаметром на расстояние от базовой точки до первой средней точки, и d представляет собой коэффициент углубления, определяемый как толщина листа в месте углубления, проходящего в направлении вдоль окружности/толщина листа ступенчатого трубообразного элемента в местах, отличных от углубления, проходящего в направлении вдоль окружности. Посредством данного аспекта изобретения уменьшается осевая нагрузка, при которой начинаются пластическая деформация и продольный изгиб места, определенного заранее, во время столкновения транспортного средства. Соответственно, безопасность может быть повышена, и одновременно может сохраняться несущая способность по крутящему моменту во время вождения транспортного средства.
Согласно аспекту изобретения ступенчатый трубообразный элемент включает в себя трубчатую часть со средним диаметром, имеющую наружный диаметр, который больше наружного диаметра трубчатой части с малым диаметром и меньше наружного диаметра трубчатой части с большим диаметром, и вторую сужающуюся трубчатую часть, соединяющую трубчатую часть с большим диаметром и трубчатую часть со средним диаметром друг с другом со стороны трубчатой части с большим диаметром. Второй угол конусности ступенчатого трубообразного элемента меньше первого угла конусности. Первый угол конусности представляет собой угол между осевой линией карданного вала транспортного средства и участком первой сужающейся трубчатой части, образующим прямую линию, или касательной в точке перегиба на криволинейном участке первой сужающейся трубчатой части, и второй угол конусности представляет собой угол между осевой линией карданного вала транспортного средства и участком второй сужающейся трубчатой части, образующим прямую линию, или касательной в точке перегиба на криволинейном участке второй сужающейся трубчатой части. Посредством данного аспекта изобретения может быть легко обеспечена возможность того, что наружный диаметр трубчатой части с большим диаметром будет превышать наружный диаметр остальной части карданного вала, и обеспечивается возможность получения большего наружного диаметра трубчатой части с большим диаметром, чем в случае, когда трубчатая часть с большим диаметром соединена непосредственно с задней частью карданного вала. Соответственно, может быть уменьшена осевая нагрузка, при которой начинаются пластическая деформация и продольный изгиб места, определенного заранее. Следовательно, безопасность может быть дополнительно повышена.
Краткое описание чертежей
Признаки, преимущества и техническое и промышленное значение иллюстративных вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых аналогичные ссылочные позиции обозначают аналогичные элементы и на которых:
фиг.1 - схематическое изображение, иллюстрирующее схематическую конфигурацию транспортного средства, для которого применяется карданный вал согласно варианту осуществления изобретения, и представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее схематическое положение карданного вала в транспортном средстве;
фиг.2 - схематическое изображение, иллюстрирующее пример карданного вала, расположенного в транспортном средстве, проиллюстрированном на фиг.1;
фиг.3 - схематическое изображение, на котором часть наружного профиля трубообразного элемента, используемого в карданном вале, проиллюстрированном на фиг.2, проиллюстрирована в качестве примера, при этом наружный профиль включает в себя углубление, проходящее в направлении вдоль окружности;
фиг.4 - схематическое изображение, на котором в качестве примера и в увеличенном виде проиллюстрировано сечение в случае, когда радиус кривизны первой сужающейся трубчатой части карданного вала, проиллюстрированного на фиг.3, максимизирован;
фиг.5 - схематическое изображение, на котором в качестве примера и в увеличенном виде проиллюстрировано сечение первой сужающейся трубчатой части карданного вала, проиллюстрированного на фиг.3, которая включает в себя углубление, проходящее в направлении вдоль окружности;
фиг.6 - таблица, показывающая изменение распределения напряжений в случае, когда размеры трубчатой части с большим диаметром, первой сужающейся трубчатой части и трубчатой части с малым диаметром, проиллюстрированные на фиг.5, изменяются; и
фиг.7 - схематическое изображение, иллюстрирующее другой пример трубообразного элемента, используемого в карданном вале, проиллюстрированном на фиг.2.
подробное описание вариантов осуществления изобретения
В дальнейшем примеры изобретения будут описаны подробно со ссылкой на сопровождающие чертежи. В нижеприведенных примерах чертежи соответствующим образом упрощены или модифицированы, и соотношения размеров, форма и тому подобные характеристики каждой части не всегда точно показаны на чертежах.
Фиг.1 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее силовую передачу гибридного транспортного средства 10, для которого применяется изобретение. На фиг.1 транспортное средство 10 представляет собой транспортное средство с переднемоторной, заднеприводной компоновкой (FR) и предусмотрено с двигателем 12, который представляет собой двигатель внутреннего сгорания, такой как бензиновый двигатель и дизельный двигатель, в качестве источника движущей силы для движения и с мотором-генератором 14, который функционирует, как электродвигатель и генератор, в качестве источника движущей силы. Выходная мощность двигателя 12 и мотора-генератора 14, то есть вращающее усилие, передается автоматической трансмиссии 18 от гидротрансформатора 16, который представляет собой устройство гидравлического типа для передачи мощности, и затем передается дифференциальному механизму 24 посредством карданного вала 22 транспортного средства. При этом правое и левое ведущие колеса 28 приводятся во вращение посредством вращающейся оси 26.
Фиг.2 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее карданный вал 22 транспортного средства, для которого применяется изобретение. Карданный вал 22 транспортного средства состоит из передней части 32 карданного вала, промежуточной части 34 карданного вала, соответствующей ступенчатому трубообразному элементу, и задней части 36 карданного вала. Передняя часть 32 карданного вала соединена с выходным валом (непроиллюстрированным) автоматической трансмиссии 18 посредством первого карданного соединения 30а. Задняя часть 36 карданного вала соединена с входным валом (непроиллюстрированным) дифференциального механизма 24 посредством второго карданного соединения 30b.
Первое карданное соединение 30а состоит из вилки 44а, образующей компонент передней части 32 карданного вала, вилки 60а, соединенной с выходным валом автоматической трансмиссии 18, и поперечного валика 62а, соединяющего вилку 44а и вилку 60а друг с другом с возможностью поворота. Вилка 44а и часть 42 в виде шлицевого вала скреплены и приварены друг к другу с образованием одного целого посредством первой сваренной части 50а. Второе карданное соединение 30b состоит из вилки 44b, образующей компонент задней части 36 карданного вала, вилки 60b, соединенной с входным валом дифференциального механизма 24, и поперечного валика 62b, соединяющего вилку 44b и вилку 60b друг с другом с возможностью поворота друг относительно друга. Вилка 44b и задняя часть 36 карданного вала скреплены и приварены друг к другу с образованием одного целого посредством четвертой сваренной части 50d. Первое карданное соединение 30а и второе карданное соединение 30b выполнены с возможностью передачи вращения, которое сообщается карданному валу 22 транспортного средства автоматической трансмиссией 18, дифференциальному механизму 24 даже в случае, когда ведущие колеса 28 перемещаются вверх и вниз в зависимости от состояния поверхности дороги, то есть даже в случае, когда карданный вал 22 транспортного средства наклонен. Даже в случае, когда ведущие колеса 28 перемещаются вверх и вниз, перемещение вызывает изменение угла наклона входного вала (непроиллюстрированного) первого карданного соединения 30а и карданного вала 22 транспортного средства, и изменение угла наклона приводит к изменению частоты вращения первого карданного соединения 30а, при этом изменение частоты вращения первого карданного соединения 30а может быть скорректировано за счет изменения угла, противоположного по отношению к изменению угла, описанному выше, и возникающего у выходного вала (непроиллюстрированного) второго карданного соединения 30b и карданного вала 22 транспортного средства.
Передняя часть 32 карданного вала состоит из шлицевой трубчатой части 40, которая имеет шлицы (непроиллюстрированные) на внутренней периферийной стороне, и части 42 в виде шлицевого вала, которая имеет шлицы (непроиллюстрированные) на наружной периферийной стороне. Шлицевая трубчатая часть 40 и часть 42 в виде шлицевого вала соединены друг другом в шлицевой соединительной части 52 с возможностью перемещения друг относительно друга в аксиальном направлении осевой линии С1 карданного вала 22 транспортного средства и без возможности поворота друг относительно друга вокруг осевой линии С1. Часть наружной периферии шлицевой трубчатой части 40 и части 42 в виде шлицевого вала закрыта сильфонным уплотнительным элементом 54, выполненным с возможностью растягивания в аксиальном направлении осевой линии С1 карданного вала 22 транспортного средства. Каждый из обоих концов уплотнительного элемента 54, определяемых в направлении осевой линии С1, зафиксирован посредством крепежного элемента 56. Уплотнительный элемент 54 предназначен для предотвращения попадания какого-либо инородного вещества в шлицевую соединительную часть 52 между шлицевой трубчатой частью 40 и частью 42 в виде шлицевого вала снаружи. Каждая соединительная пластина 58 прикреплена к концевой части шлицевой трубчатой части 40 со стороны промежуточной части 34 карданного вала во второй сваренной части 50b.
Шлицевая трубчатая часть 40 образована посредством надлежащего пластического деформирования и механической обработки для формирования уступов и шлицев, выполняемых на полой и цилиндрической трубной заготовке из углеродистой стали, такой как S43C и S45C, и последующей закалки, выполняемой на соответствующих частях. Часть 42 в виде шлицевого вала образована посредством надлежащего пластического деформирования и механической обработки для формирования уступов и шлицев, выполняемых на столбчатой трубной заготовке из углеродистой стали, такой как S43C и S45C, и последующей закалки, выполняемой на соответствующих частях. Часть 42 в виде шлицевого вала прикреплена и приварена к вилке 44а, образующей компонент первого карданного соединения 30а, с образованием одного целого с ней посредством сварки. Шлицевая трубчатая часть 40 прикреплена и приварена к промежуточной части 34 карданного вала с образованием одного целого с ней посредством сварки.
Задняя часть 36 карданного вала является удлиненной в аксиальном направлении осевой линии С1 и имеет, например, полую цилиндрическую форму, хотя это не проиллюстрировано на чертеже. Вилка 44b, образующая второе карданное соединение 30b, прикреплена и приварена к длинному и полому цилиндру с образованием одного целого с ним посредством сварки. Трубная заготовка из высокопрочной стали, которая представляет собой материал, имеющий высокую прочность по отношению к массе, используется для задней части 36 карданного вала, поскольку задняя часть 36 карданного вала представляет собой компонент, на который действует большой крутящий момент, и поскольку задняя часть 36 карданного вала образует большую часть карданного вала 22 транспортного средства в особенности по длине в аксиальном направлении осевой линии С1 карданного вала 22 транспортного средства, и в действительности расход топлива транспортным средством 10 снижается, когда масса задней части 36 карданного вала уменьшается. В общем случае может быть подавлено уменьшение жесткости, расход топлива транспортным средством 10 может быть улучшен, и необходимая прочность может быть обеспечена посредством выбора сравнительно простой конструкции, такой как цилиндрическая конструкция, которая не имеет больших уступов.
Промежуточная часть 34 карданного вала находится в месте, в котором передняя часть 32 карданного вала и задняя часть 36 карданного вала соединены друг с другом. Промежуточная часть 34 карданного вала и задняя часть 36 карданного вала прикреплены и приварены друг к другу с образованием одного целого посредством сварки. Промежуточная часть 34 карданного вала состоит из трубчатой части 66 с малым диаметром, трубчатой части 70 с большим диаметром и трубчатой части 72 со средним диаметром, имеющих разные диаметры в радиальном направлении по отношению к осевой линии С1 карданного вала 22 транспортного средства, первой сужающейся трубчатой части 68, соединяющей трубчатую часть 66 с малым диаметром и трубчатую часть 70 с большим диаметром друг с другом с образованием одного целого, и второй сужающейся трубчатой части 76, соединяющей трубчатую часть 70 с большим диаметром и трубчатую часть 72 со средним диаметром друг с другом. Способы сварки, такие как сварка трением и дуговая сварка, выбраны на основе требований, относящихся к материалам элементов и точности обработки во время сварки в карданном вале 22 транспортного средства, такой как сварка части 42 в виде шлицевого вала и вилки 44а в первой свариваемой части 50а, сварка шлицевой трубчатой части 40 и промежуточной части 34 карданного вала во второй свариваемой части 50b, сварка промежуточной части 34 карданного вала и задней части 36 карданного вала в третьей свариваемой части 50с и сварка задней части 36 карданного вала и вилки 44b в четвертой свариваемой части 50d.
Первый пример
Фиг.3 представляет собой увеличенный вид трубчатой части 66 с малым диаметром, которая имеет наружный диаметр φS трубчатой части с малым диаметром, трубчатой части 70 с большим диаметром, которая имеет наружный диаметр φL трубчатой части с большим диаметром, превышающий наружный диаметр φS трубчатой части с малым диаметром, и первой сужающейся трубчатой части 68. На фиг.3 часть промежуточной части 34 карданного вала проиллюстрирована в виде полуцилиндра с осевой линией С1. Заглубленная часть 74, соответствующая углублению, проходящему в направлении вдоль окружности, образована непрерывной в направлении вдоль окружности карданного вала 22 транспортного средства на концевом участке первой сужающейся трубчатой части 68 со стороны трубчатой части 70 с большим диаметром. Первый угол а конусности показан в виде угла между касательной к внутренней периферийной поверхности первой сужающейся трубчатой части 68 и внутренней периферийной поверхностью трубчатой части 70 с большим диаметром, показанными пунктирной линией, и первый угол а конусности представляет собой угол между внутренней периферийной поверхностью трубчатой части 70 с большим диаметром и участком касательной к первой сужающейся трубчатой части 68, образующим прямую линию, или касательной в точке перегиба на криволинейном участке первой сужающейся трубчатой части 68. Трубчатая часть 66 с малым диаметром и трубчатая часть 70 с большим диаметром образуют цилиндрическую форму, и осевая линия С1 представляет собой центральную ось цилиндра, и, таким образом, углы между осевой линией С1 карданного вала 22 транспортного средства и касательными к внутренней периферийной поверхности и наружной периферийной поверхности первой сужающейся трубчатой части 68 также отображают первый угол а конусности.
На фиг.4 проиллюстрирована наружный профиль в случае, когда радиусы Rc описанных окружностей заданы в виде максимального радиуса кривизны криволинейной поверхности между концевым участком первой сужающейся трубчатой части 68 со стороны трубчатой части с большим диаметром и концевым участком первой сужающейся трубчатой части 68 со стороны трубчатой части с малым диаметром. Контур, который показан пунктирной линией, включает касательную ta в точке перегиба на криволинейном участке с двумя радиусами Rc описанных окружностей, которые имеют разные направления, контур (прямую линию), который (-ая) отображает наружную периферию трубчатой части 70 с большим диаметром, и контур (прямую линию), который (-ая) отображает наружную периферию, соответствующую наружному диаметру трубчатой части 66 с малым диаметром; точка пересечения между касательной ta и контуром (прямой линией), отображающим (-ей) наружную периферийную поверхность трубчатой части 70 с большим диаметром, представляет собой первую точку а2 пересечения, и точка пересечения между касательной ta и контуром (прямой линией), отображающим (-ей) наружную периферийную поверхность трубчатой части 66 с малым диаметром, представляет собой базовую точку а1. Первая средняя точка α представляет собой точку перегиба на криволинейном участке с двумя радиусами Rc описанных окружностей, которые имеют разные направления, при этом криволинейный участок образует наружный профиль первой сужающейся трубчатой части 68, показанной сплошной линией, и первая средняя точка α расположена в середине между первой точкой а2 пересечения и базовой точкой а1. Первая точка β контакта со стороны трубчатой части 66 с малым диаметром представляет собой точку контакта между контуром (прямой линией) трубчатой части 66 с малым диаметром и контуром (дугой) первой сужающейся трубчатой части 68 и представляет собой точку контакта, соответствующую радиусу Rc описанной окружности, который представляет собой максимальный радиус кривизны, который может быть получен для наружного профиля первой сужающейся трубчатой части 68. Вторая точка γ контакта со стороны трубчатой части 70 с большим диаметром представляет собой точку контакта между контуром (прямой линией) трубчатой части 70 с большим диаметром и контуром (дугой) первой сужающейся трубчатой части 68 и представляет собой точку контакта, соответствующую радиусу Rc описанной окружности, который представляет собой максимальный радиус кривизны, который может быть получен для наружного профиля первой сужающейся трубчатой части 68. Кроме того, расстояние от первой средней точки α до базовой точки а1 равно расстоянию между первой точкой β контакта со стороны трубчатой части 66 с малым диаметром и базовой точкой а1. Расстояние от первой средней точки α до первой точки а2 пересечения равно расстоянию между второй точкой γ контакта со стороны трубчатой части 70 с большим диаметром и первой точкой а2 пересечения. На фиг.4, которая показывает продольное сечение, включающее в себя осевую линию С1, первая сужающаяся трубчатая часть 68 находится между первой точкой β контакта и второй точкой γ контакта в направлении осевой линии С1.
Фиг.5 представляет собой увеличенный вид трубчатой части 66 с малым диаметром, трубчатой части 70 с большим диаметром и первой сужающейся трубчатой части 68 в разрезе, выполненном по плоскости V-V, проиллюстрированной на фиг.3. Несмотря на то, что трубчатая часть 66 с малым диаметром, трубчатая часть 70 с большим диаметром и первая сужающаяся трубчатая часть 68 имеют по существу одинаковую толщину t листа, поскольку трубчатая часть 66 с малым диаметром, трубчатая часть 70 с большим диаметром и первая сужающаяся трубчатая часть 68 рассматриваются как криволинейный участок, образованный из одного и того же трубообразного элемента, заглубленная часть 74, образованная на наружной периферии концевого участка первой сужающейся трубчатой части 68 со стороны трубчатой части 70 с большим диаметром, имеет толщину x листа в месте заглубленной части, которая меньше толщины листа в остальной части. Расположенная на наружной периферийной стороне, граничная часть между трубчатой частью 70 с большим диаметром и первой сужающейся трубчатой частью 68 принимает форму кривой, которая имеет радиус R кривизны и показана пунктирной линией. Наружный профиль от первой точки β контакта трубчатой части 66 с малым диаметром до первой средней точки α первой сужающейся трубчатой части 68 принимает форму кривой, которая имеет радиус кривизны, представляющий собой радиус Rc описанной окружности, проиллюстрированный на фиг.4.
Сжимающее напряжение р (МПа), возникающее в результате восприятия карданным валом 22 транспортного средства сжимающей нагрузки Fc (кН), проиллюстрированной на фиг.1, во время столкновения транспортного средства в направлении вперед или обратном направлении транспортного средства 10, и напряжение r (МПа) при кручении, возникающее в результате крутящего момента Tr (кНм) во время вождения транспортного средства, рассчитываются для каждой части карданного вала 22 транспортного средства 22. Во время сжатия карданного вала 22 транспортного средства пластическая деформация и продольный изгиб начинаются в месте, в котором сжимающее напряжение р в карданном вале 22 транспортного средства, возникающее в результате сжатия, имеет максимальную величину, то есть в части Wc, наименее прочной при сжимающей нагрузке, пластическая деформация начинается в месте, в котором напряжение r при кручении в карданном вале 22 транспортного средства, возникающее в результате крутящего момента Tr, передаваемого при вращении карданного вала 22 транспортного средства во время движения, имеет максимальную величину, то есть в части Wr, наименее прочной при крутящей нагрузке, и несущая способность по крутящему моменту во время вождения транспортного средства ограничена данной частью.
Промежуточная часть 34 карданного вала выполнена с такой конструкцией, что пластическая деформация и продольный изгиб на стороне любого концевого участка первой сужающейся трубчатой части 68 начинаются под действием воспринимаемой сжимающей нагрузки Fc (кН), и в результате осевая нагрузка в направлении движения транспортного средства 10 уменьшается. В промежуточной части 34 карданного вала, образованной, например, с постоянной толщиной t листа, пластическая деформация, возникающая в результате крутящего момента Tr, начинается на стороне любого концевого участка первой сужающейся трубчатой части 68. Сжимающее напряжение р и напряжение r при кручении, создаваемые в каждой из трубчатой части 70 с большим диаметром, первой сужающейся трубчатой части 68 и трубчатой части 66 с малым диаметром в случае, когда сжимающая нагрузка Fc и крутящий момент Tr приложены к промежуточной части 34 карданного вала, рассчитывают посредством выполнения трехмерного анализа напряжений, такого как трехмерный анализ распределения напряжений на основе метода конечных элементов. Что касается сжимающей нагрузки Fc, используемой при анализе распределения напряжений, то сжимающее напряжение р, создаваемое на каждом участке промежуточной части 34 карданного вала, рассчитывают посредством нагрузки Fy (кН), соответствующей началу текучести аналогичного изделия, уже смонтированного в транспортном средстве, и полученной экспериментально, и значение, которое получено, используют в качестве сжимающей нагрузки Fc. То же самое относится к крутящему моменту Tr. Напряжение r при кручении, создаваемое на каждом участке промежуточной части 34 карданного вала, рассчитывают посредством крутящего момента Ty (кНм) на пределе текучести аналогичного изделия, который получен экспериментально, и значение, которое получено, используют в качестве крутящего момента Tr.
Анализ распределения напряжений выполняют посредством четырех элементов от первого элемента до четвертого элемента, используемых в качестве элементов, которые имеют основные профили для определения распределения напряжений. Толщина t листа представляет собой заданную толщину t листа, которую планируется использовать. Первый элемент представляет собой угол между центральной осью вращения карданного вала 22 транспортного средства и касательной, проходящей через участок первой сужающейся трубчатой части 68, который образует прямую линию, или первую среднюю точку α на криволинейном участке первой сужающейся трубчатой части 68, то есть точку перегиба. Другими словами, первый элемент представляет собой первый угол а конусности. Второй элемент представляет собой степень b сжатия трубы, которая определяется соотношением наружного диаметра φS трубчатой части с малым диаметром и наружного диаметра φL трубчатой части с большим диаметром, которое соответствует выражению 1 - (наружный диаметр трубчатой части с малым диаметром/наружный диаметр трубчатой части с большим диаметром). Третий элемент представляет собой соотношение между радиусом R кривизны, который показан посредством пунктирной линии, в расположенной на наружной периферийной стороне, граничной части между трубчатой частью 70 с большим диаметром и первой сужающейся трубчатой частью 68 на фиг.5, то есть в заглубленной части 74, и радиусом Rc описанной окружности, которая образует расположенную на наружной периферийной стороне, граничную часть между трубчатой частью 66 с малым диаметром и первой сужающейся трубчатой частью 68. Другими словами, третий элемент представляет собой долю с радиуса R в трубчатой сжатой части, которая представляет собой отношение (R/Rc) между радиусом R кривизны и радиусом Rc описанной окружности. Четвертый элемент представляет собой коэффициент d углубления, который представляет собой отношение (x/t) между толщиной x листа в месте заглубленной части и толщиной t листа.
Фиг.6 показывает результат вычисления сжимающего напряжения р и напряжения r при кручении, который получают, используя трехмерный анализ и изменяя первый - четвертый элементы, то есть изменяя первый угол а конусности, степень b сжатия трубы, долю радиуса R в трубчатой сжатой части и коэффициент d углубления. Сжимающее напряжение р представляет собой внутреннее напряжение, которое создается в промежуточной части 34 карданного вала во время сжатия, и напряжение r при кручении представляет собой внутреннее напряжение, которое создается в промежуточной части 34 карданного вала во время кручения. Максимальное значение внутреннего напряжения, которое создается в промежуточной части 34 карданного вала, создается или на концевом участке первой сужающейся трубчатой части 68 со стороны трубчатой части 66 с малым диаметром, или на концевом участке первой сужающейся трубчатой части 68 со стороны трубчатой части 70 с большим диаметром. Соответственно, на фиг.6 концевой участок первой сужающейся трубчатой части 68 со стороны трубчатой части 66 с малым диаметром проиллюстрирован как сторона с малым диаметром, и, аналогичным образом, концевой участок первой сужающейся трубчатой части 68 со стороны трубчатой части 70 с большим диаметром проиллюстрирован как сторона с большим диаметром. На фиг.6 показаны сжимающее напряжение р и напряжение r при кручении на концевом участке первой сужающейся трубчатой части 68 промежуточной части 34 карданного вала со стороны трубчатой части 66 с малым диаметром и на концевом участке первой сужающейся трубчатой части 68 промежуточной части 34 карданного вала со стороны трубчатой части 70 с большим диаметром в моделях с первым - четвертым элементами, разделенными на 16 разных комбинаций. aa и ab представляют собой два параметра, выбранные в качестве первого угла а конусности, b1 и b2 выбраны в качестве степени b сжатия трубы, с1 и с2 выбраны в качестве доли с радиуса R в трубчатой сжатой части, и d1 и d2 выбраны в качестве коэффициента d углубления. Число значений каждого элемента не ограничено особым образом двумя и также может составлять, например, три. В частности, число различных комбинаций первого - четвертого элементов необязательно должно быть ограничено до 16, и, например, число элементов может быть увеличено или уменьшено, или число комбинаций элементов может быть изменено до 32, 64, 128 и так далее.
р11 для стороны с малым диаметром и р12 для стороны с большим диаметром в столбце, соответствующем максимальному сжимающему напряжению, которые показаны, например, для модели номер 1 на фиг.6, показывают результат вычисления сжимающего напряжения р на основе трехмерного анализа в случае, когда сжимающая нагрузка Fc, соответствующая экспериментально полученной нагрузке, соответствующей началу текучести аналогичного изделия, приложена к профилю модели номер 1, и большее из данных значений, отображает максимальное сжимающее напряжение. Желательно, если максимальное сжимающее напряжение р12, создаваемое на стороне с большим диаметром, превышает максимальное сжимающее напряжение р11, создаваемое на стороне с малым диаметром, в случае, когда приложена сжимающая нагрузка Fc. Другими словами, желательно, чтобы разрушение происходило на стороне с большим диаметром в случае, когда приложена сжимающая нагрузка Fc. Соответственно, во время определения результатов случай, когда сжимающее напряжение р, создаваемое на стороне с большим диаметром, превышает сжимающее напряжение р, создаваемое на стороне с малым диаметром, рассматривается как подходящий, и знак О показан в качестве результата определения в данном случае. Случай, когда сжимающее напряжение р, создаваемое на стороне с большим диаметром, не превышает сжимающего напряжения р, создаваемого на стороне с малым диаметром, рассматривается как неподходящий, и не показано никакого знака, при этом столбец в данном случае остается пустым. В модели номер 1 максимальное сжимающее напряжение р11, создаваемое на стороне с малым диаметром, превышает максимальное сжимающее напряжение р12, создаваемое на стороне с большим диаметром, и поэтому сделано заключение о неподходящем результате. Что касается максимального напряжения при кручении, то желательно, чтобы максимальное напряжение r11 при кручении, создаваемое на стороне с малым диаметром, превышало максимальное напряжение r12 при кручении, создаваемое на стороне с большим диаметром, в случае, когда приложен крутящий момент Tr. Другими словами, желательно, что разрушение происходило на стороне с малым диаметром в случае, когда приложен крутящий момент Tr. Соответственно, во время определения результатов случай, когда максимальное напряжение r11 при кручении, создаваемое на стороне с малым диаметром, превышает максимальное напряжение r12 при кручении, создаваемое на стороне с большим диаметром, рассматривается как подходящий, и знак О показан в качестве результата определения в данном случае. Случай, когда напряжение r при кручении, создаваемое на стороне с большим диаметром, не превышает напряжения r при кручении, создаваемого на стороне с малым диаметром, рассматривается как неподходящий, и не показано никакого знака, при этом столбец в данном случае остается пустым.
Неравенство, отображающее условие, при котором разрушение происходит на стороне с большим диаметром как части Wc, наименее прочной при сжимающей нагрузке, выражено нижеприведенной формулой (1), когда соответствующее значение максимального сжимающего напряжения рассчитано, например, посредством использования методологии расчета на основе поверхности отклика на основе первого - четвертого элементов, то есть первого угла а конусности, степени b сжатия трубы, доли радиуса R в трубчатой сжатой части и коэффициента d углубления, при условиях, отраженных в столбце, соответствующем максимальному сжимающему напряжению, на фиг.6, которые определены как подходящие, то есть для моделей с номерами 2, 4, 6, 8, 10, 11¸ 12, 13, 14, 15 и 16. При условии, что выполняется соотношение в формуле (1), даже в случае, когда коэффициент d углубления составляет 1, то есть углубление отсутствует, расположенный со стороны трубчатой части с большим диаметром, концевой участок первой сужающейся трубчатой части 68, то есть сторона с большим диаметром, может представлять собой часть Wc, наименее прочную при сжимающей нагрузке.
0<1,95+0,0880 × a+708 × b - 96,7 × c+232 × d - 8,79 × a × b+0,562 × a × c+0,0150 × a × d+188 × b × c - 560 × b × d - 11,0 × c × d ... 1
Неравенство, отображающее условие, при котором разрушение происходит на расположенным со стороны трубчатой части с малым диаметром, концевом участке первой сужающейся трубчатой части 68, то есть на стороне с малым диаметром, как части Wr, наименее прочной при крутящей нагрузке, выражено нижеприведенной формулой (1), когда соответствующее значение максимального напряжения при кручении рассчитано, например, посредством использования методологии расчета на основе поверхности отклика на основе первого - четвертого элементов, то есть первого угла а конусности, степени b сжатия трубы, доли радиуса R в трубчатой сжатой части и коэффициента d углубления, при условиях, отраженных в столбце, соответствующем максимальному напряжению при кручении, на фиг.6, которые определены как подходящие, то есть для моделей с номерами 1, 2, 3, 4 5, 6, 7, 9, 11, 13 и 15.
0 < -627+7,63 × a+3420 × b - 18,6 × c+8,84 × d - 44,5 × a × b+5,11 × a × c+9,25 × a × d - 402 × b × c - 2100 × b × d - 728 × c × d ... 2
Согласно первому примеру пластическая деформация расположенного со стороны трубчатой с большим диаметром, концевого участка первой сужающейся трубчатой части 68, то есть участка, где заглубленная часть 74 выполнена в качестве части Wc, наименее прочной при сжимающей нагрузке, по отношению к силе, действующей в аксиальном направлении осевой линии С1 карданного вала 22 транспортного средства и создаваемой во время столкновения в направлении движения транспортного средства 10 по прямой, начинается, когда первый угол а конусности, степень b сжатия трубы, доля с радиуса R в трубчатой сжатой части и коэффициент d углубления заданы в пределах, соответствующих вышеприведенной формуле (1), и пластическая деформация расположенного со стороны трубчатой части с малым диаметром, концевого участка первой сужающейся трубчатой части 68 как части Wr, наименее прочной при крутящей нагрузке, по отношению к крутящему моменту Tr на карданном вале 22 транспортного средства, то есть крутящему моменту в направлении передачи движущей силы, начинается, когда первый угол а конусности, степень b сжатия трубы, доля с радиуса R в трубчатой сжатой части и коэффициент d углубления заданы в пределах, соответствующих вышеприведенной формуле (2). В результате место разрушения, зависящего от сжимающей нагрузки Fc на карданный вал 22 транспортного средства, то есть часть Wc, наименее прочная при сжимающей нагрузке, и место разрушения, зависящего от крутящего момента Tr на карданном вале 22 транспортного средства, то есть часть Wr, наименее прочная при крутящей нагрузке, могут отстоять друг от друга в радиальном направлении. Соответственно, безопасность может быть повышена за счет уменьшения осевой нагрузки, при которой начинаются пластическая деформация и продольный изгиб места, определенного заранее, во время столкновения транспортного средства 10, и одновременно может в достаточной степени сохраняться несущая способность по крутящему моменту, необходимая во время вождения транспортного средства 10, то есть допустимый крутящий момент Tr.
Ниже будет описан другой пример изобретения. В нижеприведенном описании такие же ссылочные позиции, как в примере, описанном выше, будут использованы для обозначения общих компонентов, и их описание будет опущено.
Второй пример
Часть Wc, наименее прочную при сжимающей нагрузке, по отношению к силе, действующей в аксиальном направлении карданного вала 22 транспортного средства, и часть Wr, наименее прочную при крутящей нагрузке, по отношению к силе, действующей в направлении вдоль окружности карданного вала 22 транспортного средства, определяют на основе профилей трубчатой части 66 с малым диаметром, первой сужающейся трубчатой части 68 и трубчатой части 70 с большим диаметром в примере, описанном выше, и пример, описанный выше, применим для промежуточной части 34 карданного вала, в которой, например, наружный диаметр φL трубчатой части 70 с большим диаметром почти равен наружному диаметру задней части 36 карданного вала и наружный диаметр φS трубчатой части 66 с малым диаметром почти равен наружному диаметру передней части 32 карданного вала. Между тем, в карданном вале 22 транспортного средства согласно второму примеру, проиллюстрированному на фиг.7, промежуточная часть 34 карданного вала дополнительно предусмотрена с трубчатой частью 72 со средним диаметром, которая имеет наружный диаметр φМ, который больше наружного диаметра φS трубчатой части 66 с малым диаметром и меньше наружного диаметра φL трубчатой части 70 с большим диаметром, и со второй сужающейся трубчатой частью 76, которая соединяет трубчатую часть 70 с большим диаметром и трубчатую часть 72 со средним диаметром друг с другом со стороны трубчатой части с большим диаметром в промежуточной части 34 карданного вала, состоящей из трубчатой части 66 с малым диаметром, первой сужающейся трубчатой части 68 и трубчатой части 70 с большим диаметром, и второй угол as конусности, образованный между осевой линией С1 карданного вала 22 транспортного средства и участком второй сужающейся трубчатой части 76, образующим прямую линию, или касательной к точке перегиба на криволинейном участке второй сужающейся трубчатой части 76, меньше первого угла а конусности. Несмотря на то, что на фиг.7 наружный профиль образован точкой пересечения прямых линий, определяемых трубчатой частью 72 со средним диаметром и второй сужающейся трубчатой частью 76, и точкой пересечения прямых линий, определяемых второй сужающейся трубчатой частью 76 и трубчатой частью 70 с большим диаметром, наружный профиль также может быть образован кривой, включающей в себя заданную дугу в каждой из точек пересечения.
Согласно второму примеру допускается то, что наружный диаметр φL трубчатой части 70 с большим диаметром будет превышать, например, наружный диаметр задней части 36 карданного вала, и обеспечивается возможность того, что наружный диаметр φL трубчатой части 70 с большим диаметром будет больше, чем случае, когда трубчатая часть 70 с большим диаметром присоединена непосредственно к задней части 36 карданного вала. Соответственно, осевая нагрузка, при которой начинаются пластическая деформация и продольный изгиб запланированного места разрушения, то есть части Wc, наименее прочной при сжимающей нагрузке, во время столкновения транспортного средства 10, может быть дополнительно уменьшена. Следовательно, безопасность может быть дополнительно повышена.
Несмотря на то, что примеры изобретения были описаны выше со ссылкой на чертежи, изобретение также применимо для других аспектов.
Несмотря на то, что заглубленная часть 74 образована непрерывной в направлении вдоль окружности карданного вала 22 транспортного средства на концевом участке первой сужающейся трубчатой части 68 со стороны трубчатой части 70 с большим диаметром в вышеописанном примере, непрерывный элемент является возможным, но необязательным, и эффекты, аналогичные эффектам от примера, можно по-прежнему ожидать в случае, когда, например, заглубленная часть частично выполнена в направлении вдоль окружности и заглубленная часть образована прерывистой.
Несмотря на то, что вышеописанный пример относится к гибридному транспортному средству, которое имеет двигатель 12 и мотор-генератор 14 в качестве источников движущей силы, вышеописанный пример не ограничен особым образом гибридным транспортным средством и также применим в транспортных средствах с переднемоторной, заднеприводной компоновкой (FR), в которых бензиновый двигатель, дизельный двигатель, мотор-генератор 14 или тому подобное используется в качестве единственного источника движущей силы.
Гидротрансформатор 16 является возможным, но необязательным, несмотря на то, что гидротрансформатор 16 и автоматическая трансмиссия 18 используются в вышеописанном примере. Любая трансмиссия может быть использована в качестве автоматической трансмиссии 18, и ее примеры включают ступенчатую автоматическую трансмиссию и бесступенчатую трансмиссию ременного типа, которая имеет приводной ремень, намотанный вокруг двух раздвижных шкивов.
Несмотря на то, что трубчатая часть 66 с малым диаметром прикреплена и приварена к передней части 32 карданного вала и трубчатая часть 70 с большим диаметром или трубчатая часть 72 со средним диаметром прикреплена и приварена к задней части 36 карданного вала в вышеописанном примере, аналогичные эффекты можно по-прежнему ожидать даже тогда, когда трубчатая часть 66 с малым диаметром прикреплена и приварена к задней части 36 карданного вала и трубчатая часть 70 с большим диаметром или трубчатая часть 72 со средним диаметром прикреплена и приварена к передней части 32 карданного вала в отличие от вышеописанного примера.
Вышеприведенное описание представляет собой только вариант осуществления, и изобретение может быть реализовано при различных аспектах, модифицированных и усовершенствованных на основе знаний специалистов в данной области техники.