ЗАЩИТНОЕ КОЛЬЦО, УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА И ГАРНИТУРА КРЕСТОВИНЫ С ЦАПФАМИ
PROTECTIVE RING, SEALING SYSTEM AND CROSS HEADSET WITH PINS

Изобретение относится к уплотнительной системе с опорной втулкой для гарнитуры крестовины с цапфами карданного шарнира, причём опорная втулка имеет приёмный элемент для приёма цапфы крестовины с цапфами, а также защитное кольцо, которое располагается на открытом конце опорной втулки и имеет следующие элементы: кольцеобразный участок втулки, который осуществлён концентрично относительно продольной оси, кольцеобразный посадочный участок, который на заднем аксиальном конце участка втулки проходит радиально вовнутрь, по меньшей мере, один выступ, который в передней аксиальной концевой зоне участка втулки выступает радиально вовнутрь, несколько расположенных с распределением по периферии перемычек, которые аксиально выступают от посадочного участка и которые расположены внутри участка втулки, причём опорная втулка аксиально опирается на перемычки, и круговую в аксиальном направлении ориентированную от посадочного участка торцевую поверхность, которая расположена в передней аксиальной концевой зоне участка втулки.
Такое защитное кольцо служит для насаживания на опорную втулку гарнитуры крестовины с цапфами, причём, по меньшей мере, один выступ входит в зацепление в паз наружной периферии опорной втулки и фиксируется в нём. Защитное кольцо посредством посадочного участка может надеваться на цапфу крестовины с цапфами гарнитуры крестовины с цапфами и фиксироваться на ней.
Такое защитное кольцо известно из DE 196 37 553 С1. Описанное там уплотнение для опорной втулки имеет основное уплотнение с подложкой и предварительное уплотнение. Основное уплотнение располагается с силовым замыканием во внутренней стенке опорной втулки. Основное уплотнение имеет ориентированные радиально вовнутрь рабочие кромки, которые прилегают к уплотнительной поверхности опорной цапфы. Предварительное уплотнение располагается без возможности вращения на опорной цапфе крестовины с цапфами и имеет плечо, которое уплотнительной кромкой прилегает к внешней уплотнительной поверхности опорной втулки. С аксиальным зазором относительно уплотнительной кромки предусмотрен удерживающий бортик, который выступает радиально вовнутрь. При помощи удерживающего бортика предварительное уплотнение для предварительного монтажа может подвешиваться на подложку основного уплотнения. Для этого он имеет в не смонтированном состоянии поперечное сечение отверстия, которое меньше, чем поперечное сечение отбортовки подложки.
Другое защитное кольцо известно из DE 197 54 699 А1, где описано уплотнение опорной втулки с армированным уплотнением и предварительным уплотнением. Армированное уплотнение располагается с силовым замыканием во внутренней стенке опорной втулки. Армирующий элемент уплотнения имеет ориентированное радиально вовнутрь плечо, на котором закреплено радиальное уплотнение вала. Радиальное уплотнение вала обеспечивает герметизацию между опорной втулкой и поверхностью цапфы крестовины с цапфами. Кроме того, уплотнение имеет аксиально ориентированную рабочую кромку уплотнения, которая удерживается с прилеганием к предварительному уплотнению. Предварительное уплотнение располагается без возможности вращения на цапфе крестовины с цапфами и имеет плечо, которое обхватывает концевую зону опорной втулки. Предварительное уплотнение имеет также армирующий элемент с L-образным профилем поперечного сечения. Обхватывающее опорную втулку плечо имеет ориентированные радиально вовнутрь стопорные заплечики, посредством которых предварительное уплотнение входит в паз наружной периферии опорной втулки и фиксируется. Ориентированное радиально вовнутрь плечо армирующего элемента обрезинено и за счёт обрезинивания прочно располагается на цапфе крестовины с цапфами. Кроме того, торцевая сторона опорной втулки внутри в аксиальном направлении опирается на обрезинивание предварительного уплотнения.
Сопоставимая уплотнительная система выявлена в DE 197 01 461 А1.
US 4 874 349 А представляет уплотнительную систему с основным уплотнением, которое вставлено в опорную втулку и обеспечивает герметизацию опорной втулки относительно поверхности наружной периферии цапфы крестовины с цапфами. Далее этот документ представляет защитное кольцо, которое располагается перед открытым концом опорной втулки и обхватывает опорную втулку. Защитное кольцо имеет L-образный профиль поперечного сечения, причём цилиндрический участок плеча защитного кольца надет на открытый конец опорной втулки и посредством участков фланца зафиксирован в пазу наружной периферии опорной втулки. Ориентированное радиально вовнутрь плечо опорного кольца с прессовой посадкой располагается на поверхности наружной периферии цапфы.
Сопоставимая уплотнительная система представлена в US 5 588 915 А, причём защитное кольцо имеет несколько распределённых по периферии, ориентированных вовнутрь выступов, посредством которых защитное кольцо входит в зацепление в паз наружной периферии опорной втулки, причём паз наружной периферии образован посредством углубления в опорной втулке и подложки основного уплотнения.
Задача предложенного на рассмотрение изобретения состоит в создании уплотнительной системы, которая, во-первых, обеспечивает надёжный монтаж защитного кольца на цапфе крестовины с цапфами и которая обеспечивает возможность хорошей смазки места расположения опорной втулки гарнитуры крестовины с цапфами.
Задача решается в соответствии с изобретением посредством уплотнительной системы по пункту 1 формулы изобретения. Предпочтительные примеры осуществления изобретения выявляются на основании зависимых пунктов формулы изобретения.
За счёт наличия расположенных с распределением по периферии перемычек обеспечивается то обстоятельство, что защитное кольцо при монтаже на опорную втулку и при монтаже опорной втулки с предварительно смонтированными защитным кольцом на цапфу крестовины с цапфами в аксиальном направлении посредством перемычек, то есть внутри участка втулки, опирается на опорную втулку. Сам участок втулки не служит, таким образом, как обычно имеет место у защитных колец в уровне техники, в качестве аксиальной опоры. Участок втулки может быть, поэтому, осуществлён тонким. Таким образом, опорная втулка с насаженным защитным кольцом может надеваться на цапфу крестовины с цапфами до тех пор, пока защитное кольцо посредством своего посадочного участка надёжно и без возможности вращения не расположится на цапфе. При таком смещении перемычки служат в качестве опоры. Наличие надёжной аксиальной опоры необходимо, так как посадочный участок имеет центральное приёмное отверстие, посредством которого посадочный участок с натягом в посадке располагается на поверхности наружной периферии цапфы.
Перемычки обеспечивают, к тому же, то обстоятельство, что посадочный участок, выступающий в виде фланца выступает радиально вовнутрь от участка втулки, располагается с аксиальным зазором относительно торцевой поверхности опорной втулки. Таким образом, при смазывании опоры внутри опорной втулки пластичная смазка между торцевой поверхностью опорной втулки и посадочным участком между перемычками может выдавливаться радиально наружу. В предпочтительном варианте участок втулки располагается с радиальным зазором относительно поверхности наружной периферии опорной втулки, так что пластичная смазка может выходить наружу.
Защитное кольцо может служить в качестве защиты основного уплотнения, которое может располагаться между цапфой и опорной втулкой.
Вогнутое углубление обеспечивает достаточный зазор между поверхностью наружной периферии опорной втулки и поверхностью внутренней периферии защитного кольца. Благодаря этому предотвращается возникновение в процессе лакирования после монтажа защитного кольца на опорную втулку капиллярных сил, которые втягивают нанесённый лак в радиальный зазор между участком втулки и опорной втулкой. Это могло бы привести к тому, что при отверждении лака защитное кольцо могло быть прочно соединено с опорной втулкой. Защитное кольцо должно, однако, без возможности вращения, располагаться на цапфе и обеспечивать относительное движение между защитным кольцом и опорной втулкой.
За счёт наличия вогнутого углубления образуется тонкий, хрупкий концевой участок участка втулки, который особенно подвержен повреждениям при надевании опорной втулки с предварительно смонтированным защитным кольцом на цапфу крестовины с цапфами. Расположенные с распределением по периферии перемычки обеспечивают, тем самым, то обстоятельство, что тонкий концевой участок участка втулки защитного кольца оказывается защищённым, если опорная втулка монтируется на цапфе.
В предпочтительном варианте перемычки расположены, соответственно, в переходной зоне между участком втулки и посадочным участком, так что перемычки соединены как с участком втулки, так и с посадочным участком, предпочтительно как единое целое с ними. Благодаря этому, перемычки стабилизируются и могут воспринимать также поперечные усилия, которые непреднамеренно могут возникать при монтаже, если опорная втулка поворачивается к защитному кольцу.
В предпочтительном варианте несколько выступов расположены с распределением по периферии. Они служат для того, чтобы входить в зацепление в паз наружной периферии опорной втулки. Однако, возможно также, чтобы был предусмотрен один единственный круговой выступ.
На поверхности внутренней периферии участка втулки могут быть расположены аксиально ориентированные пазы, посредством которых выступы отделены друг от друга. Пазы обеспечивают выход смазки при смазывании опорной втулки.
Распределённые по периферии выступы могут выступать радиально вовнутрь на различные расстояния. Таким образом, все выступы могут входить в зацепление в паз наружной периферии опорной втулки и фиксировать в нём защитное кольцо. С другой стороны, некоторые из выступов могут на небольшое расстояние выступать радиально вовнутрь, для облегчения монтажа защитного кольца на опорной втулке. При надевании защитного кольца на опорную втулку именно участок втулки деформируется радиально вовне до тех пор, пока выступы не расположатся в пазу наружной периферии опорной втулки. Если некоторые из выступов имеют небольшое радиальное удлинение вовнутрь, то участок втулки не должен быть деформирован настолько сильно, как в варианте осуществления с выступами, когда все они выступают радиально вовнутрь идентичным образом.
Предпочтительный пример осуществления поясняется далее на основании фигур, на которых представлены:
фиг.1 карданный вал в полуразрезе,
фиг.2 перспективное изображение гарнитуры крестовины с цапфами в соответствии с фиг.1,
фиг.3 первый продольный разрез цапфы в соответствии с фиг.2,
фиг.4 увеличенное изображение защитного кольца в соответствии с разрезом IV на фиг.3,
фиг.5 следующий продольный разрез цапфы в соответствии с фиг.2,
фиг.6 увеличенное изображение защитного кольца в соответствии с разрезом VI на фиг.5,
фиг.7 перспективное изображение защитного кольца в соответствии с фиг.2,
фиг.8 вид сверху защитного кольца в соответствии с фиг.7,
фиг.9 изображение профиля поперечного сечения вдоль линии IX-IX разреза на фиг.8,
фиг.10 изображение профиля поперечного сечения вдоль линии X-X разреза на фиг.8, и
фиг.11 изображение профиля поперечного сечения вдоль линии XI-XI разреза на фиг.8.
Фиг.1 демонстрирует карданный вал с двумя карданными шарнирами 1, 1´. Каждый из двух карданных шарниров 1, 1´ имеет первую вилку 2 шарнира, которая снабжена фланцем 3. Далее предусмотрена вторая вилка 4 шарнира на каждый карданный шарнир 1, 1´. Обе вилки 2, 4 шарнира посредством гарнитуры 5 крестовины с цапфами таким образом соединены друг с другом, что первая вилка 2 шарнира может осуществлять колебательные движения вокруг продольной оси 8, а конструктивный блок из первой вилки 2 шарнира и гарнитуры 5 крестовины с цапфами может, по сравнению со второй вилкой 4 шарнира, осуществлять колебательное движение вокруг второй продольной оси 7. Гарнитура 5 крестовины с цапфами включает в себя крестовину 6 с четырьмя цапфами 17, которым, соответственно, назначена опорная система, включающая в себя опорную втулку 9, которая располагается в отверстии 10 соответствующих вилок 2, 4 шарнира.
К принадлежащей шарниру 1 второй вилке 4 шарнира прочно присоединена труба 11. На ней опять же располагается подвижная втулка 12, которая имеет центральное отверстие и в стенке которой сформировано профильное зубчатое зацепление 13, зубья которого располагаются параллельно оси D вращения карданного вала. В него с возможностью регулировки по длине помещена подвижная цапфа 14, которая снаружи имеет профильное зубчатое зацепление 15. Подвижная цапфа 14 прочно соединена со второй вилкой 4 карданного шарнира 1. Таким образом, в системе продольного смещения, которая включает в себя подвижную цапфу 14 и подвижную втулку 12, могут быть зарегистрированы изменения по длине, которые являются результатом изменения положения карданного вала и, тем самым, поворота обоих карданных шарниров 1, 1´. Продольное смещение обеспечивается посредством защитной трубы 16, которая своим концом плотно прилегает ко второй вилке 4 карданного шарнира 1 и перекрывает наружную поверхность подвижной втулки 12, а на своём другом конце имеет уплотнение для герметизации в отношении этой наружной поверхности. Оба фланца 3 служат для присоединения к приводящей в движение или к приводимой в движение приводной линии, в которую помещён карданный вал.
Фиг.2 демонстрирует перспективное изображение гарнитуры 5 крестовины с цапфами, которая представлена на фиг.1. Гарнитура 5 крестовины с цапфами включает в себя крестовину 6 с цапфами с центральным базовым корпусом 18, от которого отходят четыре цапфы 17, из которых одна подробно описывается на фиг.2. Соответственно, две из четырёх цапф 17 расположены на общей продольной оси 7, 8 и ориентированы в противоположных направлениях, причём обе продольные оси 7, 8 пересекаются под прямым углом.
На цапфы 17 надета, соответственно, уплотнительная система с опорной втулкой 9 и защитным кольцом 19. Защитное кольцо 19 служит для герметизации опорного пространства или приёмного пространства для цапфы внутри опорной втулки 9 и/или для защиты расположенного в опорной втулке 9 основного уплотнения.
Фиг.3-11 демонстрируют уплотнительную систему и защитное кольцо 19 на различных изображениях и далее описываются совместно.
Фиг.3 демонстрирует фрагмент гарнитуры 5 крестовины с цапфами в соответствии с фиг.2 в полуразрезе с плоскостью разреза, которая проходит через продольную ось 7. Показана часть крестовины 6 с описанной на фиг.2 цапфой 17. Цапфа 17 имеет торцевую поверхность 20 и отходящую от неё сначала в направлении базового корпуса 18 цилиндрическую поверхность 21 скольжения. От торцевой поверхности 20 отходит накопитель 22 для приёма смазки. Альтернативно накопителю 22 может быть предусмотрен канал для смазки, который соединён с каналами для смазки всех цапф 17 и с предусмотренным в базовом корпусе 18 смазочным ниппелем для проведения смазочных работ.
К цилиндрической поверхности 21 скольжения примыкает уплотнительная поверхность 23, которая в направлении базового корпуса 18 переходит в посадочную поверхность 24. Уплотнительная поверхность 23 служит в качестве уплотнительной поверхности для не изображённого здесь уплотнения, которое располагается в опорной втулке 9 и из соображений наглядности не изображено на фигурах. Уплотнение вставлено в открытый конец 25 опорной втулки 9 и удерживается без возможности вращения относительно опорной втулки 9, а также имеет рабочие кромки уплотнения, которые удерживаются с прилеганием к уплотнительной поверхности 23, причём между уплотнительной поверхностью 23 цапфы 17 и рабочими кромками уплотнения происходит относительное движение, когда шарнир отклоняется и имеет место поворотное движение между опорной втулкой 9 и цапфой 17.
Защитное кольцо 19 помещено на посадочную поверхность 24 и удерживается без возможности вращения. Для этого защитное кольцо 19 имеет натяг в посадке. Это означает, что центральное приёмное отверстие 26 защитного кольца 19 имеет внутренний диаметр, который меньше, чем наружный диаметр посадочной поверхности 24. На фиг.3-6 защитное кольцо 19 представлено недеформированным, для пояснения натяга в посадке.
Опорная втулка 9 имеет кожух 27 в виде полого цилиндра с цилиндрической внутренней поверхностью 28 и цилиндрической наружной поверхностью 29. Цилиндрическая наружная поверхность 29 служит для приёма опорной втулки 9 в отверстии вилки шарнира. Далее опорная втулка 9 имеет днище 30 с ориентированной к открытому концу 25 опорной втулки 9 внутренней поверхностью 31 днища, которая перекрывает торцевую поверхность 20 цапфы 17. Между внутренней поверхностью 28 опорной втулки 9 и поверхностью 21 скольжения цапфы 17 образован кольцевой зазор, в котором расположен венец из тел 32 качения в форме игольчатых роликов или роликов. Тела 32 качения обкатываются, таким образом, во-первых, по поверхности 21 скольжения цапфы 17, а, во-вторых, по внутренней поверхности 28 кожуха 27, и позволяют осуществить поворотное движение опорной втулки 9 относительно цапфы 17 вокруг продольной оси 7.
В направлении днища 30 опорной втулки 9 тела 32 качения в аксиальном направлении опираются на нажимную шайбу 33, которая располагается между внутренней поверхностью 31 днища и торцевой поверхностью 20, а радиально относительно продольной оси 7 входят в кольцевой зазор, в котором расположены тела 32 качения.
Перемещение тел 32 качения параллельно продольной оси 7 от торцевой поверхности 20 в направлении базового корпуса 18 ограничивается посредством регулировочной шайбы 34, которая надета на цапфу 17 и опирается на плечо на переходе от поверхности 21 скольжения к уплотнительной поверхности 23 аксиально в направлении базового корпуса 18. Регулировочная шайба 34 имеет внутри аксиально проходящие пазы 35 (фиг.4). Они служат для того, чтобы выводить смазку из зоны кольцевого зазора, в котором расположены тела 32 качения, в направлении защитного кольца 19. Между регулировочной шайбой 34 и защитным кольцом 19 находится (не изображённое здесь) основное уплотнение, которое, как уже пояснено выше, введено в открытый конец 25 и удерживается там без возможности вращения.
Защитное кольцо 19 имеет участок 36 втулки, который осуществлён, в основном, цилиндрически коаксиально продольной оси 7. Участок 36 втулки окружает наружную поверхность 29 кожуха 27 опорной втулки 9 в зоне открытого конца 25. На обращённом от днища 30 опорной втулки 9 и к базовому корпусу 18 крестовины 6 с цапфами, заднем аксиальном конце защитное кольцо 19 имеет кольцеобразный посадочный участок 37, который осуществлён примерно по типу фланца и выступает от участка 36 втулки радиально вовнутрь относительно продольной оси 7. Посадочный участок 37 образует приёмное отверстие 26, посредством которого защитное кольцо 19 располагается на посадочной поверхности 24 цапфы 17. Посадочный участок 37 перекрывает направленную к базовому корпусу 18 торцевую поверхность 38 кожуха 27 опорной втулки 9 и кольцевой зазор между кожухом 27 опорной втулки 9 и цапфой 17. Таким образом, основное уплотнение, которое располагается между защитным кольцом 19 и регулировочной шайбой 34 (здесь не изображено), во-первых, защищено от внешних воздействий. Во-вторых, защитное кольцо 19 уже само обладает герметизирующим действием и работает как предварительное уплотнение.
Участок 26 втулки имеет на ориентированном от посадочного участка 27 переднем аксиальном конце направленные радиально вовнутрь выступы 39, 40. Выступы 39, 40 проходят, соответственно, по части периферии вокруг продольной оси 7 и посредством пазов 43, которые располагаются параллельно продольной оси 7 и помещены в паз 44 внутренней периферии участка 36 втулки, отделены друг от друга.
Как можно видеть, в частности, на фиг.8 и на изображениях поперечного сечения на фиг.10 и 11, несколько первых выступов 39 и вторых выступов 40 расположены с распределением по периферии, причём первые выступы 39 и вторые выступы 40 попеременно чередуются. Первые выступы 39 выступают далее от поверхности 44 внутренней периферии радиально вовнутрь, по сравнению со вторыми выступами 40. Все выступы 39, 40 служат для фиксации защитного кольца 19 на опорной втулке 9 посредством того, что выступы 39, 40 входят в зацепление в паз 41 наружной периферии опорной втулки 9. При монтаже защитное кольцо 19 сдвигается в направлении продольной оси 7 на открытый конец 25 опорной втулки 9, причём выступы 39, 40 подходят к упорной поверхности 45 на открытом конце 25 опорной втулки 9. Упорная поверхность 45 осуществлена в форме усечённого конуса, так что при дальнейшем смещении защитного кольца 19 участок 36 втулки в направлении радиально вовне деформируется и расширяется до тех пор, пока выступы 39, 40 не захватятся поверхностью 41 наружной периферии. Посредством более низких, вторых выступов 40 или за счёт того, что они выступают от поверхности 44 внутренней периферии радиально вовнутрь на меньшее расстояние, деформация участка 36 втулки при монтаже защитного кольца 19 уменьшается, не оказывая негативного воздействия на функцию удержания.
В зоне переднего аксиального конца участка 36 втулки этот участок имеет торцевую поверхность 50, которая направлена от посадочного участка 37. На переходе от торцевой поверхности 50 к выступам 39, 40 образованы, соответственно, вогнутые углубления 46, 47. Они образуют в пазу 41 наружной периферии, соответственно, свободное пространство 48, 49, благодаря которому предотвращается то обстоятельство, что при последующей лакировке гарнитуры 5 крестовины с цапфами возникают капиллярные силы, которые втягивают лак в промежуточное пространство между наружной поверхностью 29 опорной втулки 9 и поверхностью 44 внутренней периферии участка 36 втулки. В принципе, предусмотрен радиальный зазор между опорной втулкой 9 и участком 36 втулки защитного кольца 19, для обеспечения возможности относительного движения между прочно соединённым в цапфой 17 защитным кольцом 19 и удерживаемой с возможностью вращения относительно цапфы 17 опорной втулкой 9.
Защитное кольцо 19 имеет, кроме того, расположенные с распределением по периферии перемычки 42, которые выступают от посадочного участка 37 аксиально в направлении продольной оси 7 и одновременно цельно соединены с участком 36 втулки и выступают от него в радиальном направлении. Перемычки 42 располагаются, таким образом, в переходной зоне между участком 36 втулки и посадочным участком 37. При этом как участок 36 втулки, посадочный участок 37, так и перемычки 42 осуществлены цельными, то есть, сформированы монолитными. Защитное кольцо 19 посредством перемычек 42 опирается в аксиальном направлении на торцевую поверхность 38 опорной втулки 9. При монтаже опорной втулки 9 сначала в опорную втулку монтируется нажимная шайба 33, тела 32 качения, регулировочная шайба 34, не изображённое здесь основное уплотнение, а также защитное кольцо 19. Этот конструктивный блок затем надевается на цапфу 17 аксиально в направлении опорной втулки 7 на базовый корпус 18. Как только защитное кольцо 19 достигает посадочной поверхности 24 цапфы 17, возникает повышенное аксиальное усилие для насаживания защитного кольца 19 с приёмным отверстием 26 на бóльшую в диаметре зону цапфы 17 в области посадочной поверхности 24. При этом защитное кольцо 19 в аксиальном направлении посредством перемычки 42 опирается на опорную втулку 9.
Так как перемычки 42 расположены с распределением по периферии, то в направлении периферии между перемычками при смазывании опоры смазка может выходить наружу из кольцевого зазора между кожухом 27 опорной втулки 9 и поверхностью 21 скольжения цапфы 17 между перемычками 42 и через кольцевой зазор между участком 36 втулки и кожухом 27.
Перечень ссылочных позиций
1, 1´ карданный вал
2 первая вилка шарнира
3 фланец
4 вторая вилка шарнира
5 гарнитура крестовины с цапфами
6 крестовина с цапфами
7 продольная ось
8 продольная ось
9 опорная втулка
10 отверстие вилки
11 труба
12 подвижная втулка
13 профильное зубчатое зацепление
14 подвижная цапфа
15 профильное зубчатое зацепление
16 защитная труба
17 цапфа
18 базовый корпус
19 защитное кольцо
20 торцевая поверхность
21 поверхность скольжения
22 накопитель
23 уплотнительная поверхность
24 посадочная поверхность
25 открытый конец
26 приёмное отверстие
27 кожух
28 внутренняя поверхность
29 наружная поверхность
30 днище
31 внутренняя поверхность днища
32 тело качения
33 нажимная шайба
34 регулировочная шайба
35 паз
36 участок втулки
37 посадочный участок
38 торцевая поверхность
39 первый выступ
40 второй выступ
41 паз наружной периферии
42 перемычка
43 паз
44 поверхность внутренней периферии
45 упорная поверхность
46 углубление
47 углубление
48 свободное пространство
49 свободное пространство
50 торцевая поверхность
D ось вращения