Карданный вал с защитным устройством подвижного шлицевого соединения

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а в частности к устройствам защиты соединений подвижных частей валов транспортных средств.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является карданный вал с защитным устройством подвижного щлицевого соединения, заявка РФ №2013138876, МПК F16D 3/26, F16D 3/84, F16C 11/06, публикация 27.02.2015.г., содержащий два шарнира, подвижный валик, содержащий соединенный с одним из шарниров корпус с внутренними шлицами и соединенный с другим из шарниров шток с наружными шлицами, расположенный в корпусе валика с образованием шлицевого соединения, которое герметизировано посредством защитного устройства, выполненного в виде чехла с хомутами, имеющего гофрированный участок с сопряженными посредством впадин гофрами одинакового наружного диаметра по их вершинам и сопряженного наружными стенками крайних первого и последнего гофр с установочными участками большего и меньшего диаметра чехла соответственно, установленными на посадочных участках корпуса и штока валика с фиксацией на этих участках хомутами.
В сечении по оси вращения (в продольном сечении) карданного вала с защитным устройством подвижного щлицевого соединения (далее - вала) вершины гофр и впадины гофрированного участка чехла выполнены радиусными с одинаковой толщиной между собой и с соединительными между ними стенками.
В сечении по оси вращения вала радиусы вершин гофр и радиусы впадин гофрированного участка чехла по их средним линиям практически одинаковы между собой по величине.
В сечении по оси вращения вала на посадочных участках корпуса и штока его валика выполнены кольцевые канавки, в которых расположены кольцевые бурты соответственно установочных участков большего и меньшего диаметров чехла.
Посадочный участок на соединенном с шарниром корпусе подвижного валика под установочный участок большего диаметра чехла расположен относительно этого шарнира и конца корпуса подвижного валика - ближе к этому шарниру.
Недостатки данного технического решения.
Рассматриваемый карданный вал с защитным устройством подвижного шлицевого соединения достаточно надежен при работе его в средних и, в какой то степени, в тяжелых условиях работы, но при работе его в особо тяжелых условиях, например, при применении его в транспортных средствах повышенной проходимости, где большие хода подвески требуют очень большие осевые перемещения валика с изменяемой длинной, надежность карданного вала оказывается под вопросом из-за того, что защитное устройство не достаточно эффективно в таких условиях, так как:
выполненные на посадочных участках корпуса и штока валика вала кольцевые канавки, в которых расположены кольцевые бурты соответственно установочных участков большего и меньшего диаметров чехла, недостаточно надежно удерживают эти бурты при больших прикладываемых нагрузках к участкам большего и меньшего диаметров чехла при больших ходах подвески;
выполнение в сечении по оси вращения вала радиусных вершин гофр и радиусных впадин гофрированного участка чехла с одинаковой толщиной между собой и с соединительными между ними стенками - является нерациональным, во-первых, из-за расхода материала при производстве чехла, и во-вторых, из-за нерационального использования толщины материала в сечениях вершин гофр чехла, а особенно, в сечениях впадин гофрированного участка и в сечениях соединительных стенок гофрированного участка чехла при его работе в эксплуатации транспортного средства, и в результате этого, более рациональнее было бы сделать вершины гофр и ближайшие к вершинам гофр участки соединительных стенок одной толщины, а впадины и ближайшие к впадинам гофр участки соединительных стенок другой толщины, на основании того, что на вершины гофр и впадины гофрированного участка, из-за расположения их на разных диаметрах (удалениях от вала), приходятся разные нагрузочные воздействия, поэтому, целесообразнее, в соответствии со значениями этих воздействий сделать вершины гофр, впадины гофрированного участка и соединительные стенки чехла с соответствующими разными толщинами;
выполнение гофрированного участка чехла однородным, т.е. состоящим полностью из одинаковых гофр на достаточно большой длине чехла (чехол выполнен длинным, таким, что его установочный участок большего диаметра установлен на посадочном участке корпуса валика ближе к шарниру с которым соединен этот корпус валика), - может приводить, в особо тяжелых условиях эксплуатации вала при больших ходах подвески, влекущих очень большие осевые перемещение валика с изменяемой длинной и дополнительно в сочетании с тем, что толщина гофр, впадин и соединительных стенок одинаковы, к смятию гофр чехла, а в нормальных условиях, при средних ходах подвески, но на больших оборотах вала (особенно при повышенной температуре окружающей среды) - может приводить к раздуванию чехла, что ускоряет износ чехла, приводя к преждевременному появлению трещин, нарушающих герметизацию внутреннего пространства под чехлом и ухудшающих надежность шлицевого соединения валика с изменяемой длинной.
Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в повышении надежности карданного вала в тяжелых условиях эксплуатации за счет повышения надежности защитного устройства его подвижного шлицевого соединения.
Указанный технический результат достигается тем, что в карданном вале с защитным устройством подвижного шлицевого соединения, включающим по меньшей мере два шарнира, подвижный валик, содержащий соединенный с одним из шарниров корпус с внутренними шлицами и соединенный с другим из шарниров шток с наружными шлицами, расположенный в корпусе валика с образованием шлицевого соединения, которое герметизировано посредством защитного устройства, выполненного в виде чехла с хомутами, имеющего гофрированный участок, одинаковые между собой гофры которого выполнены одинакового наружного диаметра по их радиусным вершинам и сопряжены своими соединительными стенками посредством радиусных впадин, а наружные стенки крайнего первого и последнего из гофр которого сопряжены с соответствующими установочными участками большего и меньшего диаметра чехла, установленными на посадочных участках корпуса и штока валика с фиксацией на этих участках хомутами, согласно полезной модели, в сечении по оси вращения вала радиусная вершина каждого из гофр гофрированного участка чехла и каждая из его радиусных впадин выполнены по их средним линиям с различающимися радиусами и разной толщиной между собой, тогда как, каждая из соединительных стенок между ними выполнена с переменной толщиной по своей длине в сечении, на посадочных же участках корпуса и штока валика выполнено по меньшей мере по одному кольцевому выступу, которые расположены в кольцевых канавках соответственно установочных участков большего и меньшего диаметров чехла, причем, посадочный участок на соединенном с шарниром корпусе валика расположен относительно этого шарнира и конца этого корпуса валика ближе к этому концу корпуса, а в середине гофрированного участка чехла выполнена кольцеобразная усилительная часть, не превышающая по диаметру наружной поверхности своей образующей стенки наружный диаметр гофр по их радиусным вершинам, и превышающая по толщине своей образующей стенки толщину радиусных вершин и радиусных впадин.
В частном случае выполнения, как показано на фигурах, в сечении по оси вращения карданного вала с защитным устройством подвижного щлицевого соединения (далее - вала), в гофрированном участке чехла радиус по средней линии радиусной вершины каждого гофра меньше радиуса по средней линии каждой радиусной впадины, а толщина радиусной вершины каждого гофра больше толщины радиусной впадины.
В частном случае выполнения, как показано на фигурах, в сечении по оси вращения вала, у каждой из соединительных стенок гофрированного участка чехла изменение толщины по своей длине в сечении выполнено с уменьшением в направлении от радиусной вершины гофра к радиусной впадине.
В частном случае выполнения, как показано на фигурах, в сечении по оси вращения вала, внутренняя образующая поверхность наружной стенки крайнего последнего из гофр гофрированного участка чехла расположена с наклоном внутрь под углом от 7° до 20° относительно перпендикуляра к оси вращения вала.
В частном случае выполнения, как показано на фигурах, в сечении по оси вращения вала, внутренняя образующая поверхность наружной стенки крайнего первого из гофр гофрированного участка чехла расположена с наклоном внутрь под углом относительно перпендикуляра к оси вращения вала.
В частном случае выполнения, как показано на фигурах, в сечении по оси вращения вала, на посадочных участках корпуса валика и штока валика выполнено по два кольцевых выступа, которые расположены в соответствующих кольцевых канавках установочных участков большего и меньшего диаметров чехла.
В частном случае выполнения, как показано на фигурах, в сечении по оси вращения вала, наружная и внутренняя поверхности образующей стенки кольцеобразной усилительной части гофрированного участка чехла расположены практически параллельно друг другу и к оси вращения вала, причем диаметр внутренней поверхности этой части чехла близок к минимальному диаметру внутренних поверхностей его радиусных впадин.
В частном случае выполнения, как показано на фигурах, в сечении по оси вращения вала, ширина кольцеобразной усилительной части гофрированного участка чехла составляет не менее ширины пяти его гофр.
Сравнение заявляемого технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета показывает, что совокупность существенных признаков этого решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Предложенное техническое решение промышленно применимо, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Сущность полезной модели поясняется на чертежах:
Фиг. 1. - карданный вал с защитным устройством подвижного щлицевого соединения, общий вид;
Фиг. 2. - чехол карданного вала с защитным устройством подвижного щлицевого соединения, отдельный вид.
Фиг. 3. - вид А на фиг. 1;
Фиг. 4. - вид Б на фиг. 1;
Фиг. 5. - вид В на фиг. 2;
Фиг. 6. - вид Г на фиг. 2.
1
Карданный вал 1 с защитным устройством 2 подвижного шлицевого соединения 3, включает, два шарнира 4 и 5 (в случае показанном на фиг. 1), подвижный валик 6, содержащий соединенный с шарниром 4 корпус 7 с внутренними шлицами 8 и соединенный с шарниром 5 шток 9 с наружными шлицами 10, расположенный в корпусе 7 валика 6 с образованием шлицевого соединения 3, которое герметизировано посредством защитного устройства 2, выполненного в виде чехла 11 с хомутами 12, имеющего гофрированный участок 13, одинаковые между собой гофры 14 которого выполнены одинакового наружного диаметра «D» по их радиусным вершинам 15 и сопряжены своими соединительными стенками 16 посредством радиусных впадин 17, а наружные стенки 18 и 19 крайнего первого 20 и последнего 21 из гофр 14 которого сопряжены с соответствующими установочными участками большего 22 и меньшего 23 диаметра чехла 11, установленными на посадочных участках 24 и 25 корпуса 7 и штока 9 валика 6 с фиксацией на этих участках хомутами 12 соответственно.
1
2
1
2
1
2
3
В сечении по оси вращения «L» вала 1 (или, что одно и тоже - в сечении вала по его продольной оси симметрии) радиусная вершина 15 каждого из гофр 14 гофрированного участка 13 чехла 11 и каждая из его радиусных впадин 17 выполнены по их средним линиям «N» и «N» с различающимися радиусами «R» и «R» соответственно, и выполнены соответственно разной толщиной «S» и «S» между собой, тогда как, каждая из соединительных стенок 16 между ними (между вершиной 15 и впадиной 17) выполнена с переменной толщиной «S» по своей длине в сечении (сечении по оси вращения «L» вала 1) (см. фигуру 5), - все это способствует рациональному использованию толщины материала чехла 11 при его изготовлении и эксплуатации.
1
1
2
2
1
2
В частном случае выполнения (как показано на фигуре 5), в сечении по оси вращения «L» вала 1, в гофрированном участке 13 чехла 11 радиус «R» по средней линии «N» радиусной вершины 15 каждого гофра 14 меньше радиуса «R» по средней линии «N» каждой радиусной впадины 17, а толщина «S» радиусной вершины 15 каждого гофра 14 больше толщины «S» радиусной впадины 17.
В частном случае выполнения (как показано на фигурах 1, 2, 5, 6), в сечении по оси вращения «L» вала 1, у каждой из соединительных стенок 16 гофрированного участка 13 чехла 11 изменение толщины «S3» по своей длине в сечении выполнено с уменьшением в направлении от радиусной вершины 15 гофра 14 к радиусной впадине 17.
На посадочных участках 24 и 25 корпуса 7 и штока 9 валика 6 вала 1 выполнено по меньшей мере по одному кольцевому выступу 26, которые расположены в кольцевых канавках 27 соответственно установочных участков большего 22 и меньшего 23 диаметра чехла 11.
По сравнению с прототипом, где на посадочных участках корпуса и штока валика вала выполнены кольцевые канавки, в которых расположены кольцевые бурты соответственно установочных участков большего и меньшего диаметра чехла, в данном заявляемом решении, где наоборот, на посадочных участках 24 и 25 корпуса 7 и штока 9 валика 6 вала 1 выполнено по меньшей мере по одному кольцевому выступу 26, которые расположены в кольцевых канавках 27 соответственно установочных участков большего 22 и меньшего 23 диаметра чехла 11, - удержание этих установочных участков чехла 11 обеспечивается более надежно при больших прикладываемых нагрузках к этим участкам чехла 11 (при больших ходах подвески), так как, при одинаковых давлениях (усилиях прижима) со стороны хомутов на эти участки чехла и в прототипе и в заявляемом решении, усилие давления со стороны слоя материала каждого из установочных участков большего 22 и меньшего 23 диаметра чехла 11 между хомутом 12 и кольцевым выступом 26 на этот кольцевой выступ 26 в заявляемом решении больше, чем усилие давления со стороны слоя материала каждого из установочных участков большею и меньшего диаметра чехла на кольцевой бурт в прототипе, так как, в заявляемом решении толщина слоя материала каждого из установочных участков большего 22 и меньшего 23 диаметра чехла 11 от их наружных поверхностей под хомутами 12 до поверхности каждой из их кольцевых канавок 27 меньше, чем толщина слоя материала каждого из установочных участков большего и меньшего диаметра чехла от их наружных поверхностей под хомутами до поверхности каждого из их кольцевых буртов в прототипе.
В частном случае выполнения (как показано на фигурах 3, 4), в сечении по оси вращения «L» вала 1, на посадочных участках 24 и 25 корпуса 7 и штока 9 валика 6 выполнено по два кольцевых выступа 26, которые расположены в соответствующих кольцевых канавках 27 установочных участков большего 22 и меньшего 23 диаметров чехла 11.
Посадочный участок 24 на соединенном с шарниром 4 корпусе 7 валика 6 вала 1 расположен относительно этого шарнира 4 и конца 28 этого корпуса 7 валика 6 ближе к этому концу 28 корпуса 7 валика 6 (см. фигуру 1).
1
2
3
1
2
В заявляемом решении вала, за счет расположения посадочного участка 24 на соединенном с шарниром 4 корпусе 7 валика 6 ближе к концу 28 корпуса 7 валика 6, чехол 11, по сравнению с прототипом, выполнен менее длинным, что в сочетании с выполнением вершин 15 и впадин 17 гофрированного участка 13 чехла 11 с разными толщинами «S» и «S», и выполнение соединительных стенок 16 гофрированного участка 13 чехла 11 с переменной толщиной «S» по своей длине в сечении, (что достигается в какой то мере и благодаря выполнению вершин 15 и впадин 17 различающимися радиусами «R» и «R»), - уменьшается вероятность смятия гофр чехла 11 при больших осевых перемещениях валика 6 (в особо тяжелых условиях эксплуатации вала при больших ходах подвески транспортного средства) и уменьшается вероятность раздувания чехла на больших оборотах вала при повышенной температуре окружающей среды.
2
1
4
1
2
В середине гофрированного участка 13 чехла 11 вала 1 выполнена кольцеобразная усилительная часть 29, не превышающая по диаметру «D» наружной поверхности 30 своей образующей стенки 31 наружный диаметр «D» гофр 14 этого участка 13 чехла 11, и превышающая по толщине «S» своей образующей стенки 31 толщину «S» и «S» его радиусных вершин 15 и радиусных впадин 17 соответственно (см. фигуры 1, 2, 5, 6).
В заявляемом решении кольцеобразная усилительная часть 29 в середине гофрированного участка 13 чехла 11 вала 1 играет роль «ребра жесткости» чехла 11, по сравнению с прототипом, уменьшающую вероятность смятия гофр чехла 11 при больших осевых перемещениях валика 6 и уменьшающую вероятность раздувания чехла.
3
4
В частном случае выполнения (как показано на фиг. 1, 2, 6), в сечении по оси вращения «L» вала 1, наружная 30 и внутренняя 32 поверхности образующей стенки 31 кольцеобразной усилительной части 29 гофрированного участка 13 чехла 11 расположены практически параллельно друг другу и к оси вращения «L» вала 1, причем диаметр «D» внутренней 32 поверхности этой части 29 чехла 11 близок к минимальному диаметру «D» внутренних поверхностей его радиусных впадин 17.
1
2
В частном случае выполнения (как показано на фиг. 1, 5, 6), в сечении по оси вращения «L» вала 1, ширина «M» кольцеобразной усилительной части 29 гофрированного участка 13 чехла 11 составляет не менее ширины пяти его гофр 14, при ширине «М» каждой из гофр.
1
В частном случае выполнения (как показано на фиг. 4), в сечении по оси вращения «L» вала 1, внутренняя образующая поверхность 33 наружной стенки 19 крайнего последнего 21 из гофр 14 гофрированного участка 13 чехла 11 расположена с наклоном внутрь под углом «α» от 7° до 20° относительно перпендикуляра «П» к оси вращения «L» вала 1.
В частном случае выполнения (как показано на фиг. 1, 2, 4), в сечении по оси вращения «L» вала 1, наружная стенка 19 крайнего последнего 21 из гофр 14 гофрированного участка 13 чехла 11 выполнена с плавно увеличивающимся утолщением 34 в направлении к сопряженному с ней установочному участку 23 меньшего диаметра чехла 11.
2
В частном случае выполнения (как показано на фиг. 3), в сечении по оси вращения «L» вала 1, внутренняя образующая поверхность 35 наружной стенки 18 крайнего первого 20 из гофр 14 гофрированного участка 13 чехла 11 расположена с наклоном внутрь под некоторым углом «β» относительно перпендикуляра «П» к оси вращения «L» вала 1.
В частном случае выполнения (как показано на фиг. 1, 2, 3), в сечении по оси вращения «L» вала 1, наружная стенка 18 крайнего первого 20 из гофр гофрированного участка 13 чехла 11 выполнена с увеличивающимся утолщением 36 в направлении к сопряженному с ней установочному участку 22 большего диаметра чехла 11.
Таким образом, за счет выполнения в сечении по оси вращения вала радиусных вершин каждого из гофр гофрированного участка чехла и каждой из его радиусных впадин по их средним линиям с различающимися радиусами и разной толщиной между собой, и за счет выполнения каждой из соединительных стенок между ними с переменной толщиной по своей длине в сечении по оси вращения вала, и за счет выполнения на посадочных участках корпуса и штока валика по меньшей мере по одному кольцевому выступу, которые расположены в кольцевых канавках соответственно установочных участков большего и меньшего диаметров чехла, и за счет выполнения посадочного участка на соединенном с шарниром корпусе валика с расположением относительно этого шарнира и конца этого корпуса валика ближе к этому концу корпуса, и за счет выполнения в середине гофрированного участка чехла кольцеобразной усилительной части, не превышающей по диаметру наружной поверхности образующей стенки наружный диаметр гофр по их радиусным вершинам и превышающей по толщине своей образующей стенки толщину радиусных вершин и радиусных впадин, - технический результат, направленный на повышение надежности карданного вала в тяжелых условиях эксплуатации, в заявляемом техническом решении достигается.