Картер ведущего моста автомобиля, полученный методом чугунного литья
HOUSING OF CAR DRIVING AXLE, PRODUCED BY CAST IRON CASTING

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к транспортным средствам, содержащим ведущие мосты.
Известен картер ведущего моста, изготовленный из чугуна, содержащий усиливающие элементы, которые сформированы как единое целое и имеющее равномерную толщину стенок 10-11 мм (CN204912662 (U), МПК B22C9/04, C22C33/08, C22C37/08, опубл. 30.12.2015).
Недостаток такой конструкции заключается в недостаточной прочности картера, т.к. высота усилительных ребер, расположенных на верхней полке картера, и влияющая на прочность картера, ограничивается диаметром банджо (корпуса картера).
Также к недостаткам можно отнести то, что усилительные ребра не позволяют низко расположить детали, узлы и агрегаты автомобиля, которые находятся над картером моста.
Известен картер ведущего моста, изготовленный из чугуна и содержащий корпус, левый и правый кожухи, левую и правую цапфы, левый и правый фланцы для соединения с суппортов тормозных механизмов с этим картером моста (CN103587351 (U), МПК В60В35/16, опубл. 19.02.2014).
Недостаток такой конструкции заключается в значительном весе картера. Это следствие того, что толщина стенок картера на всех участках одинакова и не зависит от величины напряжений, возникающих от нагрузок на картер.
Наиболее близкой к заявляемому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является картер ведущего моста автомобиля, изготовленный из чугуна и содержащий объединенные между собой в единой отливке, имеющей переменное поперечное сечение, корпус, заднюю крышку, левый и правый кожухи, левую и правую цапфы (CN201833830 (U), МПК В60В35/16, опубл. 18.05.2011).
Недостатком такой конструкции является значительный вес картера моста, из-за того, что стенки картера в продольном сечении имеют одинаковую толщину в местах, где имеет место высокая прочность картера и в тех местах, где эта прочность незначительна.
Противоречия:
для снижения веса картера необходимо:
- уменьшить равномерно толщину вертикальных стенок, верхней и нижних полок картера, но это значительно снизит прочность картера;
- увеличить размеры продольного сечения картера с одновременным уменьшением толщины стенок и полок картера, что значительно увеличит габаритные (вертикальные и горизонтальные) размеры картера, которые потребует изменить геометрическую конфигурацию рядом расположенных с картером деталей, узлов и агрегатов автомобиля.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является уменьшение веса картера ведущего моста при сохранении его габаритных размеров и прочностных характеристик.
Для решения поставленной задачи картер ведущего моста автомобиля, изготовленный из чугуна и содержащий объединенные между собой в единой отливке, имеющей переменное поперечное сечение, корпус, заднюю крышку, левый и правый кожухи, левую и правую цапфы, имеет в продольном сечении переменную толщину стенок и полок по всей длине картера, а также значительно большую толщину нижней полки, по сравнению с верхней полкой и боковыми стенками. В частном случае исполнения в местах невысокого изгибного напряжения вертикальные стенки, верхняя и нижняя полки имеют толщину от 4 до 8 мм, а в местах высокого напряжения изгиба нижние полки имеют толщину от 10 до 24 мм, а вертикальные стенки имеют незначительный уклон внутрь полости картера от 3° до 10°, который начинается на таком расстоянии от нижней полки, чтобы обеспечить прочность картера.
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что заявляемое техническое решение имеет признаки, которые отсутствуют в аналогах, а их использование в заявляемой совокупности существенных признаков позволяет получить новый технический результат.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
фиг. 1 – картер ведущего моста автомобиля, полученный методом чугунного литья;
фиг. 2 – то же, поперечное сечение картера моста;
фиг. 3, 4 – то же, продольные сечения А-А на фиг. 2 в районе кожухов;
фиг. 5 – то же, продольные сечения Б-Б на фиг. 2 в районе крышки;
фиг. 6 – то же, результаты расчета методом конечных элементов картера ведущего моста на статическую прочность;
фиг. 7 – то же, результаты расчета методом конечных элементов картера ведущего моста на циклическую долговечность.
Картер ведущего моста автомобиля изготовлен из высокопрочного чугуна и содержит объединенные в единую отливку корпус 1, заднюю крышку 2, левый и правый кожухи 3 и 4, левую и правую цапфы 5 и 6, элементы подвески, содержащие верхний кронштейн 7, нижние левый и правый рычаги 8 и 9 реактивной штанги, левый и правый суппорты 10 и 11 тормозных механизмов (см. фиг. 1). Присоединения ведущего моста к автомобилю производиться без дополнительных промежуточных деталей, т.к. все необходимые элементы уже выполнены и обработаны в картере моста.
Картер в поперечном сечении имеет по всей длине переменную толщину стенок и полок (см. фиг. 2), причем нижняя полка имеет значительно большую толщину, чем верхняя полка и боковые стенки.
Картер в продольном сечении в районе кожухов (см. фиг. 3, 4), крышки (см. фиг. 5) и наиболее нагруженных мест имеет тоже переменную толщину стенок и полок по всей длине картера.
За счет переменной толщины стенок и полок продольном сечении на всей длине картера, уменьшается его вес при сохранении габаритных размеров, т.к. в местах картера, где имеют место невысокие изгибные напряжения, вертикальные стенки, верхняя и нижняя полки тонкие от 4 до 8 мм (см. фиг. 3, 4 - Sв.полки, Sстенки и фиг. 5 - Sв.крышки), а в местах, где имеют место высокие напряжения изгиба, т.е. необходимо повысить прочность картера, - нижние полки картера значительно толще от 10 до 24 мм (см. фиг. 3, 4 - Sн.полки и фиг. 5 - Sн. крышки).
Вертикальные стенки могут иметь незначительный уклон внутрь полости картера от 3° до 10° (см. фиг. 3 – угол β), который начинается на таком расстоянии от нижней полки, чтобы обеспечить прочность картера.
Обоснование верхних и нижних границ толщин стенок, полок и величины уклона подтверждается расчетами, выполненными методом конечных элементов на трехмерных моделях картеров различных типов мостов.
На фиг. 6 показано, что прочность картера моста имеет запас прочности ≈ 3.5 для чугуна ВЧ60, а на фиг. 7 - то, что циклическая долговечности достаточна даже при 2.5 кратной нагрузке и составляет ≈ 3.5 для чугуна ВЧ60.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет уменьшить вес картера ведущего моста при сохранении его габаритных размеров и прочностных характеристик.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании.