ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЙ ПРИВОДНОЙ ШАРНИР
TELESCOPIC DRIVEN JOINT

Изобретение относится к телескопическому приводному шарниру для соединения без возможности проворачивания и осевого перемещения, но с возможностью лишь ограниченного углового движения первой и второй частей приводного вала, например приводного продольного вала в автомобиле, причем приводной шарнир состоит из охватываемой детали шарнира, или внутренней обоймы, и охватывающей детали шарнира, или внешней обоймы, а также расположенного между ними средства, передающего крутящий момент, т.е. шариков, и направляющего эти шарики средства, т.е. сепаратора.
Из DE 19943880 C1 известен приводной вал из двух частей, соединенных при помощи расположенного примерно посередине приводного шарнира. Особенностью этого приводного устройства является выполненное на сепараторе заданное место разрушения так, что охватываемая деталь приводного шарнира, соединяющего обе части валов, при возникновении в результате дорожно-транспортного происшествия значительной осевой нагрузки пробивает охватывающую деталь шарнира так, что охватываемая деталь шарнира и соединенная с ней первая часть вала может войти в расположенную напротив часть вала. Это ведет к желаемому осевому сокращению длины привода, благодаря чему предотвращаются боковой изгиб и возможное в этом состоянии проникновение вращающегося привода в салон автомобиля.
При подобной осевой нагрузке на приводной шарнир процесс телескопического складывания начинается благодаря разрыву сепаратора, вследствие чего по DE 19943880 С1 шарики и фрагменты сепаратора проникают внутрь части вала, соединенной с охватывающей деталью шарнира, и таким образом делают свободным путь для осевого перемещения охватываемой части шарнира.
Как недостаток данного известного расположения рассматривается то, что сепаратор рассчитан как заданное место разрушения и должен быть разрушен для обеспечения описанного вхождения частей шарнира друг в друга. Необходимая для этого осевая нагрузка, как правило, настолько велика, что вместо желаемого вхождения частей шарнира друг в друга нельзя исключить изгиб вала. Кроме того, нельзя исключить, в конце концов, заклинивание частей сепаратора, что помешает «несиловому» смещению в соответствии с описанием. Таким образом, не только не достигнута желаемая и описанная в уровне техники цель, но и следует ожидать неконтролируемого изгиба приводного вала.
В связи с этим задачей настоящего изобретения является представить телескопический приводной шарнир, лишенный указанных выше недостатков, кроме того, предложенный приводной шарнир должен быть проще и дешевле при изготовлении и монтаже. В частности, должно обеспечиваться, что при превышении заданной, в частности вызванной дорожно-транспортным происшествием, осевой нагрузки на приводной шарнир его охватываемая часть гарантирует надежное телескопическое складывание без продольного изгиба и без риска неконтролируемого заклинивания приводных валов из-за разорванных элементов.
В соответствии с изобретением это достигается тем, что шарнир выполнен с возможностью расцепления так, что при превышении определенной, в частности вызванной дорожно-транспортным происшествием, осевой нагрузки или энергии от одной части вала к другой, направленной на сокращение расстояния между концами приводного вала, части шарнира расцепляются и одна часть вала может войти в другую. При этом предпочтительно такое выполнение конструкции, что происходит расцепление без разрушения аналогично процессу открывания кнопки (застежки для одежды). Расцепление может происходить при помощи пластической или упругой деформации отдельной части шарнира или его нескольких частей.
Предпочтительный вариант изобретения может быть выполнен так, что внешняя обойма выполняется как деформирующийся элемент. При этом внешняя обойма может быть выполнена так, что она при превышении заданной осевой нагрузки на приводной шарнир, благодаря пластической или упругой деформации, делает возможным выход внутренней обоймы из зацепления с внешней обоймой.
Изобретение может быть наиболее просто реализовано, если серия внутренних дорожек качения на поверхности внутренней обоймы скошена в направлении оси и выполнена так, что при расцеплении внутренней и внешней обоймы они могут пластически или упруго деформироваться шариками, по меньшей мере, на их конце с приводной стороны.
Независимо от того происходит ли расцепление благодаря пластической и/или упругой деформации, благодаря расширению внешней обоймы, или упругому сжатию, или пластической деформации внутренней обоймы, или тому подобному, может быть предпочтительно, если сепаратор для передающих момент вращения шариков отцентрирован во внешней обойме, при этом сепаратор имеет внешний контур бочкообразной формы, которым он повторно установлен во внешней обойме, внутренний контур которой, по меньшей мере, частично отформован. При этом целесообразно контуры внешней поверхности сепаратора и центрирующие поверхности внешней обоймы, по меньшей мере, в направлении расцепления сформировать и обеспечить такой прочностью, чтобы при расцеплении сепаратор фиксировался относительно внешней обоймы и при расцеплении внешней обоймы не разрушался.
Изобретение может быть также реализовано в шарнире, в котором внутренняя обойма центрируется в сепараторе и внутренняя и внешняя обоймы центрируются относительно друг друга с помощью шариков, в частности так, как описывается в DE 10032853 C2 или DE 19943880 C1.
Независимо от формы шарнира целесообразно наличие на внутренней обойме соосно ориентированных зубьев внутреннего зацепления для приема зубьев внешнего зацепления первой части приводного вала. Кроме того, целесообразно иметь на приводной стороне внутренней обоймы кольцевой паз как вспомогательное средство для сборки. Внешняя обойма может иметь на конце сварочный фланец для крепления на второй части вала. Кроме того, предпочтительно, если на внутренней стороне корпуса приводной детали, включающего в себя внешнюю обойму, между местом размещения внешней обоймы и сварочным фланцем закреплена крышка, благодаря которой исключается вытекание смазки.
Изобретение относится, кроме того, к приводному шарниру, имеющему ведущий и ведомый конец с
- внутренней обоймой, имеющей ось внутренней обоймы и внешнюю поверхность, в которой с чередованием распределены относительно оси внешней обоймы первые и вторые внутренние дорожки качения, причем первые внутренние дорожки качения, исходя из приводного конца, проходят в направлении ведомого конца, причем их поверхность качения удаляется при этом от оси внутренней обоймы, и причем вторые внутренние дорожки качения, исходя из ведомого конца, проходят в направлении приводного конца, причем их поверхность качения удаляется при этом от оси внутренней обоймы,
- внешней обоймой, имеющей ось внешней обоймы и внутренний контур, в котором распределены с чередованием относительно оси внешней обоймы первые и вторые внешние дорожки качения и соответственно первые внутренние дорожки качения расположены напротив первых внешних дорожек качения, вторые внутренние дорожки качения расположены напротив вторых внешних дорожек качения и образуют соответственно пары друг с другом, причем первые внешние дорожки качения, исходя из приводного конца, проходят в направлении ведомого конца, причем их поверхности качения приближаются при этом к оси внешней обоймы, и причем вторые внешние дорожки качения, исходя из ведомого конца, проходят в направлении приводного конца, причем их поверхность качения приближается при этом к оси внешней обоймы,
- кольцеобразным сепаратором с шарообразной внешней поверхностью, расположенным между внутренней обоймой и внешней обоймой и имеющим соответственно количеству пар дорожек качения радиальные окна, в которых располагаются шарики, зацепляющиеся с дорожками качения,
- предусмотренными на внутренней поверхности внешней обоймы, если смотреть со стороны приводного конца в направлении периметра, с обеих сторон поверхностей качения шариков первыми вводящими контурами, исходящими на приводной стороне от диаметра, по меньшей мере, приблизительно соответствующего внешнему диаметру сепаратора, причем в осевом направлении первые вводящие контуры, исходящие из приводного конца шарнира, переходят после, по меньшей мере, приблизительно половины своей осевой длины в первые центрирующие сепаратор поверхности на внешней части шарнира и наклонены в направлении центровой оси сепаратора, и причем центрирующие сепаратор поверхности выполнены бочкообразными и приведенными в соответствие по форме с шарообразными опорными поверхностями сепаратора,
- предусмотренными во внешней обойме, если смотреть со стороны ведомого конца в направлении периметра, с обеих сторон поверхностей качения шариков вторыми вводящими контурами, исходящими на ведомой стороне от диаметра, по меньшей мере, приблизительно соответствующего внешнему диаметру сепаратора, причем в осевом направлении вторые вводящие контуры, исходя из ведомого конца шарнира, переходят после, по меньшей мере, приблизительно половины своей осевой длины во вторые центрирующие сепаратор поверхности на внешней части шарнира и наклонены в направлении центровой оси сепаратора, и причем вторые центрирующие сепаратор поверхности выполнены бочкообразными и приведенными в соответствие по форме с шарообразными опорным поверхностями сепаратора, причем центрирование сепаратора происходит исключительно во внешней обойме, а центрирование внутренней обоймы относительно внешней обоймы происходит исключительно с помощью шариков.
В частности, при описанном выше варианте выполнения шарнира может быть особенно предпочтительно, если, по меньшей мере, контур второй внутренней дорожки качения, и/или контур первой центрирующей сепаратор поверхности внешней обоймы, и/или контур шарообразной внешней поверхности сепаратора, и/или эластичность внешней обоймы подобраны так, что радиальное расширение, по меньшей мере, в области вторых внешних дорожек качения возможно благодаря смещенным радиально наружу шарикам второго ряда.
Далее изобретение поясняется подробнее с привлечением фиг.1-10. При этом показано:
фиг.1 - привод для автомобиля с двумя частями валов и приблизительно посередине расположенным приводным шарниром,
фиг.2 - поперечное сечение приводного шарнира по линии А-А фиг.3,
фиг.3 - сечение по линии Е-Е фиг.2,
фиг.4 - сечение по линии С-С фиг.2,
фиг.5 - сечение по линии D-D фиг.2,
фиг.6 - сечение по линии B-B фиг.2,
фиг.7 - вид в направлении стрелки Х фиг.3,
фиг.8 - вид в направлении стрелки Y фиг.3,
фиг.9 - предложенный почти расцепленный приводной шарнир,
фиг.10 - внешняя обойма с введенным поперек нее сепаратором.
Изображенный на фиг.1 приводной вал выполнен как продольный приводной вал автомобиля и состоит из двух частей 2 и 3, на свободных концах которых предусмотрены соединительные элементы 4, 5. Эти соединительные элементы выполнены здесь в виде резиновых упругих дисковых муфт, хотя на их месте могут быть установлены такие же приводные шарниры между частями вала 2 и 3 так, как упомянуто в уровне техники или как описано в DE 10237172 B3 или DE 10032853 C2.
Обе части вала 2 и 3 соединены друг с другом примерно в середине приводного устройства 1 при помощи приводного шарнира 8, изображенного в различных видах на фиг.2-9. Кроме того, фиг.1 показывает, что левая часть вала 2 при помощи промежуточной опоры 6 и присоединенного к ней держателя 7 может быть закреплена на днище автомобиля.
Для того чтобы подобный привод во время дорожно-транспортного происшествия с автомобилем при воздействии на него осевой нагрузки не изгибался в сторону, не пробивал в каком-то месте днище автомобиля и не проникал внутрь салона автомобиля, расположенный посередине приводной шарнир 8 согласно изобретению выполнен с возможностью расцепления, причем возможная конструкция и способ функционирования будут описаны ниже.
Как, в частности, видно из разрезов на фиг.2-6 и 9, показывающих приводной шарнир 8, не соединенный с частями вала 2 и 3, этот приводной шарнир состоит из по существу полой цилиндрической внешней обоймы 16 и расположенной соосно в ней внутренней обоймы 10. В то время как первая часть 2 вала может вставляться своими внешними зубьями во внутренние зубья 11 внутренней обоймы 10, соединение внешней обоймы со второй частью вала 3 в данном примере выполняется при помощи сварного соединения, для чего на корпусе ведущей детали 9 выполнен сварочный фланец 12. В корпус ведущей детали установлена внешняя обойма 16, она заключена с геометрическим замыканием в принимающей части 17.
На внутренней стороне внешней обоймы 16 предусмотрены первые внешние дорожки 19 качения для первого ряда шариков 14, а для второго ряда шариков 14а предусмотрены внешние дорожки качения 19а. Между ними находятся перегородки 20.
На внешней стороне внутренней обоймы 10 предусмотрены первые внутренние дорожки 18 качения для первого ряда шариков 14, и внутренние дорожки 18а качения предусмотрены для второго ряда шариков 14а. Между дорожками качения находятся перегородки 28.
Стрелками 18′, 19′ и 18a′ и 19a′ обозначены соответствующие поверхности дорожек качения шариков.
Внутренняя обойма 10 имеет ось внутренней обоймы I и внешнюю поверхность 24. Как показано, в частности, на фиг.3, 7, 8, первые внутренние дорожки 18 качения и вторые дорожки 18а качения с чередованием распределены вокруг внутренней оси I, причем первые внутренние дорожки 18 качения, исходя из приводного конца 2а, проходят в направлении ведомого конца 3а, и эти внутренние дорожки качения и их поверхность 18' качения удаляются при этом от оси I внутренней обоймы. Как показано, в частности, на фиг.4, 7 и 8, вторые внутренние дорожки 18а качения, исходя из ведомого конца 3а, проходят в направлении приводного конца 2а, причем эти вторые внутренние дорожки качения и их поверхность 18а′ качения удаляются при этом от оси I внутренней обоймы.
Внешняя обойма 16 имеет ось II внешней обоймы и внутренний контур, в котором вокруг оси II внешней обоймы с чередованием распределены первые внешние дорожки качения шариков или поверхности 19 качения для первого ряда шариков 14 и вторые дорожки качения шариков или поверхности 19а качения шариков для второго ряда шариков 14а. Первые внутренние дорожки 18 качения расположены соответственно напротив первых внешних дорожек 19 качения, и вторые внутренние дорожки 18а качения расположены соответственно напротив первых внутренних дорожек 19а качения и образуют соответственно с ними пары. Причем первые внешние дорожки 19 качения, исходя из приводного конца 2а, проходят в направлении ведомого конца 3а, и внешние дорожки 19 качения и их поверхность 19' качения приближаются при этом к оси внешней обоймы II, кроме того, вторые внешние дорожки качения 19а, исходя из ведомого конца 3а, проходят в направлении ведущего конца 2а, и вторые внешние дорожки 19а качения вместе с их поверхностью 19а′ качения приближаются при этом к оси II внешней обоймы (фиг.3 и 4).
В кольцевом сепараторе 15, по меньшей мере, на отдельных участках с шарообразной внешней поверхностью 26 (см., в частности, фиг.2, 5, 6 и 10), расположенном между внутренней обоймой 10 и внешней обоймой 16, предусмотрены в соответствии с количеством шариков 14, 14а соответственно пар дорожек 18, 18а, 19, 19а качения радиальные окна 27, которые направляют шарики 14, 14а (см. также фиг.3, 4). Сепаратор 15 при помощи своей внешней поверхности 26, точнее, при помощи центрирующих участков 26а отцентрирован во внешней обойме 16.
На внутренней поверхности внешней обоймы 16, как уже упоминалось, между шариками предусмотрены перегородки 20.
Эти перегородки, как, в частности, видно на фиг.3, 5, 7, 8 и 10, если смотреть со стороны приводного конца 2а в направлении внешней поверхности, с обеих сторон поверхностей 19 качения шариков 14 имеют вводящие контуры 16а, предназначенные для осевого введения сепаратора 15 во внешнюю обойму 16. Вводящие контуры 16а на приводной стороне 2а исходят от диаметра, по меньшей мере, приблизительно соответствующего внешнему диаметру сепаратора 15.
В осевом направлении эти вводящие контуры, исходя из приводного конца 2а шарнира, переходят после, по меньшей мере, приблизительно половины своей осевой длины в центрирующие сепаратор поверхности 16b на внешней части шарнира и наклонены в направлении центровой оси сепаратора III (см. фиг.3, 5, 7, 8 и 10). Центрирующие сепаратор поверхности 16b приведены в соответствие по форме с шарообразными опорными поверхностями сепаратора и выполнены бочкообразными.
Установка сепаратора 15 может быть выполнена только в направлении стрелки Х, однако, как показано на фиг.10, без шариков и без внутренней обоймы, через, соответственно, соседние друг с другом и, соответственно, диаметрально противоположные вводящие контуры 16а, причем плоскость вращения сепаратора приведена в положение, перпендикулярное плоскости вращения внешней обоймы, до касания центрирующих участков 26а сепаратора 15 с центрирующими участками 16b. После этого сепаратор может быть повернут для установки шариков и внутренней обоймы так, как это подробно описано в DE 10209933 А1.
Внешняя обойма, соответственно, ее перегородки могут (как, в частности, видно из фиг.4, 6, 7, 8 и 10) быть выполнены таким образом, что, если смотреть от ведомого конца 3а в направлении периметра, с обеих сторон поверхностей 19а качения шариков предусмотрены вводящие контуры 16с, позволяющие введение сепаратора 15 также и с ведомой стороны, т.е. в направлении стрелки Y. Для этого вводящие контуры 16а так же на ведомой стороне 3а исходят от диаметра, по меньшей мере, приблизительно соответствующего внешнему диаметру сепаратора 15.
В осевом направлении, исходя из ведомого конца 3а шарнира, эти вводящие контуры 16с переходят после, по меньшей мере, приблизительно половины осевой длины сепаратора во вторые центрирующие сепаратор поверхности 16b на внешней обойме. Далее они проходят наклонно по отношению к оси III второй центрирующей поверхности сепаратора. Вторые центрирующие поверхности 16b сепаратора, так же как и первые, приведены в соответствие по форме с шарообразными опорными поверхностями 26b сепаратора и выполнены бочкообразными.
На фиг.10 обозначенные двойной штриховкой центрирующие поверхности 16b, те, которые действительно видимы на виде сверху, расположены, тем не менее, на обращенной от наблюдателя стороне внешней обоймы. Обозначенные простой штриховкой центрирующие поверхности 16d наблюдателю не видны, но обращены к наблюдателю.
Между обеими опорными поверхностями 26b сепаратора 15 целесообразно выполнить, по меньшей мере, один проходящий по периметру контур, в данном случае притупление 26b, которое особенно предпочтительно может выполнять функции смазочного паза.
Ввод сепаратора 15 может осуществляться теперь и в направлении стрелки Y по, соответственно, соседним друг с другом и, соответственно, диаметрально противоположным вводящим контурам 16а, причем плоскость вращения сепаратора проходит поперек плоскости вращения внешней обоймы, в положении, не показанном на фиг.10, т.е. в положении, повернутом на 45° относительно показанной позиции.
Описанное выше симметричное выполнение внешней обоймы позволяет особенно предпочтительным образом изготовление внешней обоймы в виде детали, изготовленной без снятия стружки, так как инструмент, формирующий, проникая внутрь с обеих сторон, направляющие поверхности сепаратора и затем вводящие контуры, может быть извлечен обратно. Благодаря тому что внешняя обойма выполняется без поднутрений, возможно ее изготовление без обработки резанием.
Для предотвращения, при возникновении высоких осевых нагрузок от одной части вала 2 к другой части вала 3 в направлении стрелки F, изгиба приводного вала 1 в области шарнира 8 и возможного проникновения вращающегося вала внутрь автомобиля, что вероятно, в частности, при лобовом столкновении или наезде, шарнир 8 выполнен с возможностью расцепления. При этом в соответствии с данным вариантом выполнения внешнее кольцо шарнира выполнено эластичным, так что в соответствии с фиг.4 и 9, при возникновении высокой осевой нагрузки от одной части вала 2 на другую часть вала 3, благодаря чему расстояние между соединительными элементами 4 и 5 сокращается, внутренняя часть шарнира, соответственно, внутренняя обойма 10 смещается по оси относительно внешнего кольца шарнира, соответственно, внешней обоймы 16. При этом шарики одного ряда, а именно шарики 14а, вначале незначительно выдавливаются радиально наружу, так как внутренняя поверхность 18а качения вместе с внутренней обоймой была смещена в осевом направлении. В изображенной на фиг.9 позиции шарики 14, расположенные в другом ряду так, как показано на фиг.3, освобождены радиально внутрь, причем на величину, большую, чем величина, получающаяся от радиального перемещения шариков 14а. Расцепление облегчается при этом благодаря тому, что внешняя обойма при положении внутренней обоймы в соответствии с фиг.9 быстро принимает форму, близкую к форме многоугольника, которая задается соответствующим положением шариков 14а. При дальнейшем осевом смещении внутренней обоймы по сравнению с позицией на фиг.9 шарики 14а соскакивают с внутренних дорожек 18а качения радиально внутрь и внутренняя обойма 10 может или беспрепятственно войти вместе с частью вала 2 в часть вала 3, или, что особенно предпочтительно, войти с заданной амортизацией, а именно если предусмотреть в приводном валу 3 осевое амортизирующее устройство, которое может быть выполнено также с прогрессирующим действием.
Под эластичностью внешней обоймы понимается также эластичность непосредственно окружающих, т.е. во время деформации связанных с ней, деталей, например принимающей области 17.
Разумеется, в рамках изобретения возможно выполнение внешней обоймы 16 и корпуса 9 приводной детали как одной детали.
При осевом скольжении внутренней обоймы относительно внешней обоймы обращенная к ведомому концу 3а бочкообразная центрирующая поверхность, соответственно, поверхность качения сепаратора 15 опирается на центрирующие сепаратор поверхности 16b, так что сепаратор 15 и удерживаемые им шарики 14а остаются в первоначальном положении, так же при показанном на фиг.9 положении внутренней обоймы 10 относительно внешней обоймы 16, до того момента, когда при дальнейшем расхождении дорожки 18а качения перестают радиально позиционировать шарики 14а. В соответствии с задачей настоящего изобретения сепаратор 15 выполнен стабильным таким образом, что он, не разрушаясь, может выдержать описанную выше ситуацию.
В рамках изобретения или дополнительно возможно эластичное выполнение внутренней обоймы 10, например, при помощи выполнения выемок в расположенной радиально внутри шариков области, по меньшей мере, с приводной стороны или точно так же при помощи выполнения выемок в расположенной радиально вне шариков области во внешней обойме, по меньшей мере, с приводной стороны. Выемки проходят в направлении оси.