ВРАЩАТЕЛЬНОЕ УПРУГОЕ СОЕДИНЕНИЕ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ROTATIONAL FLEXIBLE CONNECTION AND ITS MANUFACTURING METHOD

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию вращательного упругого соединения (вращательной упругой муфты), в частности, для ведущей передачи гусеничной транспортной машины, например, в ведущем соединении между приводным двигателем и коробкой передач или между коробкой передач и ведущими колесами, в частности валом набора колес.
До настоящего времени в ведущих передачах для гусеничных транспортных машин, в частности в ведущем соединении между выходным валом коробки передач и валом набора колес, используют так называемые клиновые соединения (муфты). Такие клиновые соединения описаны, например, в следующих документах:
DE 3403910 A1
DE 19639304 B4
DE 19958367 A1.
Такие клиновые соединения позволяют передавать очень высокие вращающие моменты величиной от нескольких сот ньютонометров (Нм) до тысячи ньютонометров и более, и компенсировать некоторые осевые, радиальные или угловые смещения между компонентами, в частности, между валами, которые прочно закреплены в соединении, так что обеспечивается комбинация высокого сопротивления кручению с удовлетворительными характеристиками осевого, радиального и углового смещения. Одновременно эти соединения обеспечивают относительно высокую силу центрирования для самоцентрирования обоих подсоединенных компонентов или валов.
Клиновые соединения содержат две соединительные звездочки, между которыми введены резиновые элементы клиновидной формы с поднутряющими кронштейнами в радиальном направлении, чтобы передавать усилие вокруг периметра. Для того чтобы передавать высокие усилия и, соответственно, высокие вращающие моменты, резиновые элементы часто предварительно зажимают между двумя окружающими кронштейнами.
Несмотря на то что клиновые соединения, в частности, в ведущих передачах гусеничных транспортных машин или в ведущих передачах других автомашин работают надежно, их недостатком является относительно высокая стоимость изготовления.
Кроме клиновых соединений, в ведущих передачах гусеничных транспортных машин используют и другие технологии, один из примеров которых приведен в публикации DE 19515103 А1, где описано многоклиновое соединение валов, содержащее две трубы, выполненные с возможностью осевого перемещения друг относительно друга и упруго поддерживаемые друг относительно друга при помощи эластомера. В патентном документе DE 3822637 С2 описано упругое невращательное соединение ступиц вала, а в публикации DE 1575892 А описано упругое соединение с индивидуальными резиновыми элементами, вставленными между выступами на внутреннем участке и выступами на внешнем участке. Наконец, в публикации DE 102004051340 А1 описана ведущая передача, в частности, для транспортных средств, в которой проволочный амортизатор введен между двумя трубами, чтобы получить относительно плоскую характеристику в первой угловой области, в которой обе трубы являются относительно скрученными, до того, как указанная характеристика значительно прогрессирует в данной области.
В связи с изложенным первой задачей настоящего изобретения является создание вращательного упругого соединения, в частности, для ведущей передачи транспортного средства, например для ведущей передачи гусеничной транспортной машины, которое обладает по меньшей мере таким же высоким сопротивлением кручению и одновременно удовлетворительными характеристиками осевого, радиального и углового смещения обеих секций соединения, что и известные ранее клиновые соединения, но которое, однако, может быть изготовлено при значительно более низкой себестоимости. Второй задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления такого вращательного упругого соединения.
Задача настоящего изобретения решена за счет вращательного упругого соединения и способа, описанных в независимых пунктах формулы изобретения. Преимущества и особенно предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Вращательное упругое соединение в соответствии с настоящим изобретением содержит внутреннее кольцо и внешнее кольцо. Внешнее кольцо охватывает внутреннее кольцо вокруг периметра, так что образуется кольцевой зазор между внутренним кольцом и внешним кольцом, а более точно, между радиально внешним периметром внутреннего кольца и радиально внутренним периметром внешнего кольца. Как правило, кольцевой зазор идет по углу 360 градусов, а это означает, что внутреннее кольцо и внешнее кольцо нигде не касаются друг друга по их периметрам.
В соответствии с настоящим изобретением в кольцевой зазор вводят эластомер, который вулканизируется или приклеивается к внутреннему кольцу и к внешнему кольцу и в основном или полностью заполняет кольцевой зазор. Кольцевой зазор имеет форму меандра, так что радиально внешние выступы внутреннего кольца поднутряют (врезаются в) радиально внутренние выступы внешнего кольца. Это означает, что когда вращающий момент приложен к внутреннему кольцу или к внешнему кольцу, тогда указанный вращающий момент будет передаваться за счет результирующих упругих сил сжатия, которые перемещают выступы внутреннего кольца и внешнего кольца вокруг периметра в направлении друг к другу, а также за счет упругих сил сдвига внутри эластомера и между эластомером и внутренним кольцом и между эластомером и внешним кольцом и, в определенной степени, за счет упругих сил растяжения между внутренним кольцом и внешним кольцом.
В соответствии с настоящим изобретением одно или по меньшей мере одно разгрузочное отверстие предусмотрено вокруг периметра соединения в эластомере на обеих сторонах выступов внутреннего кольца и на обеих сторонах выступов внешнего кольца. Функция разгрузочного отверстия может быть выполнена при помощи разгрузочной выемки, причем такие выемки и отверстия могут иметь самую различную форму, например, это могут быть сквозные отверстия в эластомере или глухие отверстия, только один конец которых выходит на поверхность. Разгрузочные отверстия, которые, в частности, имеют круговое сечение, а преимущественно имеют цилиндрическую форму, снижают, с одной стороны, любое влияние надреза в эластомере на кончики выступов внутреннего кольца и внешнего кольца и, кроме этого, предотвращают выпучивание эластомера за выступы из областей давления между выступами. За счет этого, в отличие от соединения с эластомером между внутренним кольцом и внешним кольцом и с поднутряющими выступами, где эластомер не имеет таких разгрузочных отверстий на обеих сторонах выступов, соединение в соответствии с настоящим изобретением может быть использовано для передачи особенно высоких вращающих моментов и все еще может иметь высокий срок службы благодаря чрезвычайно низкому износу, не говоря о сверхнизкой усталости.
Разгрузочные отверстия преимущественно расположены в непосредственной близости от каждого свободного конца каждого выступа и распределены вокруг периметра на каждой стороне выступа, причем единственное разгрузочное отверстие может быть предусмотрено, в частности, на каждой стороне выступа. Расположение указанных разгрузочных отверстий близко к концам выступов эффективно предотвращает любое выпучивание эластомера за выступы.
Разгрузочные отверстия могут быть расположены в непосредственной близости от свободных концов выступов, например, в области вершины треугольника, однако на обеих сторонах вершины, таким образом, что разгрузочные отверстия будут расположены главным образом радиально внутри от радиально внутренних выступов и радиально снаружи от радиально внешних выступов. Альтернативно, разгрузочные отверстия могут быть расположены на соответствующем радиусе, а именно на внутреннем радиусе радиально внутренних выступов и на внешнем радиусе радиально внешних выступов.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения внутреннее кольцо и внешнее кольцо прикреплены друг к другу исключительно при помощи эластомера и, следовательно, упруго прикреплены друг к другу вокруг периметра, в радиальном направлении и в осевом направлении, так что обеспечивается возможность углового перемещения между внутренним кольцом и внешним кольцом. Эластомер преимущественно не содержит никакой встроенной в него проволочной сетки и представляет собой, в частности, единственный материал между внутренним кольцом и внешним кольцом.
Разгрузочные отверстия преимущественно полностью окружены эластомером, в отличие от открытых на кромке отверстий, которые по меньшей мере частично окружены материалом внутреннего кольца или внешнего кольца.
Так как разгрузочные отверстия предусмотрены на обеих сторонах выступов, выступы на внутреннем кольце и/или на внешнем кольце могут быть зубчатыми, в частности каждый выступ может иметь форму остроугольного треугольника, например, с линейными сторонами. Линия симметрии такого треугольника, который, в частности, является равнобедренным, преимущественно идет в радиальном направлении вращательного упругого соединения. Однако такой остроугольный треугольник может иметь наклон относительно радиального направления вращательного упругого соединения, если нормально одинаковые боковые длины заменены различными боковыми длинами.
Внутреннее кольцо и/или внешнее кольцо преимущественно имеет на стороне, обращенной в направлении удаления от эластомера, кольцевой периметр, в частности цилиндрический периметр. Следовательно, цилиндрический внешний периметр внешнего кольца и/или цилиндрический внутренний периметр внутреннего кольца в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения имеет постоянный диаметр или по существу постоянный диаметр.
Как внутреннее кольцо, так и внешнее кольцо могут быть образованы в виде единственного компонента детали. Внутреннее кольцо и/или внешнее кольцо также могут иметь индивидуальные прилегающие друг к другу кольцевые сегменты. В частности, если внешнее кольцо имеет относительно большой диаметр, то изготовление с использованием указанных сегментов может быть предпочтительным.
Вращательное упругое соединение преимущественно может быть изготовлено таким образом, что поверхности соединения, предназначенные для обоих соединяемых компонентов, будут расположены на одной или на обеих передних сторонах вращательного упругого соединения и будут идти, в частности, вертикально относительно оси вращения и соответственно центральной оси вращательного упругого соединения. Таким образом, например, первая ориентированная по оси передняя сторона позволяет образовать стойкое к вращающему моменту соединение первого вала или другого соединительного элемента, а вторая противоположная ориентированная по оси передняя сторона позволяет образовать стойкое к вращающему моменту соединение второго вала или другого соединительного элемента. Чтобы это сделать, в поверхностях соединения преимущественно предусмотрены соединительные отверстия, которые позволяют создавать по оси торцевое соединение соединяемых валов или других соединительных элементов с вращательным упругим соединением. Эти отверстия идут, в частности, параллельно оси вращения и соответственно центральной оси вращательного упругого соединения, причем передние стороны преимущественно являются параллельными друг другу.
В способе изготовления вращательного упругого соединения в соответствии с настоящим изобретением сначала изготавливают раздельно друг от друга внутреннее кольцо и внешнее кольцо или, в случае сегментированных конструктивных вариантов, различные кольцевые сегменты. Под изготовлением раздельно друг от друга понимают изготовление внутреннего кольца и внешнего кольца в виде индивидуальных компонентов, не связанных друг с другом.
После изготовления внутреннее кольцо и внешнее кольцо устанавливают концентрически одно в другом, чтобы образовать кольцевой зазор, при этом выступы поднутряют друг друга радиально снаружи на внутреннем кольце и радиально внутри на внешнем кольце. Указанные кольца преимущественно устанавливают таким образом, что внутреннее кольцо и внешнее кольцо никогда не касаются друг друга.
Обычно до проведения установки внешнее кольцо намазывают связующим материалом на его радиально внутреннем периметре и соответственно на его радиально внутренней поверхности, а внутреннее кольцо намазывают связующим материалом на его радиально внешнем периметре и соответственно на его радиально внешней поверхности. Связующим материалом может быть грунтовка, стандартная краска, состав покрытия или другой аналогичный материал, нанесенный на поверхность. Сцепление эластомера с поверхностью также может быть улучшено за счет использования структурных особенностей поверхности.
Подготавливают заданное число штифтов, в частности цилиндрических штифтов, внешняя поверхность которых не имеет никакого связующего материала, то есть их поверхность такова, что эластомер с поверхности внутреннего кольца и внешнего кольца не прилипает (или по меньшей мере меньше прилипает) к поверхности цилиндрического штифта. Под штифтом понимают удерживающее устройство любой подходящей формы.
Кольцевую прорезь заполняют эластомером после установки внутреннего кольца и внешнего кольца и ранее сборки покрытой поверхности со связующим материалом на внутреннем кольце и внешнем кольце, при этом эластомер нагнетают в кольцевой зазор или вводят иным образом, причем штифты вводят в эластомер ранее его отверждения или схватывания. Штифты могут быть введены ранее проведения процесса литья и соответственно процесса нагнетания или другого процесса введения, во время процесса литья, нагнетания или введения или после процесса литья, нагнетания или введения, в частности непосредственно после процесса литья, нагнетания или введения.
Отверждение (схватывание) эластомера преимущественно может быть осуществлено за счет нагревания, в частности, за счет спекания указанного эластомера. Обычно внутреннее кольцо, внешнее кольцо, эластомер, а также штифты нагревают, то есть спекают вместе.
После нагревания и обычно после последующего охлаждения могут быть выполнены центрирующие отверстия во внутреннем кольце и/или во внешнем кольце, в которые затем могут быть вставлены центрирующие штифты. Альтернативно или дополнительно, центрирующие штифты могут быть установлены на внутреннем кольце и/или на внешнем кольце с использованием других технологий. Центрирующие отверстия и соответственно центрирующие штифты после установки служат для центрирования вращательного упругого соединения на валах или соединительных элементах, которые упруго соединены друг с другом при помощи вращательного упругого соединения.
Преимущество выполнения центрирующих отверстий и соответственно установки центрирующих штифтов только после нагревания вращательного упругого соединения, чтобы закрепить эластомер, заключается в том, что во вращательном упругом соединении может возникать разбаланс в процессе нагревания и соответственно в процессе последующего охлаждения. При вращении симметричных компонентов, таких как вращательное упругое соединение в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, обычно происходит центрирование на соединительном элементе, при этом компонент и соответственно соединение снабжают центрирующей втулкой, которая может быть создана, например, за счет отрезания и обработки на токарном станке. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения вращательное упругое соединение, или по меньшей мере только внешнее кольцо, или только внутреннее кольцо не содержат никакой центрирующей втулки, причем центрирование обеспечивается только за счет указанных центрирующих штифтов.
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.
На фиг.1 показан вид спереди вращательного упругого соединения в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг.2 показано осевое сечение вращательного упругого соединения, показанного на фиг.1.
На фиг.3 показано трехмерное изображение вращательного упругого соединения, показанного на фиг.1.
На фиг.4 показана осевая проекция сегмента вращательного упругого соединения, содержащего сегмент внутреннего кольца, сегмент внешнего кольца и эластомер, введенный между указанными элементами, а также показано осевое сечение указанного сегмента.
На фиг.1 четко показано вращательное упругое соединение 9, которое содержит как внутреннее кольцо 1, так и внешнее кольцо 2, причем внутреннее кольцо 1 и внешнее кольцо 2 сегментированы вокруг периметра. Всего вокруг периметра имеются семь сегментов. Само собой разумеется, что возможно и другое число сегментов.
Внутреннее кольцо 1 имеет радиально наружные выступы 5, а внешнее кольцо 3 имеет радиально внутренние выступы 6. Выступы 5, 6 образуют зубцы с кончиком на радиально внешнем конце. Внутреннее кольцо 1 и внешнее кольцо 3 совместно ограничивают кольцевой зазор 2 в виде меандра, который полностью заполнен эластомером 4, за исключением разгрузочных отверстий 7, выполненных в эластомере 4. Можно видеть, что единственное разгрузочное отверстие 7, в виде цилиндрического отверстия, предусмотрено в непосредственной близости от каждого свободного конца и соответственно от каждого кончика каждого выступа 5, 6, на каждой стороне выступа 5, 6, причем указанные отверстия распределены вокруг периметра. Несмотря на наличие таких разгрузочных отверстий 7, весь внутренний периметр внешнего кольца 3 и весь внешний периметр внутреннего кольца 1 соединены друг с другом при помощи эластомера 4, по меньшей мере за счет заданного осевого сечения.
Соединение между внутренним кольцом 1, внешним кольцом 3 и эластомером 4 представляет собой неразъемное соединение, то есть соединение, которое может быть разорвано только за счет разрыва или разрушения указанного эластомера 4.
Как внутреннее кольцо 1, так и внешнее кольцо 3 имеют параллельно оси вращения 13 большое число соединительных отверстий 8, для торцевого присоединения (flanging, фланцевания) к компонентам, которые необходимо соединить с использованием вращательного упругого соединения 9.
На фиг.2 показаны, в дополнение к ранее описанным элементам, первый вал 10 и второй вал 11, соединенные вместе при помощи вращательного упругого соединения 9. Первый вал 10 закреплен при помощи фланцевого болтового соединения 14, в котором болты пропущены через соединительные отверстия 8, фронтально (с торца) на внешнем кольце 3. Внешнее кольцо 3 центрировано с первым валом 11 с использованием большого числа центрирующих штифтов 12, которые показаны также на фиг.1, причем единственный центрирующий штифт 12 предусмотрен для каждого сегмента в показанном конструктивном варианте.
Второй вал 11 также закреплен при помощи фланцевого болтового соединения фронтально на внутреннем кольце 1, при помощи болтов 15, которые введены в резьбовые соединительные отверстия 8 во внутреннем кольце 1. Таким образом, второй вал 11 закреплен фронтально на вращательном упругом соединении 9. Действительно, втулка второго вала 11 заходит по оси во внутреннее кольцо 1 и несет внутреннее кольцо 1 на своем внешнем периметре. За счет этого может быть обеспечено центрирование между внутренним кольцом 1 и вторым валом 11, без необходимости в использовании центрирующих штифтов между вторым валом 11 и внутренним кольцом 1.
Само собой разумеется, что центрирование может быть обеспечено в соединении между внутренним кольцом 1 и вторым валом 11, вместо показанной центрирующей втулки или в дополнение к ней.
На фиг.3 показано трехмерное изображение вращательного упругого соединения 9 с двумя соединенными с ним валами 10 и 11.
На фиг.4 показан сегмент вращательного упругого соединения, который содержит сегмент внешнего кольца 3, сегмент внутреннего кольца 1, а также введенный между ними эластомер 4 с разгрузочными отверстиями 7, в состоянии до соединения с валами. Кроме того, показаны соединительные отверстия 8, которые являются резьбовыми во внутреннем кольце 1 и не имеют резьбы во внешнем кольце 3. Центрирующие отверстия распределены вокруг периметра и предусмотрены в центре каждого сегмента внешнего кольца 3, служат для ввода указанных центрирующих штифтов.
Можно видеть, что разгрузочные отверстия 7 имеют относительно малый диаметр, а именно меньше диаметра соединительных отверстий 8 и центрирующих отверстий 16. Каждое из разгрузочных отверстий 7 полностью окружено эластомером 4.