Карданный вал сельскохозяйственных машин
DRIVESHAFT OF AGRICULTURAL MACHINES

Изобретение относится к механическим трансмиссиям сельскохозяйственных машин, в которых применяются валы с пересекающимися осями.
Известно защитное устройство для телескопических валов с подшипниковыми узлами, шлицевым соединением и защитным устройством, которое состоит из двух аксиально-сопряженных труб [1]. Недостаток этого устройства заключается в невозможности эффективного охлаждения подшипниковых узлов и шлицевого соединения карданного вала из-за конструкции защитного устройства, препятствующей свободному прохождению воздуха вблизи подшипниковых узлов и шлицевого соединения. Такое техническое решение повышает тепловую нагруженность подшипниковых узлов и шлицевого соединения, тем самым снижая долговечность карданного вала.
Известен карданный шарнир, содержащий крестовину с шипами, подшипниковые узлы, вилки с проушинами и ребра охлаждения, являющиеся частью вилок, расположенные на боковых поверхностях проушин вилок и перпендикулярны оси вращения вилок [2]. Недостаток этого технического решения заключается невозможности эффективного охлаждения подшипниковых узлов в случае применения этого карданного шарнира в конструкции карданного вала, содержащей защитное устройство. Такое техническое решение также повышает тепловую нагруженность подшипниковых узлов, тем самым снижая долговечность карданного вала.
Известен карданный вал, с установленной на нем крыльчаткой, которая при вращении создает поток воздуха для охлаждения подшипниковых узлов карданного вала [3]. Недостаток устройства заключается в неэффективном охлаждении подшипниковых узлов карданного вала в случае его реверсивного вращения, а также в неэффективном охлаждении шлицевого соединения.
Наиболее близким техническим решением является шарнир равных угловых скоростей с охлаждающим устройством с лопастями вентилятора и отверстиями, через которые лопасти вентилятора нагнетают воздух к шарниру при его вращении [4]. Недостаток устройства заключается в неэффективном охлаждении тепловыделяющих элементов шарнира в случае реверсивного вращения вала, а также в неэффективном охлаждении шлицевого соединения.
Цель изобретения - повышение долговечности карданного вала за счет снижения тепловой нагруженности подшипниковых узлов и шлицевого соединения при его прямом и реверсивном вращении.
Технический результат заключается в интенсификации процесса охлаждения подшипниковых узлов и шлицевого соединения карданного вала при его эксплуатации в реверсивном режиме, что значительно повысит долговечность устройства.
Предлагаемый технический результат достигается тем, что карданный вал сельскохозяйственных машин содержит карданные шарниры с подшипниковыми узлами, шлицевое соединение, две аксиально-сопряженные трубы, закрепленные на карданном валу и охватывающие его, причем в аксиально-сопряженных трубах, в зоне шлицевого соединения выполнен первый массив из четырех отверстий, оси которых расположены под прямым углом в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения карданного вала, в аксиально-сопряженных трубах, в зонах карданных шарниров выполнен второй массив отверстий, оси которых совпадают с осями подшипниковых узлов каждого из карданных шарниров в момент отсутствия угла излома в карданных шарнирах карданного вала, а оси первого массива отверстий смещены относительно осей второго массива отверстий на угол 45°.
Заявленное устройство отличается от прототипа тем, что в аксиально-сопряженных трубах, в зоне шлицевого соединения выполнен первый массив из четырех отверстий, оси которых расположены под прямым углом в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения карданного вала, в аксиально-сопряженных трубах, в зонах карданных шарниров выполнен второй массив отверстий, оси которых совпадают с осями подшипниковых узлов каждого из карданных шарниров в момент отсутствия угла излома в карданных шарнирах карданного вала, а оси первого массива отверстий смещены относительно осей второго массива отверстий на угол 45°.
Устройство состоит из карданного вала 1, с карданными шарнирами 2, подшипниковыми узлами 3 и шлицевым соединением 4. На карданном валу 1 закреплены аксиально-сопряженные трубы 5. В аксиально-сопряженных трубах 5, в зоне шлицевого соединения 4 выполнен массив 6, содержащий четыре отверстия. Оси отверстий массива 6 расположены под прямым углом и в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения карданного вала 1. Также в аксиально-сопряженных трубах 5, в зоне карданных шарниров 2 выполнен массив отверстий 7, оси которых совпадают с осями подшипниковых узлов 3 каждого из карданных шарниров 2 в момент отсутствия угла излома в карданных шарнирах 2 карданного вала 1. Оси отверстий массива 6 и массива 7 смещены между собой на угол 45°.
Устройство работает следующим образом. На один из карданных шарниров 2 подается крутящий момент, который через подшипниковые узлы 3 передается на шлицевое соединение 4, а затем через подшипниковые узлы 3 другого карданного шарнира 2 выходит из карданного вала 1, при этом все детали карданного вала 1 вращаются. В контактных зонах подшипниковых узлов 3, а также шлицевого соединения 4, вследствие действия сил трения возникают источники тепловыделения, что приводит к их нагреванию, ухудшению условий смазывания и уменьшению долговечности карданного вала 1. Аксиально-сопряженные трубы 5, вращаются вместе с карданным валом 1 с некоторой угловой скоростью. Вследствие того, что радиус аксиально-сопряженных труб 5 в зоне шлицевого соединения 4 меньше, чем их радиус в зоне подшипниковых узлов 3 окружная скорость поверхности аксиально-сопряженных труб 5 в зоне шлицевого соединения 4 будет меньше, чем окружная скорость поверхности аксиально-сопряженных труб 5 в зоне подшипниковых узлов 3. Из-за этого над отверстиями массива 6 возникает зона более высокого давления воздуха, чем над отверстиями массива 7, что приводит к всасыванию наружного воздуха через отверстия массива 6 внутрь аксиально-сопряженных труб 5. Воздух, обтекая шлицевое соединение 4, охлаждает его, перемещается вдоль карданного вала 1, охлаждает подшипниковые узлы 3 и выходит из отверстий массива 7. Расположение осей отверстий массива 6 под углом 45° к осям отверстий массива 7 обеспечивает гарантированное охлаждение боковых поверхностей подшипниковых узлов 3 при прямом и реверсивном направлении вращения карданного вала 1.
Технический эффект заключается в повышении долговечности карданного вала за счет снижения тепловой нагруженности подшипниковых узлов и шлицевого соединения при его прямом и реверсивном вращении.
Источники информации
1 RU 2113092 C1, А01В 71/06 (1995.01), 20.06.1998.
2. RU 199508 U1, F16D 3/26 (2006.01), 04.09.2020.
3. KR 20050100741 A, F16C 11/06, 14.04.2004.
4. US 2015/0275979 A1, B60K 17/22 (2006.01), 01.10.2015.