ВТУЛКА С ПРОДОЛЬНЫМИ ШЛИЦАМИ ДЛЯ КРЫЛЬЧАТКИ ВОДЯНОГО НАСОСА

Полезная модель относится к конструктивным элементам водяных насосов, используемых при перекачке различных жидкостей, включая насосы систем охлаждения двигателя.
Основным элементом насоса системы охлаждения (НСО) двигателя внутреннего сгорания является крыльчатка (рабочее колесо, турбина), которая может изготавливаться литой из алюминия или чугуна, штампованной из листовой стали, пластмассовой металлической втулкой. В настоящее время широкое распространение получила конструкции крыльчаток из термопластичных полимерных материалов, изготавливаемые методом литья под давлением с металлической закладной втулкой, предназначенной для жесткой связи крыльчатки с валом водяного насоса. Для таких крыльчаток особое значение приобретает прочность и надежность соединения пластмассовой крыльчатки с металлической втулкой.
Известна конструкция металлической втулки, описанная в патенте на изобретение Ru №2178101 приоритет от 17.04.2000 г. В данном патенте описана конструкция втулки, часть боковой поверхности которой выполнена с оппозитно и параллельно расположенными прямоугольными пазами, образованными за счет срезов лысок. Однако такая втулка не обеспечивает достаточной надежности крепления крыльчатки водяного насоса и при сочетании особо неблагоприятных эксплуатационных условий возможно прокручивание стальной втулки относительно пластмассовой крыльчатки, то есть разрушение изделия.
За прототип принята конструкция металлической втулки (патент на полезную модель Ru 92098 от 09.11.2009 г.) имеющая с двух сторон по диаметру лыски и кольцевую проточку. Имеющиеся на боковой поверхности втулки лыски не обеспечивают достаточной степени надежного адгезионного контакта между пластмассовой крыльчаткой и боковой поверхностью, кроме того наличие одной кольцевой проточки может быть недостаточным, чтобы препятствовать разрушению изделия при аварийных режимах.
Задачей настоящей полезной модели является совершенствование конструкции втулки, обеспечивающей повышение долговечности и надежности работы крыльчатки водяного насоса.
Известна металлическая втулка для крыльчатки водяного насоса, снабженная поперечной кольцевой проточкой. В соответствии с полезной моделью по наружной боковой поверхности втулки выполнена, по меньшей мере, еще одна поперечная кольцевая проточка, при этом поперечно расположенные кольцевые проточки пересекают шлицы, расположенные продольно вдоль наружной боковой поверхности втулки.
Выполнение втулки со сложнофасонным профилем, образованным за счет взаимного пересечения продольных шлицов с поперечными проточками, позволяет резко увеличить по сравнению с аналогом, площадь адгезионного взаимодействия между боковой поверхностью втулки и телом крыльчатки в процессе литья под давлением, что обеспечивает надежное соединение между крыльчаткой и втулкой. Наличие продольных шлицов препятствует прокручиванию крыльчатки относительно втулки при длительной эксплуатации, а наличие кольцевых проточек препятствует срыву крыльчатки со втулки вдоль вала, под воздействием напора прокачиваемой воды. Таким образом, предлагаемая конструкция втулки существенно повышает долговечность и надежность работы крыльчатки водяного насоса.
Распределение продольных шлицов равномерно вдоль наружной боковой поверхности позволяет обеспечить равномерную адгезию между телом крыльчатки и боковой поверхностью втулки и упрощает изготовление.
Выполнение поперечного профиля боковой поверхности втулки в форме зубчатого венца позволяет максимально увеличить площадь адгезионного контакта между боковой поверхностью втулки и крыльчаткой.
Выполнение шлица с поперечным профилем, приближенным по форме к равнобедренной трапеции позволят при формировании тела крыльчатке массе пластмассы свободно затечь в углубление шлица.
Оптимальный угол между боковыми сторонами равнобедренной трапеции поперечного профиля шлица равен 60°.
Кроме того, поперечный профиль зубьев зубчатого венца может иметь форму, приближенную к равнобедренной трапеции, что снижает вероятность появления напряжений в теле крыльчатки при литье под давлением из-за отсутствия острых вершин у зубьев зубчатого венца боковой поверхности крыльчатки.
При выполнении вышеуказанных дополнительных улучшений оптимальное число зубьев находится в диапазоне от 20 до 36.
Допускается выполнять втулку с тремя поперечными кольцевые проточками, две из которых располагаются с противоположных торцов втулки, а третья расположена в центре втулки.
Допускается выполнять втулку с четырьмя поперечными кольцевые проточками, две из которых располагаются с противоположных торцов втулки, а оставшиеся две распределены по длине втулки.
Оптимальная глубина шлица равна 0,030-0,042 наружного диаметра D втулки.
Перечень чертежей.
Рис.1 Продольный разрез крыльчатки жестко установленной на металлической втулке.
Рис.2 Аксонометрический вид втулки с двумя поперечными проточками.
Рис.3 Вид сверху втулки с двумя поперечными проточками.
Рис.4 Фрагмент зубчатого венца втулки.
Рис.5 Продольный разрез втулки с тремя поперечными проточками.
Рис.6 Вид сверху втулки с тремя поперечными проточками.
Рис.7 Продольный разрез втулки с четырьмя поперечными проточками.
Рис.8 Вид сверху втулки с четырьмя поперечными проточками.
В примере 1 на рис.1 предлагается металлическая втулка 1, жестко связанная с пластмассовой крыльчаткой водяного насоса 2. Наружная боковая поверхность 3 втулки имеет две поперечные проточки 4 (рис.2.). Проточки 4 пересекают продольно расположенные шлицы 5, равномерно распределенные вдоль образующей поверхности втулки, а поперечный профиль боковой поверхности 3 втулки 1 (рис.3). имеет форму зубчатого венца. Шлицы 5 (рис.4) имеет поперечный профиль приближенный к равнобедренной трапеции, угол между боковыми сторонами которой а равен 60°. На боковой поверхности 3 шлицы образуют зубья 6 количеством 26 шт. Зубья 6 имеют форму, приближенную к равнобедренной трапеции, со слегка скругленными основаниями. Глубина шлица равна 0,75 мм, при наружном диаметре D втулки, равном 20 мм, и длине втулки, равной 13 мм. Глубина проточки 4 равна 1 мм, а ширина 3-3,5 мм. Втулки такой конструкции можно использовать вместе с крыльчатками, предназначенными для НСО двигателей маломощных малолитражных автомобилей, с небольшими нагрузками на крыльчатку.
ш
ш
ш
В примере 2 (рис.5, 6) предложена втулка для крыльчатки водяного насоса с тремя поперечными проточками 4, 4, при этом проточка, расположенная по середине, имеет большую ширину. Шлицы 5 и зубы 6 имеют поперечный профиль приближенный к равнобедренной трапеции, угол между боковыми сторонами которой равен 60°. Количество зубьев равно 30 шт.Глубина шлица равна 0,75 мм, при наружном диаметре D втулки, равном 23 мм, а длина равна 21 мм. Глубина проточек 4, 4, равна 1 мм, а ширина проточки 4 равна 2 мм, а 4 равна 4 мм. Для более мощных двигателей малолитражных автомобилей требуется более массивная крыльчатка, с более вытянутой втулкой, для которой наличие трех проточек улучшает надежность адгезии между втулкой и телом крыльчатки.
В примере 3 (рис.7, 8) предложена втулка для крыльчатки водяного насоса с четырьмя поперечными проточками 4 близкой ширины. Шлиц 5 и зуб 6 имеют поперечный профиль, приближенный к равнобедренной трапеции, угол между боковыми сторонами которой равен 60°. Количество зубьев равно 30 шт. Глубина шлица равна 1,00 мм, при наружном диаметре D втулки, равном 25 мм. Глубина крайних проточек 4 к равна 1,25 мм при ширине равной 2,5 мм. Глубина средних проточек 4 с равна 1,5 мм при ширине равной 3 мм.
Вытянутые втулки с четырьмя проточками целесообразно использовать для крепления крыльчаток НСО двигателей большого литража грузовых автомобилей, при больших объемах перекачиваемой охлаждающей жидкости и, соответственно, существенных нагрузках на крыльчатку.
Практическое использование в водяных насосах крыльчаток со втулками описанными в примерах 1, 2, 3 показало увеличение прочности и долговечности адгезионного соединения между внешней поверхностью втулки и телом крыльчатки применительно к условиям разнотемпературного режима эксплуатации от -45° до 120°С.
Предлагаемые втулки могут использоваться в крыльчатках водяных насосов систем охлаждения двигателей различных типов.