Карданный вал с защитным устройством подвижного шлицевого соединения

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а в частности к устройствам защиты соединений подвижных частей валов транспортных средств. Карданный вал (1) с защитным устройством (2) подвижного шлицевого соединения (3) включает два шарнира (4, 5), подвижный валик (6), содержащий соединенный с шарниром (4) корпус (7) с внутренними шлицами (8) и соединенный с шарниром (5) шток (9) с наружными шлицами (10), расположенный в корпусе (7) с образованием шлицевого соединения (3), которое герметизировано посредством защитного устройства (2). Устройство (2) выполнено в виде чехла (11), имеющего гофрированный участок (12) с сопряженными посредством впадин (13) гофрами (Г) одинакового наружного диаметра по их вершинам (14) и сопряженного наружными стенками (16, 17) крайних гофр (18, 19) с установочными участками большего (20) и меньшего (21) диаметра чехла (11) соответственно, зафиксированными хомутами (24, 25) на посадочных участках (22, 23) корпуса (7) и штока (9). В сечении чехла (11) по его продольной оси симметрии (L) вершины (14) гофр (Г) и впадины (13) выполнены радиусными с одинаковой толщиной между собой и с сопряженными между ними стенками (26, 27). На посадочных участках (22, 23) выполнено по меньшей мере по одной кольцевой канавке (28, 29), в которых расположены кольцевые бурты (30, 31). Внутренняя образующая (32) наружной стенки (17) гофра (19) расположена с наклоном наружу под углом от 1° до 4° относительно перпендикуляра к оси чехла (11) и выполнена с плавно увеличивающимся утолщением (33) в направлении к сопряженному с ней участку меньшего диаметра (21). Посадочный участок (22) на соединенном с шарниром (4) корпусе (7) расположен относительно шарнира (4) и конца (34) корпуса (7) - ближе к шарниру (4). Технический результат: повышение надежности карданного вала за счет повышения надежности защитного устройства его подвижного шлицевого соединения. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а в частности к устройствам защиты соединений подвижных частей валов транспортных средств.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является карданный вал, заявка CN №102748404, МПК B60K 17/22, F16D 3/16, F16D 15/08 публикация 24.10.2012. г., содержащий три крестовины, жесткий валик между первой и второй крестовиной, а также валик с изменяемой длиной между второй и третьей крестовиной, состоящий из соединенных посредством шлицевого соединения корпуса (в виде трубы) и штока (в виде стержня). Корпус выполнен с внутренними шлицами и жестко соединен со второй крестовиной, а шток выполнен с наружными шлицами и жестко соединен с третьей крестовиной. Карданный вал содержит защитное устройство подвижного шлицевого соединения валика с изменяемой длиной, которое выполнено в виде чехла, имеющего гофрированный участок, соединенного с установочными участками большего и меньшего диаметров на его концах, установленными соответственно на посадочных участках корпуса и штока валика с фиксацией на этих участках хомутами. Чехол выполнен с одинаковым наружным диаметром гофр гофрированного участка. В плоскости любого сечения чехла, по его продольной оси симметрии, вершины гофр гофрированного участка и впадины в соединениях гофр выполнены остроконечными с очень малым радиусом закруглений. Установочные участки большего и меньшего диаметров чехла выполнены с ровными внутренними поверхностями. Посадочные участки корпуса и штока валика с изменяемой длиной выполнены с ровными наружными поверхностями, ограниченными кольцевыми торцевыми выступами. Посадочный участок на корпусе валика под установочный участок большего диаметра чехла выполнен с небольшим отступом от конца корпуса таким образом, что над корпусом валика расположена одна третья часть общего чехла гофр. Стенки крайних гофр чехла, соединенные с его установочными участками большего и меньшего диаметров, расположены под наклонным углом относительно проходящих через вершины этих гофр плоскостей, перпендикулярных к продольной оси симметрии чехла.

Недостатки данного технического решения

Рассматриваемый карданный вал с защитным устройством подвижного шлицевого соединения недостаточно надежен, особенно при работе его в более тяжелых условиях, например, при применении его в транспортных средствах повышенной проходимости, где большие хода подвески требуют большие осевые перемещение валика с изменяемой длиной, а его защитное устройство недостаточно эффективно:

- во-первых, геометрия гофрированного участка чехла, а именно выполнение вершин гофр и впадин в соединениях гофр остроконечными, ведет к смятию гофр даже при не очень больших его растяжениях, а на больших оборотах вала - ведет к раздуванию чехла, что ускоряет износ чехла, приводя к преждевременному появлению трещин, нарушающих герметизацию внутреннего пространства под чехлом и ухудшающих надежность шлицевого соединения валика с изменяемой длиной;

- во-вторых, конструктивное выполнение образующих стенок крайних гофр чехла, соединенных с его установочными участками, наклонными также способствует легкому началу смятия гофр, начиная с этих крайних гофр, даже при не очень больших растяжениях чехла, а значит, к таким же последствиям, как показаны в предыдущем пункте;

- в третьих, из-за того, что гофрированный участок чехла содержит малое количество гофр, т.е. этот участок имеет малую длину относительно длины шлицевой части штока (шлицевая часть штока предусматривает определенное максимальное осевое перемещение его в корпусе валика), максимально возможное выдвижение штока из корпуса затруднено в результате того, что чехол будет этому препятствовать с возникновением в его гофрах повышенных напряжений, и при стремлении к максимальным выдвижениям штока из корпуса может сминаться и зажевываться, а это все с течением времени, особенно в тяжелых условиях интенсивной эксплуатации, может привести к трещинам в чехле, сдвигу его установочных участков с посадочных участков корпуса и штока валика, т.е. к нарушению герметизации внутреннего пространства под чехлом, а значит, к ухудшению надежности шлицевого соединения валика с изменяемой длиной.

Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении надежности карданного вала за счет повышения надежности защитного устройства его подвижного шлицевого соединения.

Указанный технический результат достигается тем, что в карданном вале с защитным устройством подвижного шлицевого соединения, включающим по меньшей мере два шарнира и подвижный валик, содержащий соединенный с одним из шарниров корпус с внутренними шлицами и соединенный с другим из шарниров шток с наружными шлицами, расположенный в корпусе подвижного валика с образованием шлицевого соединения, которое герметизировано посредством защитного устройства, выполненного в виде чехла, имеющего гофрированный участок с сопряженными посредством впадин гофрами одинакового наружного диаметра по их вершинам и сопряженного наружными стенками крайних первого и последнего гофр с установочными участками большего и меньшего диаметра чехла соответственно, установленными на посадочных участках корпуса и штока подвижного валика с фиксацией на этих участках хомутами,

согласно изобретению в сечении чехла по его продольной оси симметрии вершины гофр и впадины гофрированного участка выполнены радиусными с одинаковой толщиной между собой и с сопряженными между ними стенками, к тому же радиусы вершин гофр и впадин по их средним линиям практически одинаковы между собой по величине, а на посадочных участках корпуса и штока подвижного валика выполнено по меньшей мере по одной кольцевой канавке, в которых расположены кольцевые бурты соответственно установочных участков большего и меньшего диаметров чехла, внутренняя же образующая наружной стенки крайнего последнего гофра расположена с наклоном наружу под углом от от 1° до 4° относительно перпендикуляра к продольной оси симметрии чехла и выполнена с плавно увеличивающимся утолщением в направлении к сопряженному с ней установочному участку меньшего диаметра чехла, причем посадочный участок на соединенном с шарниром корпусе подвижного валика расположен относительно этого шарнира и конца корпуса подвижного валика - ближе к этому шарниру.

В частном случае выполнения, как показано на чертежах, чехол защитного устройства подвижного шлицевого соединения карданного вала выполнен из синтетического эластомера.

В частном случае выполнения, как показано на чертежах, внутренняя образующая наружной стенки крайнего первого гофра гофрированного участка чехла защитного устройства подвижного шлицевого соединения карданного вала расположена с наклоном наружу под некоторым углом относительно перпендикуляра к продольной оси симметрии чехла и выполнена с увеличивающимся утолщением в направлении к сопряженному с ней установочному участку большего диаметра чехла.

В частном случае выполнения, как показано на чертежах, на посадочном участке корпуса подвижного валика карданного вала выполнены две кольцевых канавки, в которых расположены кольцевые бурты установочного участка большего диаметра чехла.

В частном случае выполнения, как показано на чертежах, на посадочном участке штока подвижного валика карданного вала выполнены три кольцевых канавки, в которых расположены кольцевые бурты установочного участка меньшего диаметра чехла.

В частном случае выполнения, как показано на чертежах, большая часть гофр гофрированного участка защитного устройства подвижного шлицевого соединения карданного вала, при максимально задвинутом положении штока в корпус подвижного валика, охватывает корпус валика.

В частном случае выполнения, как показано на чертежах, на конце корпуса подвижного валика карданного вала расположен ограничитель выхода штока из корпуса, выполненный в виде отогнутых выступов, образованных за одно целое с корпусом.

В частном случае выполнения, не показано на чертежах, ограничитель выхода штока из корпуса подвижного валика карданного вала может быть выполнен в виде шайбы, установленной на корпусе.

Сравнение заявляемого технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета показывает, что совокупность существенных признаков этого решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предлагаемое решение имеет признаки, отсутствующие в известных решениях, а их использование в заявляемой совокупности признаков дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где приведено:

Фиг.1 - защитное устройство подвижного шлицевого соединения карданного вала, общий вид;

Фиг.2 - чехол защитного устройства подвижного шлицевого соединения карданного вала, отдельный вид;

Фиг.3 - вид А на фиг.1;

Фиг.4 - вид Б на фиг.1;

Фиг.5 - вид В на фиг.2.

Карданный вал 1 с защитным устройством 2 подвижного шлицевого соединения 3 включает, в случае, показанном на чертежах, два шарнира 4, 5 и подвижный валик 6, содержащий соединенный с одним из шарниров 4 корпус 7 с внутренними шлицами 8 и соединенный с другим из шарниров 5 шток 9 с наружными шлицами 10, расположенный в корпусе 7 подвижного валика 6 с образованием шлицевого соединения 3, которое герметизировано посредством защитного устройства 2, выполненного в виде чехла 11, имеющего гофрированный участок 12 с сопряженными посредством впадин 13 гофрами «Г» одинакового наружного диаметра «D» по их вершинам 14 и сопряженного наружными стенками 16 и 17 крайних первого 18 и последнего 19 гофр «Г» с установочными участками большего 20 и меньшего 21 диаметра чехла 11 соответственно, установленными на посадочных участках 22 и 23 корпуса 7 и штока 9 подвижного валика 6 с фиксацией на этих участках хомутами 24 и 25 соответственно.

В сечении чехла 11 по его продольной оси симметрии L вершины 14 гофр «Г» и впадины 13 его гофрированного участка 12 выполнены радиусными с одинаковой толщиной «S» между собой (т.е. вершины 14 гофр «Г» и впадины 13 выполнены одинаковой толщины «S») и с сопряженными между ними стенками 26 и 27 (т.е. вершины 14, впадины 13 и сопряженные с ними стенки 26 и 27 гофр «Г» выполнены одинаковой толщины «S») (см. фиг.5).

Радиусы «R₁» вершин 14 гофр «Г» и радиусы «R₂» впадин 13 по их средним линиям «N» практически одинаковы между собой по величине.

На посадочных участках 22 и 23 корпуса 7 и штока 9 подвижного валика 6 выполнено по меньшей мере по одной кольцевой канавке 28 и 29 соответственно, в которых расположены кольцевые бурты 30 и 31 соответственно установочных участков большего 20 и меньшего 21 диаметров чехла 11.

В частном случае выполнения, как показано на чертежах, на посадочном участке 22 корпуса 7 подвижного валика 6 карданного вала 1 выполнены две кольцевых канавки 28, в которых расположены кольцевые бурты 30 установочного участка большего 20 диаметра чехла 11, а на посадочном участке 23 штока 9 подвижного валика 6 карданного вала 1 выполнены три кольцевых канавки 29, в которых расположены кольцевые бурты 31 установочного участка меньшего 21 диаметра чехла 11.

Внутренняя же образующая 32 наружной стенки 17 крайнего последнего 19 гофра «Г» расположена с наклоном наружу под углом «α» от 1° до 4° относительно перпендикуляра «P₁» к оси симметрии «L» чехла 11 и выполнена с плавно увеличивающимся утолщением 33 в направлении к сопряженному с ней установочному участку меньшего диаметра 21 чехла 11 (см. фиг.2, 4).

Посадочный участок 22 на соединенном с шарниром 4 корпусе 7 подвижного валика 6 расположен относительно этого шарнира 4 и конца 34 корпуса 7 подвижного валика 6 - ближе к этому шарниру 4.

В частном случае выполнения, как показано на чертежах, чехол 11 защитного устройства 2 подвижного шлицевого соединения карданного вала 1 выполнен из синтетического эластомера.

В частном случае выполнения, как показано на чертежах, внутренняя образующая 35 наружной стенки 16 крайнего первого гофра 18 гофрированного участка 12 чехла 11 защитного устройства 2 подвижного шлицевого соединения карданного вала 1 расположена с наклоном наружу под некоторым углом «β» относительно перпендикуляра «P₂» к продольной оси симметрии «L» чехла 11 и выполнена с увеличивающимся утолщением в направлении к сопряженному с ней установочному участку большего диаметра 22 чехла 11 (см. фиг.2, 3).

В частном случае выполнения, как показано на чертежах, большая часть гофр «Г» гофрированного участка 12 защитного устройства 2 подвижного шлицевого соединения карданного вала 1, при максимально задвинутом положении штока 9 в корпус 7 подвижного валика 6, охватывает корпус 7 подвижного валика 6.

В частном случае выполнения, как показано на чертежах, на конце 34 корпуса 7 валика 6 карданного вала 1 расположен ограничитель выхода 36 штока 9 из корпуса 7, выполненный в виде отогнутых выступов, образованных за одно целое с корпусом 7.

В частном случае выполнения, не показано на чертежах, ограничитель выхода 36 штока 9 из корпуса 7 подвижного валика 6 карданного вала 1 может быть выполнен в виде шайбы, установленной на корпусе 7.

Сборка карданного вала 1 с защитным устройством 2 подвижного шлицевого соединения 3 заключается в следующем.

На посадочный участок 23 штока 9 подвижного валика 6 карданного вала 1 надевают установочный участок 21 меньшего диаметра чехла 11 с расположением трех кольцевых буртов 31 последнего в трех кольцевых канавках 29 посадочного участка 23 штока 9 и фиксируют участок 21 чехла 11 на участке 23 штока 9 хомутом 25.

Далее в предварительно закрытую заглушкой 37 полость корпуса 7 подвижного валика 6 закладывают смазку.

Затем шток 9 с наружными шлицами 10 располагают в корпусе 7 подвижного валика 6 с образованием шлицевого соединения 3. Далее «левый» (на чертежах) конец чехла 11 с установочным участком 20 большего диаметра отводят вправо, т.е. сжимают чехол 11 к его установочному участку 21 меньшего диаметра таким образом, что освобождается от чехла 11 конец 34 корпуса 7 подвижного валика 6, после чего отгибаются выступы ограничителя выхода 36 штока 9 из корпуса 7.

Потом чехол 11 отпускают, устанавливают его установочный участок 29 на посадочном участке 22 корпуса 7 и фиксируют установочный участок 29 чехла 11 на участке 22 корпуса 7 хомутом 24.

Работа конструкции карданного вала 1 с защитным устройством 2 подвижного шлицевого соединения 3 в эксплуатации заключается в следующем.

Крутящий момент, например, от коробки передач транспортного средства передается на шарнир 4 карданного вала 1 и через соединенный с ним корпус 7 подвижного валика 6 на шток 9, посредством их шлицевого соединения 3, которое герметизировано посредством защитного устройства 2, и далее на шарнир 5, а с него на ведущий мост транспортного средства. В процессе движения транспортного средства ведущий мост перемещается, а следовательно, шток 9 и корпус 7 подвижного валика 6 взаимодействуют посредством шлицевого соединения 3 (шток 9 и корпус 7 перемешаются относительно друг друга), при этом чехол 11, надежно установленный посредством своих установочных участков 20 и 21 соответственно на посадочных участках 22 и 23 корпуса 7 и штока 9 подвижного валика 6, надежно герметизирует данное подвижное шлицевое соединение 3 и позволяет без снижения надежности защитного устройства 2 перемещаться относительно друг друга штоку 9 и корпусу 7 подвижного валика 6 карданного вала 1 на всю допустимую длину.

Таким образом, за счет выполнения в сечении чехла по его продольной оси симметрии вершин гофр и впадин гофрированного участка радиусными с одинаковой толщиной между собой и с сопряженными между ними стенками, к тому же радиусы вершин гофр и впадин по их средним линиям практически одинаковы между собой по величине, и выполнение посадочных участков корпуса и штока подвижного валика по меньшей мере имеющими по одной кольцевой канавки, в которых расположены кольцевые бурты соответственно установочных участков большего и меньшего диаметров чехла, а также выполнение внутренней образующей наружной стенки крайнего последнего гофра расположенной с наклоном наружу под углом от 1° до 4° относительно перпендикуляра «P₁» к продольной оси симметрии чехла и выполненной с плавно увеличивающимся утолщением в направлении к сопряженному с ней установочному участку меньшего диаметра чехла, и выполнение посадочного участка на соединенном с шарниром корпусе подвижного валика расположенным относительно этого шарнира и конца корпуса - ближе к этому шарниру, технический результат, направленный на повышение надежности карданного вала, в заявляемом техническом решении достигается.

1. Карданный вал с защитным устройством подвижного шлицевого соединения, включающий по меньшей мере два шарнира и подвижный валик, содержащий соединенный с одним из шарниров корпус с внутренними шлицами и соединенный с другим из шарниров шток с наружными шлицами, расположенный в корпусе подвижного валика с образованием шлицевого соединения, которое герметизировано посредством защитного устройства, выполненного в виде чехла, имеющего гофрированный участок с сопряженными посредством впадин гофрами одинакового наружного диаметра по их вершинам и сопряженного наружными стенками крайних первого и последнего гофр с установочными участками большего и меньшего диаметра чехла соответственно, установленными на посадочных участках корпуса и штока подвижного валика с фиксацией на этих участках хомутами,
отличающийся тем, что в сечении чехла по его продольной оси симметрии вершины гофр и впадины гофрированного участка выполнены радиусными с одинаковой толщиной между собой и с сопряженными между ними стенками, к тому же радиусы вершин гофр и впадин по их средним линиям практически одинаковы между собой по величине, а на посадочных участках корпуса и штока подвижного валика выполнено по меньшей мере по одной кольцевой канавке, в которых расположены кольцевые бурты соответственно установочных участков большего и меньшего диаметров чехла, внутренняя же образующая наружной стенки крайнего последнего гофра расположена с наклоном наружу под углом от 1° до 4° относительно перпендикуляра к продольной оси симметрии чехла и выполнена с плавно увеличивающимся утолщением в направлении к сопряженному с ней установочному участку меньшего диаметра чехла, причем посадочный участок на соединенном с шарниром корпусе подвижного валика расположен относительно этого шарнира и конца корпуса подвижного валика - ближе к этому шарниру.

2. Карданный вал по п.1, отличающийся тем, что чехол выполнен из синтетического эластомера.

3. Карданный вал по п.1, отличающийся тем, что внутренняя образующая наружной стенки крайнего первого гофра расположена с наклоном наружу под некоторым углом относительно перпендикуляра к продольной оси симметрии чехла и выполнена с увеличивающимся утолщением в направлении к сопряженному с ней установочному участку большего диаметра чехла.

4. Карданный вал по п.1, отличающийся тем, что на посадочном участке корпуса подвижного валика выполнены две кольцевых канавки, в которых расположены кольцевые бурты установочного участка большего диаметра чехла.

5. Карданный вал по п.1, отличающийся тем, что на посадочном участке штока подвижного валика выполнены три кольцевых канавки, в которых расположены кольцевые бурты установочного участка меньшего диаметра чехла.

6. Карданный вал по п.1, отличающийся тем, что большая часть гофр, при максимально задвинутом положении штока в корпус подвижного валика, охватывает корпус подвижного валика.

7. Карданный вал по п.1, отличающийся тем, что на конце корпуса подвижного валика расположен ограничитель выхода штока из корпуса.

8. Карданный вал по п.7, отличающийся тем, что ограничитель выхода штока из корпуса подвижного валика выполнен в виде отогнутых выступов, образованных за одно целое с корпусом.

9. Карданный вал по п.7, отличающийся тем, что ограничитель выхода штока из корпуса подвижного валика выполнен в виде шайбы, установленной на корпусе.