приводной вал

Формула изобретения

1. Приводной вал, предназначенный для установки в трансмиссии транспортного средства, включающий в себя резино-металлическую муфту, соединенную своим фланцем посредством шлицевого соединения с валиком, второй конец которого соединен шлицевым соединением с обоймой шарнира, внутренняя полость корпуса которого защищена со стороны валика чехлом, а с обратной стороны заглушкой, установочная часть которой выполнена цилиндрической, отличающийся тем, что в качестве шарнира применен шарнир равных угловых скоростей трения качения с угловым и осевым смещением, шарики которого расположены в прямых эллиптических дорожках его корпуса, ограниченных образующей цилиндрической поверхностью внутренней полости этого корпуса, а шлицы валика в шлицевых соединениях его с фланцем муфты и с обоймой шарнира выполнены эвольвентными спиральными, тогда как шлицы фланца муфты и обоймы шарнира в этих соединениях выполнены эвольвентыми прямыми, чехол шарнира выполнен из синтетического материала с твердостью не менее 80 единиц по Шору, причем на поверхности чехла, около его установочной части на корпус шарнира, выполнена установочная канавка для стягивающего кольца, а под установочной частью чехла на корпусе шарнира завальцована ограничительная шайба, внутренний диаметр перехода поперечной торцевой стенки которой в продольную ее стенку, меньше диаметра вершин прямых эллиптических дорожек корпуса шарнира, и больше диаметра образующей цилиндрической поверхности внутренней полости его корпуса, заглушка которого целиком выполнена из термостойкой пластмассы.

2. Приводной вал по п.1, отличающийся тем, что резиновая часть муфты выполнена практически круглой в поперечных ее сечениях, лежащих в плоскостях, проходящих через продольную ось муфты.

3. Приводной вал по п.1, отличающийся тем, что продольная стенка ограничительной шайбы выполнена цилиндрической.

4. Приводной вал по п.1, отличающийся тем, что продольная стенка ограничительной шайбы выполнена конической.

5. Приводной вал по п.1, отличающийся тем, что ограничительная шайба завальцована на корпусе шарнира в канавке.

6. Приводной вал по п.1, отличающийся тем, что заглушка корпуса шарнира выполнена из термостойкой пластмассы с термостойкостью более 100° по С.

7. Приводной вал по п.1, отличающийся тем, что на цилиндрической установочной части заглушки корпуса шарнира выполнен по меньшей мере один уплотнительный поясок.

8. Приводной вал по п.1, отличающийся тем, что в установочной канавке чехла установлено стягивающее кольцо.

9. Приводной вал по п.1, отличающийся тем, что на корпусе шарнира выполнено место для балансировочных отверстий и балансировочных грузиков.

10. Приводной вал по п.1, отличающийся тем, что поперечную торцевую стенку ограничительной шайбы облегает часть чехла.

11. Приводной вал по п.1, отличающийся тем, что длина чехла, установленного в приводной вал, при установке последнего в трансмиссии транспортного средства в среднем положении шарнира не превышает длины самого чехла в свободном состоянии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трансмиссиям транспортных средств, а именно к приводным валам, предназначенным для установки в трансмиссии транспортного средства, например, устанавливаемого в качестве промежуточного приводного вала между коробкой передач и раздаточной коробкой.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является промежуточный карданный вал автомобиля ВАЗ 2123, «Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту» - М., Издательство «РусьАвтокнига» 2001 г., рис.3-16 на стр.35, включающий в себя эластичную резино-металлическую муфту, соединенную своим фланцем посредством шлицевого соединения с валиком, второй конец которого соединен шлицевым соединением с обоймой шарнира равных угловых скоростей с угловым смещением, внутренняя полость корпуса которого защищена со стороны валика резиновым чехлом с кожухом, а с обратной стороны - заглушкой, выполненной из металла с цилиндрической установочной частью и центральной торцевой частью, причем установочная часть и некоторый участок центральной торцевой части обрезинены (к ним привулканизирована резина). Резиновая часть эластичной резино-металлической муфты имеет практически квадратные сечения в плоскости, проходящей через ее продольную ось. Шлицевое соединение валика с фланцем муфты образовано прямобочными (прямозубыми) шлицами на обеих деталях, а шлицевое соединение второго конца валика с обоймой шарнира образовано эвольветными прямыми шлицами на обеих деталях.

Недостатки данного технического решения: наличие значительного окружного люфта в промежуточном карданном вале из-за использования в шлицевом соединении валика с фланцем муфты прямобочных (прямозубых) шлицов на обеих деталях и использования в шлицевом соединении второго конца валика с обоймой шарнира эвольвентных прямых шлицов на обеих деталях, которые (такие шлицевые соединения) в процессе эксплуатации промежуточного карданного вала прогрессивно увеличивают и так значительный его окружной люфт под воздействием значительных ударных нагрузок, в какой-то степени обусловленных высокой окружной жесткостью его эластичной муфты. В процессе эксплуатации промежуточного карданного вала в автомобиле из-за увеличивающегося его (вала) окружного люфта и из-за высокой окружной жесткости его эластичной муфты увеличиваются и окружные люфты всех шлицевых и зубчатых соединений автомобиля на пути от двигателя до каждого колеса, что в итоге приводит к стукам и шумам, а значит и к потере потребительских свойств автомобиля (снижению комфортабельности автомобиля), в результате требуется досрочная замена приводного вала.

Из-за того что в данной конструкции промежуточного карданного вала автомобиля компенсацию осевых перемещений его составляющих компонентов возможно осуществлять в основном шлицевым соединением валика с фланцем муфты (и лишь незначительно на 0,002-0,003 м телом самой муфты, которая для этого и не предназначена, поэтому далее можно не рассматривать), а необходимое осевое усилие для преодоления высокого трения в этом шлицевом соединении в продольном направлении при различных режимах эксплуатации в основном превышает реально возникающие осевые усилия в нагруженном передаваемым моментом промежуточном карданном вале (т.е. промежуточный карданный вал практически почти не компенсирует продольные перемещения его составляющих компонентов), то при движении автомобиля компенсация изменяющегося расстояния между агрегатами (коробкой передач и раздаточной коробкой), соединяемыми промежуточным карданным валом, происходит за счет деформации резино-металлических опор этих агрегатов, а это приводит к практически полной передаче всех низкочастотных и высокочастотных вибраций от коробки передач (соединенной с двигателем) через промежуточный карданный вал на раздаточную коробку и, как следствие, во-первых, к сильной нагрузке подшипниковых узлов соединяемых валом агрегатов, к их преждевременному износу, стукам, шумам и даже к течи их сальников (т.е. приводит к выходу из строя агрегатов), во-вторых, к вибрации кузова и рычага управления раздаточной коробки и в результате к повышенному шуму в салоне (т.е. ухудшается комфорт), в-третьих, к потере передаваемой мощности за счет преобразования части передаваемого момента на вибрацию кузова и шум раздаточной коробки.

Из-за того что в данной конструкции промежуточного карданного вала автомобиля применен шарнир равных угловых скоростей с угловым смещением, который предназначен и на практике нормально работает в составе других конструкций в условиях без осевой нагрузки, а в условиях же работы его в составе конструкции данного промежуточного карданного вала, где он испытывает большую осевую нагрузку, между его составляющими (корпусом, сепаратором, обоймой, шариками) возникает большая сила трения скольжения, что приводит к тому, что он, во-первых, имеет повышенные потери на трение (а значит, в нем происходят значительные потери мощности) и, во-вторых, сильно греется в процессе работы.

Сильный разогрев шарнира вызывает: большое раздутие чехла - что требует наличия в конструкции защитного кожуха чехла; изменение со временем свойств материала (резины) чехла - что отрицательно сказывается на долговечности чехла и надежности работы всего шарнира; изменение со временем свойств смазки - что также отрицательно сказывается на долговечности и надежности работы всего шарнира; изменение со временем свойств резины установочной части заглушки - что может привести к образованию некоторых зазоров между поверхностью ее установочной части и посадочной поверхностью шарнира, т.е. к разгерметизации внутренней полости шарнира и возможности попадания в нее влаги, абразива, грязи, а это приводит к преждевременному выходу шарнира из строя.

Технический результат, который достигается заявляемым изобретением, заключается в повышении надежности и срока службы приводного вала, в снижении потерь мощности в нем и, как следствие, в целом в транспортном средстве, где он используется, с одновременным снижением передачи вибраций через приводной вал и с повышением комфортабельности этого транспортного средства в эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в приводном вале, предназначенном для установки в трансмиссии транспортного средства, включающем в себя резино-металлическую муфту, соединенную своим фланцем посредством шлицевого соединения с валиком, второй конец которого соединен шлицевым соединением с обоймой шарнира, внутренняя полость которого защищена со стороны валика чехлом, а с обратной стороны - заглушкой, установочная часть которой выполнена цилиндрической, согласно изобретению в качестве шарнира применен шарнир равных угловых скоростей трения качения с угловым и осевым смещением, шарики которого расположены в прямых эллиптических дорожках его корпуса, ограниченных образующей цилиндрической поверхностью внутренней полости этого корпуса, а шлицы валика в шлицевых соединениях его с фланцем муфты и с обоймой шарнира выполнены эвольвентными спиральными, тогда как шлицы фланца муфты и обоймы шарнира в этих соединениях выполнены эвольвентными прямыми, чехол шарнира выполнен из синтетического материала с твердостью не менее 80 единиц по Шору, причем на поверхности чехла около его установочной части на корпусе шарнира выполнена установочная канавка для стягивающего кольца, а под установочной частью чехла на корпусе шарнира завальцована ограничительная шайба, внутренний диаметр перехода поперечной торцовой стенки которой в продольную ее стенку меньше диаметра вершин прямых эллиптических дорожек корпуса шарнира, и больше диаметра образующей цилиндрической поверхности внутренней полости его корпуса, заглушка которого целиком выполнена из термостойкой пластмассы.

В частном случае резиновая часть муфты выполнена практически круглой в поперечных ее сечениях, лежащих в плоскостях, проходящих через продольную ось муфты.

В частном случае продольная стенка ограничительной шайбы приводного вала выполнена цилиндрической.

В частном случае продольная стенка ограничительной шайбы приводного вала выполнена конической.

В частном случае ограничительная шайба приводного вала завальцована на корпусе шарнира в канавке.

В частном случае заглушка корпуса шарнира приводного вала выполнена из термостойкой пластмассы с термостойкостью более 100°С.

В частном случае на цилиндрической установочной части заглушки корпуса шарнира приводного вала выполнен, по меньшей мере, один уплотнительный поясок.

В частном случае в установочной канавке чехла приводного вала установлено стягивающее кольцо.

В частном случае на корпусе шарнира приводного вала выполнено место для балансировочных отверстий и балансировочных грузиков.

В частном случае поперечную торцевую стенку ограничительной шайбы приводного вала облегчает часть чехла.

В частном случае длина чехла, установленного в приводной вал, при установке последнего в трансмиссии транспортного средства в среднем положении шарнира не превышает длины самого чехла в свободном состоянии.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявляемого 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, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется на чертежах:

Фиг.1. - приводной вал, вид сбоку в разрезе;

Фиг.2. - вид А на фиг.1;

Фиг.3. - участок сечения Б-Б на фиг.1;

Фиг.4. - участок сечения В-В на фиг.1;

Фиг.5. - вид Г на фиг.1;

Фиг.6. - вид Д на фиг.1.

Приводной вал, предназначенный для установки в трансмиссии транспортного средства, содержит резино-металлическую муфту 1, соединенную своим фланцем 2 посредством шлицевого соединения 3 с валиком 4, второй конец 5 которого соединен шлицевым соединением 6 с обоймой 7 шарнира 8, внутренняя полость 9 корпуса 10 которого защищена со стороны валика 4 чехлом 11, а с обратной стороны - заглушкой 12, установочная часть 13 которой выполнена цилиндрической.

В качестве шарнира 8 в приводном вале применен шарнир равных угловых скоростей трения качения с угловым и осевым смещением, шарики 14 которого расположены в прямых эллиптических дорожках 15 его корпуса 10, ограниченных образующей цилиндрической поверхностью 16 внутренней полости 9 этого корпуса 10.

Шлицы 17 и 18 валика 4 приводного вала в шлицевых соединениях 3 и 6 его (валика 4) с фланцем 2 муфты 1 и с обоймой 7 шарнира 8 выполнены эвольвентными спиральными, тогда как шлицы «а» фланца 2 муфты 1 и шлицы «б» обоймы 7 шарнира 8 в этих соединениях 3 и 6 выполнены эвольвентными прямыми (см. на фигурах 3-6). За счет сочетания в каждом шлицевом соединении 3 и 6 приводного вала эвольвентных спиральных шлицов 17 и 18 валика 4 с эвольвентными прямыми шлицами «а» и «б» фланца 2 муфты 1 и обоймы 7 шарнира 8 контакт в каждой сопряженной паре шлицов каждого из этих соединений 3 и 6 происходит по двум пятнам контакта «в», что в отличие от прототипа исключает окружной люфт в приводном вале (см. фиг.3, 4).

Чехол 11 шарнира 8 выполнен из синтетического материала с твердостью не менее 80 единиц по Шору. На поверхности чехла 11 около его установочной части 19 на корпусе 10 шарнира 8 выполнена установочная канавка 20 для стягивающего кольца 21 (см. на фигурах 1, 2, кольцо изображено пунктиром), которое может быть установлено в этой канавке 20 в частном случае выполнения приводного вала, а под установочной частью 19 чехла 11 на корпусе 10 шарнира завальцована ограничительная шайба 22. Внутренний диаметр «D1» перехода 23 поперечной торцовой стенки 24 ограничительной шайбы 22 в продольную стенку 25 шайбы 22 меньше диаметра «D2» вершин 26 прямых эллиптических дорожек 15 корпуса 10 шарнира 8 и больше диаметра «D3» образующей цилиндрической поверхности 16 внутренней полости 9 его корпуса 10.

Заглушка 12 корпуса 10 шарнира 8 приводного вала целиком выполнена из термостойкой пластмассы. В частном случае заглушка 12 корпуса 10 шарнира 8 приводного вала выполнена из термостойкой пластмассы с термостойкостью более 100°С (по Цельсию), т.е. материал заглушки 12 не проявляет, в частности, усадки при нагреве его, по меньшей мере, до 100°С, а значит вероятность появления зазоров между установочной частью 13 и заглушки 12 и корпусом 10 шарнира 8 значительно снижена в данном случае выполнения заявляемой конструкции по сравнению с прототипом. В частном случае (см. на фигуре 2) на цилиндрической установочной части 13 заглушки 12 корпуса шарнира 8 выполнено два уплотнительных пояска 27, образующих лабиринтное уплотнение. В другом частном случае (на фигурах не изображено) на цилиндрической установочной части 13 заглушки 12 корпуса 10 шарнира 8 может быть выполнен один уплотнительный поясок, также образующий лабиринтное уплотнение.

В частном случае (см. на фигуре 1) резиновая часть 28 муфты 1 выполнена практически круглой в поперечных ее сечениях «N», лежащих в плоскостях, проходящих через продольную ось «X» муфты 1, что позволяет (т.е. такая геометрия резиновой части 28 муфты 1) при подборе (расчете) определенной площади поперечного сечения этой резиновой части 28 муфты 1 добиться определенной заданной ее окружной жесткостной характеристики, по меньшей мере, такой, при которой в процессе эксплуатации естественное (в результате износа) увеличение окружных люфтов всех шлицевых и зубчатых соединений транспортного средства на пути от двигателя до каждого колеса происходит более медленными темпами.

В частном случае (см. на фигурах 1, 2) продольная стенка 25 ограничительной шайбы 22 приводного вала выполнена цилиндрической.

В другом частном случае (на фигурах не изображено) продольная стенка 25 ограничительной шайбы 22 приводного вала может быть выполнена, например, конической.

В частном случае (см. на фигурах 1, 2) ограничительная шайба 22 приводного вала завальцована на корпусе 10 шарнира 8 в канавке 29.

В частном случае (см. на фигурах 1, 2) на корпусе 10 шарнира 8 приводного вала выполнено место для балансировочных отверстий 30 и балансировочных грузиков 31.

В частном случае (см. на фигурах 1, 2) поперечную торцевую стенку 24 ограничительной шайбы 22 приводного вала облегает часть 32 чехла 11.

В частном случае (см. на фигурах 1, 2) длина «L» чехла 11, установленного в приводной вал, при установке последнего в трансмиссии транспортного средства в среднем положении шарнира 8 не превышает длины самого чехла 11 в свободном состоянии (чехол в свободном состоянии не изображен на фигурах).

Процесс сборки приводного вала заключается в следующем.

Валик 4 приводного вала соединяют с фланцем 2 муфты 1 посредством их шлицевого соединения 3 и соединяют уплотнитель 33 с концом фланца 2 посредством кольца 34.

При подсборке шарнира 8 приводного вала и соединении его с валиком 4 посредством шлицевого соединения 6 выполняют обязательное условие - чехол 11 должен быть закреплен на валик 4 в слегка сжатом состоянии от его свободного состояния при среднем положении шарнира 8, это способствует наилучшей работе шарнира 8 в эксплуатации и наилучшим условиям для работы чехла 11, который лучше работает в сжатом состоянии, чем в растянутом.

При установке приводного вала на транспортное средство, в частности при установке на транспортном средстве между коробкой передач и раздаточной коробкой, муфту 1 соединяют с фланцем 35 вала 36 коробки передач, а шарнир 8 соединяют корпусом 10 с фланцем 37 вала 38 раздаточной коробки, при этом предварительно сдвинув (на длину болтов 39 корпуса 10 шарнира 8) к шарниру 8 муфты 1 относительно валика 4 в шлицевом соединении 3 для того, чтобы можно было вставить болты корпуса 10 шарнира 8 в отверстия фланца 37 вала 38 раздаточной коробки. В результате приложения усилия к муфте 1 при сдвигании ее в шлицевом соединении 3 относительно валика 4 приводного вала в шарнире 8 валик 4 перемещается внутрь корпуса 10 шарнира 8 до упора, при этом шарики 14 сдвигаются внутрь корпуса 10 шарнира 8.

После первых оборотов приводного вала на транспортном средстве, в случае установки его между коробкой передач и раздаточной коробкой, двигатель с коробкой под действием инерционного момента перемещается (на сколько позволяют его резино-металлические опоры) в направлении раздаточной коробки, и так как валик 4 практически расположен через внутренние составляющие шарнира 8 до упора внутри его корпуса 10, то коробка через фланец 35 своего вала 36, давя на муфту 1, сдвигает ее в шлицевом соединении 3 относительно валика 4 в сторону шарнира 8, а затем, когда двигатель возвращается относительно своих опор в какое-то среднее положение, коробка (перемещающаяся в этот момент с двигателем в направлении от раздаточной коробки) через фланец 35 своего вала 36 увлекает за собой муфту 1 и валик 4, который через внутренние составляющие шарнира устанавливает шарики 14 шарнира 8 примерно в среднее положение (т.е. плоскость расположения шариков 14 шарнира 8 проходит примерно посередине дорожек 15 его корпуса 10), при котором длина «L» чехла 11, установленного в приводной вал, не превышает длины самого чехла 11 в свободном состоянии.

Работает приводной вал следующим образом.

Крутящей момент (в частном случае) от фланца 35 вала 36 коробки передач передается на муфту 1, с фланца 2 которой через шлицевое соединение 3 передается на валик 4, а с него через шлицевое соединение 6 на обойму 7 шарнира 8, и далее через ее дорожки качения на шарики 14 шарнира 8 и выполненные в его корпусе 10 прямые эллиптические дорожки 15 на сам корпус 10, с которого крутящий момент передается (в частном случае) на фланец 37 вала 38 раздаточной коробки.

Использование в приводном вале шарнира 8 равных угловых скоростей трения качения с угловым и осевым смещением допускает относительное осевое перемещение его корпуса 10 и валика 4, что позволяет в процессе эксплуатации транспортного средства изменяться длине приводного вала и компенсировать в основном в этом шарнире 8 передаваемые (в частности, с коробки передач) вибрации, причем с малыми потерями на трение в нем, и тем самым позволяет разгрузить подшипниковые узлы соединяемых валом агрегатов, а значит снизить их преждевременный износ, исключить преждевременный стук и шум, снизить вибрацию кузова и рычага управления раздаточной коробки, снизить шум в салоне, снизить потери передаваемой мощности двигателя в результате преобладания части передаваемого момента на вибрацию кузова и шум раздаточной коробки, что напрямую связано с экономией топлива.

Использование в приводном вале шарнира 8 равных угловых скоростей трения качения с угловым и осевым смещением компенсирует с малыми потерями на трение в нем все несоосности валов соединяемых им агрегатов, возникшие при их установке на транспортном средстве или постоянно возникающие в процессе его эксплуатации.

Кроме того, использование в приводном вале шарнира 8 равных угловых скоростей трения качения с угловым и осевым смещением, который имеет малые потери на трение его составляющих, и тем самым мало греется, позволяет применить в приводном вале чехол 11 и заглушку 12 более простой, более надежной и долговечной конструкции и позволяет исключить защитный кожух чехла.

В результате выполнения в шлицевых соединениях 3 и 6 шлицов 17 и 18 валика 4 приводного вала эвольвентными спиральными, а шлицов «а» фланца 2 муфты 1 и шлицов «б» обоймы 7 шарнира 8 эвольвентными прямыми контакт в каждой сопряженной паре шлицов каждого из этих соединений происходит по двум пятнам контакта «в», что, как показано выше, исключает окружной люфт в приводном вале, а это, в совокупности с применением в нем шарнира 8 равных угловых скоростей трения качения с угловым и осевым смещением, компенсирующим угловые и осевые смещения между соединяемыми валом агрегатами, а также компенсирующим передаваемые через вал вибрации с малыми потерями на трения в нем (в шарнире 8), и в совокупности с использованием в приводном вале чехла 11 из синтетического материала с твердостью не менее 80 единиц по Шору и с установочной канавкой 20, за счет этого более простому по конструкции, твердому и трудно поддающемуся раздуванию и износу, а также в совокупности с использованием в шарнире 8 приводного вала более простой и стойкой к усадке при температурном воздействиям заглушки 12 из термостойкой пластмассы, и наконец, в совокупности с использованием в шарнире 8 приводного вала под установочной частью 19 чехла 11 на корпусе 10 шарнира 8 завальцованной ограничительной шайбы 22, предотвращающей выпадение шариков 14 из корпуса 10 шарнира 8, - в заявляемом техническом решении приводного вала технический результат, заключающийся в повышении надежности и срока службы приводного вала, в снижении потерь мощности в нем и, как следствие, в целом в транспортном средстве, где он используется, с одновременным снижением передачи вибраций через приводной вал и с повышением комфортабельности этого транспортного средства в эксплуатации, достигается.