Устройство для передачи крутящего момента от приводного устройства на валок в прокатной клети
Изобретение относится к устройству для передачи крутящего момента от приводного устройства на валок в прокатной клети для прокатывания предпочтительно металлического материала. Такие устройства по существу известны в уровне техники, например, из публикаций DE 3303929 C1, DE 2234215, DE 1902894 или DE 3539535 С2.
Немецкий патентный документ DE 925284 раскрывает, по меньшей мере неявным образом, устройство для передачи крутящего момента от приводного устройства на валок в прокатной клети. Для этой цели устройство содержит шпиндель, который на стороне привода соединен с приводным устройством посредством поворотной опоры. На стороне валка шпиндель соединен с возможностью поворота с цапфой валка посредством поворотной опоры на стороне валка. Кроме того, раскрыты по меньшей мере две насосных установки для перекачивания смазочного материала.
е. он выполняет маятниковое движение. В результате этого возвратно-поступательного движения поршня смазочный материал накачивают и подают из внешнего резервуара, расположенного на шпинделе, в само шарнирное соединение между шпинделем и цапфой валка. Внешний резервуар необходимо регулярно пополнять свежим и прежде всего холодным смазочным материалом.WO 2010/107849 А1 раскрывает все признаки ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
В основе изобретения лежит задача обеспечения автономного, т.е. не зависящего от внешней подачи смазочного материала, снабжения смазочным материалом известного устройства для передачи крутящего момента от приводного устройства на валок.
Эта задача решена предметом пункта 1 формулы изобретения. Указанный предмет изобретения отличается тем, что в поворотной опоре на стороне привода выполнено пространство для смазочного материала, причем пространства для смазочного материала в поворотной опоре на стороне валка и на стороне привода соединены друг с другом по текучей среде посредством подводящего канала и отводящего канала, вследствие чего образован замкнутый циркуляционный контур для смазочного материала.
«В области» шпинделя означает, например, «во внутренней части» шпинделя и/или на периферии шпинделя, между его наружной стороной и расположенной соосно со шпинделем защитной трубкой.
Преимущество закрытого циркуляционного контура для смазочного материала состоит в том, что становится ненужной непрерывная подача смазочного материала снаружи во время процесса прокатки. Требуемая периодическая замена смазочного материала может происходить, например, в перерывах процесса прокатки.
Понятия «подводящий канал» и «отводящий канал» относятся к направлению потока смазочного материала относительно стороны привода лишь в качестве примера. Смазочный материал может течь также в противоположном направлении; тогда обозначения обоих каналов нужно было бы поменять по смыслу.
Под смазочным материалом подразумевается, например, масло.
Объем смазочного материала циркулирует в полностью замкнутом циркуляционном контуре. Тем самым исключаются внешние подключения, насосы, охладители, колпачковые подводы масла и т.
д. Необходимые уплотнения имеют обычный тип. Находящееся под нагрузкой устройство предпочтительно автономно и не требует ни датчиков, ни дополнительного подвода энергии — кроме подачи энергии для приводного устройства, или через него. Благодаря использованию в качестве вместилища для смазочного материала внутренней части шпинделя и защитной трубки, а также пространств для смазочного материала в поворотных опорах, общее количество смазочного материала повышается, так что выделяемое количество теплоты может не только распределяться по большему объему, но и отдаваться наружу через защитную трубку. В зависимости от длины шпинделя общий объем смазочного материала составляет, например, от 10 до 30 л.
Согласно варианту осуществления шпиндель выполнен в виде шпинделя с зубчатым шарниром, который на каждом из своих обоих концов имеет внешнее зубчатое зацепление. На конце на стороне валка шпиндель посредством внешнего зубчатого зацепления взаимодействует с возможностью поворота с внутренним зубчатым зацеплением в поворотной опоре на стороне валка.
Аналогичным образом шпиндель посредством внешнего зубчатого зацепления на его конце на стороне привода взаимодействует с возможностью поворота с внутренним зубчатым зацеплением в поворотной опоре на стороне привода.
Пространства для смазочного материала в поворотных опорах на стороне привода и на стороне валка уплотнены в направлении приводного устройства или, соответственно, цапфы валка посредством соответствующей перегородки, проходящей в радиальном направлении внутри соответствующей втулки каждой из поворотных опор. В радиальном направлении уплотнение осуществляется посредством самих втулок, а в направлении к стороне валка или, соответственно, к стороне привода уплотнение каждого из пространств для смазочного материала осуществляется посредством соответствующего кольцевого уплотнения, надетого на шпиндель.
Согласно следующему варианту осуществления указанная по меньшей мере одна насосная установка выполнена таким образом, что она приводится в движение посредством вращения шпинделя.
По меньшей мере одна насосная установка согласно изобретению образована участком канала циркуляционного контура, который соединяет по текучей среде связанное с отводящим каналом пространство для смазочного материала в поворотной опоре, предпочтительно на стороне валка, с подводом в области шпинделя. Кроме того, насосная установка содержит поршень для смазочного материала, расположенный эксцентрично в радиальном направлении, предпочтительно на торцевой стороне шпинделя на стороне валка, имеющий закрепленную сторону и свободную сторону. Своей закрепленной стороной поршень для смазочного материала закреплен в осевом направлении на перегородке во втулке, предпочтительно на стороне валка. Своей свободной стороной поршень для смазочного материала, напротив, установлен с возможностью перемещения в частичном канале участка канала на торцевой стороне шпинделя, предпочтительно на стороне валка, причем частичный канал и поршень для смазочного материала образуют первую цилиндропоршневую группу.
Альтернативно или дополнительно возможно выполнение такой насосной установки также в поворотной опоре на стороне привода.
Если при этом варианте осуществления насосной установки поворотные опоры на стороне привода и на стороне валка расположены по отношению друг к другу с таким смещением, что ведомый вал приводного устройства и цапфа валка не находятся друг с другом на одной прямой, то шпиндель установлен под углом к цапфе валка. Это является предпосылкой для того, что поршень для смазочного материала при описанном варианте осуществления насосной установки своей свободной стороной совершает в частичном канале указанное возвратно-поступательное движение; таким образом обеспечивается возможность транспортировки смазочного материала в циркуляционном контуре. Внешний привод для насосной установки не требуется, напротив, она приводится в движение исключительно вращением шпинделя.
В частности, в случаях, когда в процессе прокатки валки перемещают в прокатной клети в осевом направлении, возможно изменение положения конца шпинделя, в частности, на стороне привода, в пределах поворотной опоры на стороне привода, в частности, внутри ее втулки на стороне привода.
Кроме того, в кольцеобразном компенсационном цилиндре направляется с возможностью перемещения в осевом направлении кольцеобразный плавающий поршень, причем плавающий поршень на одной своей торцевой стороне подвергается воздействию давления воздуха окружающей среды, а другой торцевой стороной ограничивает резервуар для смазочного материала.Подводящий канал или отводящий канал для смазочного материала предпочтительно выполнен со смещением в радиальном направлении наружу по отношению к нейтральной оси, внутри или на периферии шпинделя, предпочтительно между наружной стенкой шпинделя и окружающей шпиндель защитной трубкой, предпочтительно соосно. Толщина наружной стенки канала, смещенного в радиальном направлении наружу, не должна превышать заданное предельное значение толщины, причем предельное значение толщины выбрано таким, что обеспечивается возможность отдачи в окружающую среду желаемого количества теплоты от смазочного материала, протекающего в канале, через наружную стенку.
В поворотной опоре на стороне валка предпочтительно предусмотрено шаровое шарнирное соединение для соединения торцевой стороны шпинделя на стороне валка с неподвижной перегородкой во втулке на стороне валка. Таким образом обеспечивается, в частности, передача на шпиндель линейных перемещений валка или цапфы валка, причем шаровое шарнирное соединение предпочтительно допускает изменение угла установки шпинделя относительно цапфы валка, возникающее вследствие линейного перемещения. Двойное соединение на основе шаровой головки представляет собой соединение с геометрическим замыканием и с силовым замыканием. Оно позволяет при установке шпинделя под углом к продольной оси валка или, соответственно, цапфы валка следовать за возвратно-поступательным движением шпинделя, без маятникового движения, выполняемого втулкой.
Кроме того, сочетание пары материалов соединения шаровой головки выбрано так, что не требуется дополнительное уплотнение.
К описанию прилагаются три фигуры, на которых показаны:
фигура 1 продольное сечение устройства в целом;
фигура 2 фрагмент поворотной опоры на стороне валка с насосной установкой; и
фигура 3 фрагмент поворотной опоры на стороне привода с установленным в ней шпинделем.
Ниже изобретение подробно описывается со ссылками на указанные фигуры в форме вариантов осуществления. На всех фигурах одинаковые технические элементы снабжены одинаковыми обозначениями.
На фигуре 1 показано устройство 100 согласно изобретению для передачи крутящего момента от приводного устройства 200 на цапфу 300 валка в прокатной клети для прокатки предпочтительно металлического материала.
Приводное устройство 200 обычно состоит из блока М двигателя и подключенного к нему передаточного механизма G, который выдает крутящий момент на своем ведомом валу 210.
Посредством поворотной опоры 120 на стороне привода шпиндель 210 привода и конец шпинделя 110 на стороне привода соединены друг с другом с возможностью поворота. Противоположный конец шпинделя, на стороне валка, посредством поворотной опоры 130 на стороне валка соединен с возможностью поворота с цапфой 300 валка. В поворотной опоре на стороне привода выполнено пространство 121 для смазочного материала на стороне привода, а в поворотной опоре 130 на стороне валка выполнено пространство 131 для смазочного материала на стороне валка. В пространствах 121, 131 для смазочного материала соответствующие концы шпинделя 110 соединены с возможностью поворота с поворотными опорами. Оба пространства для смазочного материала соединены по текучей среде друг с другом в области шпинделя 110 посредством подводящего канала 112 и отводящего канала 113 для смазочного материала. Таким образом реализуется замкнутый циркуляционный контур для смазочного материала между обоими пространствами 121, 131 для смазочного материала.
Циркуляция смазочного материала в пределах циркуляционного контура осуществляется с помощью насосной установки 140, которая установлена, или встроена, в циркуляционный контур. Насосная установка 140 образует участок канала циркуляционного контура, который согласно варианту осуществления, показанному на фигуре 1, соединяет по текучей среде пространство 131 для смазочного материала поворотной опоры 130 на стороне валка, связанное с отводящим каналом 113, с подводящим каналом 112 во внутренней части шпинделя.
Существенной составной частью поворотной опоры 130 на стороне валка является втулка на стороне валка, соединенная без возможности поворота с цапфой 300 валка. В этой втулке конец шпинделя на стороне валка, выполненный в виде зубчатого шарнирного шпинделя, посредством своего внешнего зубчатого зацепления 114 соединен с возможностью поворота с внутренним зубчатым зацеплением 133 втулки 132 на стороне валка. Пространство 131 для смазочного материала в поворотной опоре 130 на стороне валка уплотнено и ограничено посредством перегородки 134, проходящей в радиальном направлении внутри втулки на стороне валка.
В радиальном направлении пространство 131 для смазочного материала уплотнено и ограничено посредством втулки 132 на стороне валка, а в направлении приводной стороны — посредством кольцевого уплотнения 136, надетого на шпиндель 110. Как видно на фигуре 1, конец шпинделя 110 на стороне валка вместе со своим внешним зубчатым зацеплением 114 и с насосной установкой 140 полностью омывается смазочным материалом в пространстве 131 для смазочного материала на стороне валка. Смазочный материал подводится к пространству 131 для смазочного материала по отводящему каналу 113 шпинделя и отводится в подводящий канал 112 посредством насосной установки 140.
Поворотная опора 120 на стороне привода выполнена аналогично поворотной опоре 130 на стороне валка. Она состоит по существу из втулки 122 на стороне привода, в которой помещен без возможности поворота ведомый вал 210 приводного устройства 200. Перегородка 124, проходящая в радиальном направлении внутри втулки 122, отделяет область соединения ведомого вала 210 от пространства 121 для смазочного материала на стороне привода. В пространстве 121 для смазочного материала на стороне привода внутри втулки 122 на стороне привода конец шпинделя 110 на стороне привода посредством своего внешнего зубчатого зацепления 116 соединен с возможностью поворота с внутренним зубчатым зацеплением 123 втулки на стороне привода. Пространство 121 для смазочного материала на стороне привода уплотняется и ограничивается, во-первых, указанной перегородкой 124 и, кроме того, в радиальном направлении втулкой 122 на стороне привода, а в направлении валка — кольцевым уплотнением 126, надетым на шпиндель 110.
На фигуре 2 показана поворотная опора на стороне валка с фрагментом, в частности, перегородки 134 и насосной установки 140. На фигуре 2 видны две насосных установки 140-1, 140-2, которые расположены на торцевой стороне шпинделя 110 на стороне валка и распределены по ее окружности. Каждая из насосных установок образует участок канала циркуляции смазочного материала, так как она включена соответственно между отводом 113 и подводом 112 смазочного материала. Иначе говоря, отводящий канал и подводящий канал для смазочного материала соединяются друг с другом по текучей среде посредством насосной установки 140. Каждая из насосных установок 140-1, 140-2 содержит поршень 142 для смазочного материала, установленный на торцевой стороне шпинделя эксцентрично в радиальном направлении, причем поршень для смазочного материала имеет закрепленную сторону 143 и свободную сторону 144. Своей закрепленной стороной поршень для смазочного материала закреплен в осевом направлении на перегородке 134, а своей свободной стороной установлен с возможностью перемещения в частичном канале 145 участка канала на торцевой стороне шпинделя на стороне валка. Указанный частичный канал 145 и поршень 142 для смазочного материала образуют первую цилиндропоршневую группу, посредством которой перекачивается смазочный материал. Принцип действия насосной установки разъясняется ниже в описании.
Наряду с указанной цилиндропоршневой группой насосная установка 140 или участок канала насосной установки включает в себя множество частичных каналов 145, 146, 147, расположенных в форме звезды и сообщающихся друг с другом по текучей среде. Первая группа этих частичных каналов впадает в пространство 131 для смазочного материала, в то время как вторая группа частичных каналов 147 впадает в подводящий канал 112 шпинделя 110. Кроме того, указанный частичный канал 145 первой цилиндропоршневой группы представляет собой часть участка канала и соединен по текучей среде с другими частичными каналами. Частичные каналы 146 первой группы выполнены с возможностью их запирания посредством обратного клапана 148 в направлении пространства 131 для смазочного материала. Аналогично, частичные каналы 147 второй группы, которые впадают в подводящий канал 112 шпинделя 110, выполнены с возможностью их запирания посредством обратных клапанов 148. Участки канала каждой отдельной насосной установки 140-1, 140-2 включены параллельно друг другу с возможностью прохождения текучей среды.
Кроме того, на фигуре 2 видно шаровое шарнирное соединение 160, посредством которого торцевая сторона шпинделя 110 на стороне валка соединена с перегородкой 134 во втулке 130 на стороне валка. Шаровое шарнирное соединение служит для того, чтобы воспринимать или передавать линейные усилия и перемещения в осевом направлении. Если, например, валок с его цапфой 300 валка во время процесса прокатки перемещается в осевом направлении, то шпиндель посредством поворотного шарнирного соединения перемещается в осевом направлении вместе с ними.
Насосная установка 140 функционирует следующим образом:
Начальной предпосылкой является то, что поворотные опоры 120, 130 на стороне привода и на стороне валка расположены со смещением по отношению друг к другу таким образом, что ведомый вал приводного устройства и цапфа 300 валка не находятся друг с другом на одной прямой. Тогда при такой конфигурации продольная ось шпинделя 110 и продольная ось валка или цапфы 300 валка установлены под углом друг к другу, как это представлено, например, на фигуре 2.
На «моментальном снимке», показанном на фигуре 2, верхний поршень 142 для смазочного материала в пределах первой цилиндропоршневой группы вышел далеко вправо и, таким образом, освобождает довольно большой объем частичного канала 145. При этом положении в остальных частичных каналах 146 и 147, соединенных с частичным каналом 145 по текучей среде, создается разрежение, в результате чего при соответствующей схеме включения обратных клапанов 148 обратный клапан, обращенный к шпинделю, закрывается, а обратные клапаны 148, которые соответствуют пространству 131 для смазочного материала, открываются. После этого смазочный материал из пространства 131 для смазочного материала на стороне валка всасывается в насосную установку 140 или, точнее говоря, в ее частичные каналы.
При вращении шпинделя 110 с сохранением его положения под углом к цапфе валка поршень 142 для смазочного материала все больше смещается в пределах частичного канала 145 по направлению к шпинделю 110, вследствие чего на участке канала или в его частичных каналах создается избыточное давление. Достигаемое позднее, при половинном обороте шпинделя, конечное положение поршня 142 для смазочного материала видно на фигуре 2 у нижнего поршня для смазочного материала. В этом положении поршня 142 для смазочного материала указанное избыточное давление в пределах частичных каналов вызывает закрытие обратных клапанов в направлении пространства 131 для смазочного материала и открытие обратного клапана в направлении к подводящему каналу 112. Тогда смазочный материал, всосанный ранее в частичные каналы, вследствие избыточного давления откачивается в подводящий канал 112. При непрерывном вращении шпинделя происходит непрерывное перемещение накачиваемого смазочного материала из области зубчатого соединения пространства для смазочного материала в подводящий канал шпинделя. Смазочный материал в области зубчатого соединения подвергается высокой нагрузке и вследствие этого нагревается. С помощью насосной установки он удаляется из области воздействия нагрузки, и обеспечивается возможность его повторного охлаждения при протекании через шпиндель. Для процесса перекачивания существенна необходимость применения жидкого смазочного материала, в частности, масла, но не консистентной смазки. При определенных обстоятельствах, в зависимости от положения шпинделя, смазочный материал должен «течь в гору». Жидкое масло дает возможность перекачивать его соответствующим образом посредством насоса, консистентная смазка не обладает этим качеством. Целесообразно использование масла марок от ISO VG 220 (жидкого) до ISO VG 1.000 (густого). Оптимальный температурный диапазон в области примерно 40°С в большинстве случаев устанавливается без дополнительных мер, вследствие близости прокатного стана и его нагрузки. Давление насоса составляет >1 бар.
На фигуре 3 показана поворотная опора 120 на стороне привода, по существу уже известная из фигуры 1, с концом шпинделя 110 на стороне привода, соединенным с ней с возможностью поворота. Также здесь видно, что внутри шпинделя подводящий канал 112 для смазочного материала впадает в пространство 121 для смазочного материала на стороне привода, и что оттуда смазочный материал после прохождения через зубчатый шарнир с внешним зубчатым зацеплением 116 и внутренним зубчатым зацеплением 123 проводится в отводящий канал 113.
Кроме того, на фигуре 3 виден компенсационный резервуар 150 в виде резервуара для жидкого смазочного материала, который посредством соединительного канала 117 соединен по текучей среде с циркуляционным контуром для смазочного материала — например, на фигуре 3 с отводящим каналом 113.
Компенсационный резервуар 150 выполнен в форме второй цилиндропоршневой группы. Он включает в себя в варианте осуществления с фигуры 3, показанном только в качестве примера, кольцеобразный компенсационный цилиндр 152 на наружной стороне шпинделя 110, который предпочтительно расположен соосно по отношению к продольной оси последнего. В кольцеобразном компенсационном цилиндре 152 помещен с возможностью перемещения в осевом направлении, т.е., например, параллельно продольной оси шпинделя, кольцеобразный плавающий поршень 154. Плавающий поршень с одной своей торцевой стороны 155 подвергается воздействию давления воздуха из окружающего пространства, а другой торцевой стороной 156 плавающий поршень ограничивает резервуар смазочного материала в компенсационном резервуаре 150. В случае линейного перемещения валка и вместе с тем шпинделя 110 плавающий поршень 154 автоматически, без внешнего воздействия, устанавливается таким образом, что для контура смазочного материала предоставляется увеличенное или уменьшенное — в зависимости от потребности — количество смазочного материала.
На всех фигурах отводящий канал 113 выполнен в качестве примера на периферии шпинделя, со смещением в радиальном направлении наружу. Согласно изобретению толщина d наружной стенки этого канала не должна превышать заданное предельное значение толщины, причем предельное значение толщины выбрано таким, что обеспечивается возможность отдачи в окружающую среду желаемого количества теплоты от смазочного материала, проходящего в канале, через наружную стенку 118. Поэтому, как правило, наружная стенка 118 канала, или шпинделя, должна быть как можно более тонкой и образованной из материала с высокой теплопроводностью, чтобы обеспечивать отдачу как можно большего количества теплоты от смазочного материала, сильно нагретого при прохождении через поворотные опоры 120, 130, в воздух окружающей среды.
Защитная трубка и компенсационный резервуар при вращении шпинделя обычно поворачиваются вместе с ним.
Предпочтительно могут быть предусмотрены смотровые стекла для контроля смазочного материала и в качестве отверстий для наполнения или выпуска с целью периодической замены масла. Преимуществами устройства согласно изобретению являются автономная система без нуждающихся в техническом обслуживании конструктивных элементов, незначительные инвестиционные и эксплуатационные расходы, обеспечение высокой эффективности смазочной и охлаждающих средств в шпинделях, рассчитанных на высокие мощности, и отсутствие расплескивания смазочного материала благодаря автономной системе регулирования его объема.
Перечень обозначений:
100 устройство
110 шпиндель
112 подводящий канал
113 отводящий канал
114 внешнее зубчатое зацепление шпинделя на его конце на стороне валка
116 внешнее зубчатое зацепление шпинделя на его конце на стороне привода
117 соединительный канал
118 наружная стенка шпинделя или защитная трубка
120 поворотная опора на стороне привода
121 пространство для смазочного материала в поворотной опоре на стороне привода
122 втулка на стороне привода
123 внутреннее зубчатое зацепление втулки на стороне привода
124 радиальная перегородка во втулке на стороне привода
126 уплотнение пространства для смазочного материала на стороне привода во втулке на стороне привода
130 поворотная опора на стороне валка
131 пространство для смазочного материала в поворотной опоре на стороне валка
132 втулка на стороне валка
133 внутреннее зубчатое зацепление во втулке на стороне валка
134 радиальная перегородка во втулке на стороне валка
136 кольцевое уплотнение
140 насосная установка
140-1 первая насосная установка
140-2 вторая насосная установка
142 поршень для смазочного материала
143 закрепленная сторона поршня для смазочного материала
144 свободная сторона поршня для смазочного материала
145 частичный канал на участке канала насосной установки
146 частичный канал на участке канала насосной установки
147 частичный канал на участке канала насосной установки
148 обратные клапаны
150 компенсационный резервуар
152 компенсационный цилиндр компенсационного резервуара
154 плавающий поршень
155 торцевая сторона плавающего поршня
156 торцевая сторона плавающего поршня
160 шаровое шарнирное соединение
200 приводное устройство
210 ведомый вал приводного устройства
300 цапфа валка
d толщина наружной стенки шпинделя
G приводной механизм
М двигатель
Устройство передачи крутящего момента
Изобретение относится к машиностроению и может найти применение в испытательной технике, а именно в стендах для испытания машин, механизмов, валов, агрегатов, приводов и т.п.
Известен передаточный механизм крутящего момента, включающий планетарный зубчатый редуктор, фрикционную муфту сцепления и обгонную роликовую муфту, которые существенно усложняют устройство (Патент РФ №2086824, F16H 3/54, F16H 47/04, 1997).
Наиболее близкой к заявляемому устройству является автоматическая бесступенчатая механическая передача, включающая механизм загрузки крутящим моментом с узлом исполнительного механизма (Патент РФ №2277657, F16H 33/14, 2006).
Известное устройство обеспечивает создание небольшого крутящего момента (20-30 кгс·м) и осевых усилий в заданном направлении для транспортных средств, что не позволяет использовать его в испытательной технике, например для испытаний тяжелонагруженных валов, агрегатов, машин и приводов на прочность.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в возможности создания крутящего момента величиной до 4000 кгс·м при испытаниях валов, агрегатов, машин, приводов и других тяжелонагруженных механизмов, а также в создании необходимых осевых усилий в заданном направлении за счет обеспечения заданного передаточного отношения в механизме загрузки крутящим моментом.
Сущность изобретения заключается в том, что устройство передачи крутящего момента, которое содержит входной и выходной валы, механизм загрузки крутящим моментом с узлом исполнительного механизма и блоки управления, согласно изобретению включает гидравлическую систему, блок автоматического управления гидравлической системой, электрически связанной с ним, а также измеритель крутящего момента. Механизм загрузки крутящим моментом включает узел зубчатой передачи и редуктор, который включает полый промежуточный ведомый вал, внутри которого соосно размещен входной вал, через зубчатую передачу связанный с выходным валом, который размещен параллельно указанному ведомому валу на заданном расстоянии от него. Узел исполнительного механизма выполнен в виде двух модулей — модуля загрузки крутящим моментом и модуля снятия загрузки крутящим моментом, которые включают обгонные кулачковые муфты зацепления, приводимые в движение гидравлической системой и отключаемые возвратными пружинами в момент прекращения действия гидравлической системы. Узел зубчатой передачи включает два соединенных между собой зубчатых колеса с наружным зубчатым венцом, отличающиеся числом зубьев не менее чем на единицу и сопряженные с двумя соответствующими зубчатыми колесами с внутренними зубчатыми венцами, при этом одно указанное зубчатое колесо с большим количеством зубьев через шлицевое сопряжение связано с полым промежуточным ведомым валом, а второе указанное зубчатое колесо жестко связано с входным валом, а зубчатые колеса узла зубчатой передачи с наружными зубчатыми венцами размещены на подшипниковых опорах, установленных на эксцентриковой детали, которая размещена на валу узла зубчатой передачи и связана с ним шпонкой. Ось эксцентриковой детали смещена относительно оси вала узла зубчатой передачи на заданное расстояние, на валу узла зубчатой передачи противоположно относительно оси эксцентриковой детали закреплены балансировочные грузы. На валу узла зубчатой передачи установлены два зубчатых колеса, одно из которых связано с зубчатым колесом модуля нагрузки крутящим моментом, а другое — с зубчатым колесом модуля снятия загрузки крутящим моментом. Узел зубчатой передачи выполнен с возможностью свободного вращения с одинаковой частотой вместе с входным и ведомым валами на холостом ходу и создания крутящего момента заданной величины, удержания его, многократного увеличения и снятия до нулевого значения.
Заявляемая конструкция устройства позволяет создавать крутящий момент заданной величины, а также удерживать его, многократно увеличивать, снимать до нулевого значения и создавать крутящий момент в обратном направлении.
На фиг.1 представлена схема заявляемого устройства, на фиг.2 — конструкция механизма загрузки крутящим моментом, на фиг.3 — элемент I на фиг.2.
Заявляемое устройство содержит механизм загрузки крутящим моментом 1, гидравлическую систему 2, блок автоматического управления 3 и измеритель крутящего момента 4.
Гидравлическая система 2 содержит масляный насос, трехпозиционный распределитель подачи масла и электрическую систему управления указанным распределителем подачи масла (не показаны). Блок автоматического управления 3 работает по программе, управляя гидравлической системой 2 для загрузки крутящим моментом через механизм 1 и измеритель крутящего момента 4 валов, агрегатов и других механизмов, а также загрузки для создания необходимых осевых усилий.
Измеритель крутящего момента 4 выполнен с тензорегистраторами (не показаны), которые вырабатывают электрические сигналы в зависимости от величины крутящего момента и электрически связанны с блоком автоматического управления 3.
Механизм загрузки крутящим моментом 1 включает редуктор 5, узел зубчатой передачи 6 и узел исполнительного механизма 7.
Редуктор 5 включает полый промежуточный ведомый вал 8, внутри которого соосно размещен входной вал 9, связанный с помощью зубчатой передачи 10 с выходным валом 11. Выходной вал 11 размещен параллельно указанному ведомому валу 8 на заданном расстоянии L от него. Величина L зависит от назначения в применении устройства. Например, далее по кинематической цепи выходной вал 11 через свое зубчатое колесо может передавать крутящий момент дополнительному многоступенчатому редуктору или через торцовый фланец или шлицы может передавать крутящий момент сразу на другой соосный вал.
Узел 6 включает два соединенных между собой зубчатых колеса 12 и 13 с наружным зубчатым венцом, отличающихся числом зубьев не менее чем на 1, что позволяет реализовать разные угловые скорости на сопрягаемых с ними зубчатых колесах 14 и 15 с внутренним зубчатым венцом. Зубчатое колесо 13 имеет большее количество зубьев. Зубчатое колесо 14 и опора 16 роликоподшипника 17 закреплены на фланце 18 входного вала 9. На роликоподшипнике 19 стоит опора 20, соединенная с зубчатым колесом 15 и наружным корпусом 21. Корпус 21 соединен со шлицевым фланцем 22, который через шлицевой фланец 23 соединен с полым промежуточным ведомым валом 8. Роликоподшипник 17 служит первой опорой вала 24 узла зубчатой передачи 6. Зубчатые колеса 12 и 13 связаны между собой резьбовым соединением 25. Эксцентриковая деталь 26 служит опорой роликоподшипников 27 и связана с валом 24 шпонкой 28. Ось эксцентриковой детали 26 (не показана) смещена относительно вала 24 на заданное расстояние, которое определяется расчетом исходя из создания необходимого передаточного отношения узла зубчатой передачи 6.
На валу 24 диаметрально противоположно оси эксцентриковой детали 26 закреплены балансировочные грузы 29, которые служат для компенсации дисбаланса от смещения зубчатых колес 12, 13, а также роликоподшипников 27. На валу 24 также установлена втулка 30, шарикоподшипник 31 и втулка 32.
Шарикоподшипник 31 служит второй опорой для вала 24. Узел исполнительного механизма 7 выполнен в виде двух модулей — модуля загрузки крутящим моментом 33 и модуля снятия загрузки крутящим моментом 34. Модули 33 и 34 сопряжены с зубчатыми колесами 35 и 36, которые стоят на валу 24. Весь перечисленный пакет деталей, размещенных на валу 24, стянут гайкой 37 и законтрен замком 38.
Модуль 33 содержит обгонную кулачковую муфту зацепления 39, которая приводится в движение гидравлической системой 2 и отключается с помощью возвратной пружины 40. Пружина 40 находится внутри муфты 39. Назначение пружины 41 — плавное безударное включение муфты 39 после подачи давления масла гидравлической системы 2 в полость 42 модуля нагрузки крутящим моментом 33, а также создание дополнительного усилия и гарантированного зацепления муфты 39 с зубчатым колесом 43.
Пружина 41 стоит в опоре 44, на которой размещены шарикоподшипники 45 и распорная втулка 46. Шарикоподшипники 45 по внешним обоймам охватываются стаканом 47.
Пакет деталей, включающий подшипники 45, втулку 46 вместе с опорой 44 стянут гайкой 48 и застопорен замком 49. Пакет размещен в стакане 47, который установлен в корпусе 50 и закреплен резьбовым соединением (не показано).
Муфта 39, пружины 40 и 41, опора 44, шарикоподшипники 45, втулка 46, шпонка 51, гайка 48, замок 49 и фланец 52 составляют сборочную единицу, расположенную и закрепленную шпильками 53. Перечисленные элементы в сборочной единице вместе со стаканом 47 и фланцем 52 имеют осевую подвижность. Пружина 54 возвращает ее в исходное положение. Шлицевое соединение 55 позволяет муфте 39 свободно перемещаться вместе с другими деталями сборочной единицы вдоль оси 56 до зацепления с зубчатым колесом 43.
Сопряжение 57 зубчатых колес 36 и 43 предназначено для создания момента нагрузки на выходном валу 11. Вышеописанный модуль представляет собой модуль загрузки крутящим моментом 33.
Сопряжение 58 зубчатых колес 35 и 59 предназначено для снятия загрузки крутящим моментом 34, причем модуль 34 отличается от модуля 33 тем, что обгонные кулачковые муфты 39 и 60 модулей соответственно 33 и 34 вращаются в противоположном направлении. Дополнительно модули 33, 34 отличаются друг от друга зубчатыми колесами 43 и 59.
Кинематическая схема устройства имеет сопряжения 61 и 62 зубчатого колеса 63 с колесом 64 и зубчатого колеса 63 с колесом 65 соответственно. Зубчатое колесо 63 имеет резьбовое соединение с опорой 66, которая вместе с опорой 20 и зубчатым колесом 15 закреплена на наружном корпусе 21. Шлицевой фланец 22 имеет сопряжение со шлицевым фланцем 23, который шлицами и резьбовым соединением связан с ведомым валом 8. Модули 33 и 34 закреплены на корпусе 67. Зубчатые колеса 35 и 36 через шпонку 68 позволяют вращать вал 24 в противоположных направлениях. Полость 42 предназначена для подачи масла под давлением с целью создания осевого усилия на стакан 47. Стрелка 69 показывает направление вращения входного вала 9 механизма 1.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Выходной вал 11 механизма 1 с измерителем крутящего момента 4 соединяют с испытуемым агрегатом или механизмом для создания какой-либо загрузки. Включают систему автоматического управления 3 и насос масляной системы 2 (не показан) и приводное устройство (не показано) механизма 1. В условиях отсутствия давления масла в полостях модулей 33 и 34 трехпозиционный распределитель гидравлической системы 2 сбрасывает подачу масла обратно в систему. Входной 9 и ведомый 8 валы механизма 1 вместе с деталями, охваченными корпусом 67, в режиме холостого хода вращаются с одинаковой частотой по стрелке 69. При этом крутящий момент на выходном валу 11 отсутствует. Для создания крутящего момента, предусмотренного программой, путем управления трехпозиционным выключателем подают давление в модуль 33.
Стакан 47 вместе с остальными элементами, расположенными в нем, перемещается по оси в направлении зубчатого колеса 43. При этом обгонная кулачковая муфта зацепления 39 входит в зацепление с кулачками указанного колеса 43. Вращение от вала 9 передается узлу зубчатой передачи 6 и далее зубчатым колесам 63, 64 и 65. Через муфту 39 и зубчатое колесо 43 вращение передается зубчатому колесу 36, далее через шпонку 68 — валу 24 и через шпонку 28 — на эксцентриковую деталь 26, которая приводит в движение зубчатые колеса 12 и 13 с роликовыми подшипниками 24 относительно зубчатых колес 14 и 15. Как указывалось ранее, сопряжения зубчатых пар 12, 13 и 14 и 15 отличаются по количеству зубьев (например, на 1), вследствие этого при вращении вала 24 с эксцентриковой деталью 26 зубчатое колесо 15, связанное с ведомым валом 8, и зубчатое колесо 14, связанное с входным валом 9, вращаются с разной угловой скоростью относительно друг друга. Происходит взаимное угловое смещение валов 8 и 9. В силу того что передаточное отношение механизма 1 равно 500, происходит плавный процесс нарастания крутящего момента в кинематической цепи.
Если программой испытаний или создания силовой нагрузки предусмотрено сохранение заданной величины крутящего момента на какой-либо отрезок времени, давление масла в модуле 33 сбрасывают. Происходит разъединение муфты 39 и зубчатого колеса 43. Валы 8 и 9 узла зубчатой передачи вращаются с одинаковой частотой с сохранением созданного крутящего момента в цепи. Если необходимо поэтапное увеличение крутящего момента, то система автоматического управления 3 выдает команду гидравлической системе 2 на очередную подачу давления масла в модуле 33. При этом повторно осуществляется вышеописанный процесс и крутящий момент нарастает и продолжается дальнейшее угловое смещение валов 9 и 8 относительно друг друга.
Величину крутящего момента контролируют измерителем 4 через систему автоматического управления 3.
В случае проверки вала 8 на величину предельного крутящего момента давление масла в модуле 33 сохраняют до поломки.
В случае отсутствия такой необходимости по программе испытания система автоматического управления 3 подает команды на сброс давления масла в модуле 33. Для снятия крутящего момента подают давление масла в модуль 34. Муфта 60 модуля снятия нагрузки крутящего момента входит в зацепление с зубчатым колесом 59, которое через сопряжение 58 и зубчатое колесо 35 возвращает эксцентриковую деталь 26 с валом 24, шпонкой 28 с роликоподшипниками 27, зубчатыми колесами 12, и 13 в исходное положение до начала нагрузки крутящим моментом. Величину крутящего момента контролируют измерителем 4. При условии завершения испытания крутящий момент в цепи снижают до нуля, выключают все системы и разбирают цепь.
Вышеописанное устройство позволяет создавать заданное передаточное отношение в кинематической цепи механизма загрузки крутящим моментом до величины 10000, создавать необходимые осевые усилия в заданном направлении и крутящего момента величиной до 4000 кгс·м валов, агрегатов, машин, приводов и других тяжелонагруженных механизмов при соответствующем закреплении устройства с передачей осевого усилия через трапецеидальную резьбу, барабаны для намотки тянущих тросов и др.
Заявляемое устройство позволяет создавать крутящий момент заданной величины, удерживать его, многократно увеличивать или уменьшать, снимать до нулевого значения и создавать крутящий момент в обратном направлении.
Устройство передачи крутящего момента, которое содержит входной и выходной валы, механизм загрузки крутящим моментом с узлом исполнительного механизма и блоки управления, отличающееся тем, что оно включает гидравлическую систему, блок автоматического управления гидравлической системой, электрически связанной с ним, а также измеритель крутящего момента, механизм загрузки крутящим моментом включает узел зубчатой передачи и редуктор, который включает полый промежуточный ведомый вал, внутри которого соосно размещен входной вал, через зубчатую передачу связанный с выходным валом, который размещен параллельно указанному ведомому валу на заданном расстоянии от него, узел исполнительного механизма выполнен в виде двух модулей — модуля загрузки крутящим моментом и модуля снятия загрузки крутящим моментом, которые включают обгонные кулачковые муфты зацепления, приводимые в движение гидравлической системой и отключаемые возвратными пружинами в момент прекращения действия гидравлической системы, узел зубчатой передачи включает два соединенных между собой зубчатых колеса с наружным зубчатым венцом, отличающиеся числом зубьев не менее чем на единицу и сопряженные с двумя соответствующими зубчатыми колесами с внутренними зубчатыми венцами, при этом одно указанное зубчатое колесо с большим количеством зубьев через шлицевое сопряжение связано с полым промежуточным ведомым валом, а второе указанное зубчатое колесо жестко связано с входным валом, а зубчатые колеса узла зубчатой передачи с наружными зубчатыми венцами размещены на подшипниковых опорах, установленных на эксцентриковой детали, которая размещена на валу узла зубчатой передачи и связана с ним шпонкой, при этом ось эксцентриковой детали смещена относительно оси вала узла зубчатой передачи на заданное расстояние, на валу узла зубчатой передачи противоположно относительно оси эксцентриковой детали закреплены балансировочные грузы, при этом на валу узла зубчатой передачи установлены два зубчатых колеса, одно из которых связано с зубчатым колесом модуля загрузки крутящим моментом, а другое — с зубчатым колесом модуля снятия загрузки крутящим моментом, при этом узел зубчатой передачи выполнен с возможностью свободного вращения с одинаковой частотой вместе с входным и ведомым валами на холостом ходу и создания крутящего момента заданной величины, удержания его, многократного увеличения и снятия до нулевого значения.Устройство передачи крутящего момента от вала компрессора к коробке приводных агрегатов газотурбинного двигателя
Изобретение относится к узлам приводов газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Устройство передачи крутящего момента от вала компрессора к коробке приводных агрегатов газотурбинного двигателя включает в себя прямозубое цилиндрическое колесо и коническую шестерню, которые разнесены и соединены по посадочным поверхностям и шлицам. Коническая шестерня расположена на отдельной подшипниковой опоре. Во внутреннюю полость цилиндрического колеса установлен индуктор. Изобретение позволяет повысить надежность работы двигателя путем обеспечения точности сигнала от устройства контроля частоты вращения ротора компрессора. 1 ил.
Изобретение относится к узлам приводов газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.
Известна конструкция авиационного газотурбинного двигателя с передачей крутящего момента от вала компрессора через коническую шестерню к коническому зубчатому колесу центрального привода, передающего крутящий момент на коническую пару зубчатых колес коробки приводных агрегатов (WO 99/47799).
Недостатком известной конструкции является то, что на качество сигнала от датчика частоты вращения ротора компрессора влияет совокупность всех боковых зазоров в кинематической цепи на участке от зубчатого колеса, связанного с датчиком, до ротора компрессора, что в свою очередь влияет на работу топливной автоматики. В конечном итоге это приводит к незапланированным изменениям в работе двигателя.
Наиболее близкой к заявляемой конструкции является конструкция центрального привода авиационного газотурбинного двигателя, включающая в себя сборочную единицу, состоящую из цилиндрического колеса и конической шестерни, которые собраны по посадочным поверхностям, стянуты между собой гайкой и передают друг другу крутящий момент через шлицы. («Отечественная авиация и ракетно-космическая техника», Двигателя авиационные, ракетные, морские, промышленные. 1944-2000, Москва, «АКС-Конверсалт», 2000, раздел 3VR< «Прогресс», стр.320 — прототип).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является недостаточная точность сигнала от датчика частоты вращения ротора компрессора. Привод датчика расположен в приливе разделительного корпуса и на его работу влияет совокупность боковых зазоров в кинематической цепи от зубчатого колеса, приводящего во вращение датчик, до ротора компрессора.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности работы газотурбинного двигателя путем обеспечения высокой точности сигнала от устройства контроля частоты вращения ротора.
Сущность технического решения заключается в том, что в устройстве передачи крутящего момента от вала компрессора к коробке приводных агрегатов газотурбинного двигателя, включающем прямозубое цилиндрическое колесо и коническую шестерню, согласно изобретению цилиндрическое колесо и коническая шестерня разнесены, соединены по посадочным поверхностям и шлицам, при этом коническая шестерня расположена на отдельной подшипниковой опоре, а во внутреннюю полость цилиндрического колеса установлен индуктор.
Расположение конической шестерни на отдельной подшипниковой опоре в передней части центрального привода, соединение с ней по посадочным поверхностям и шлицам цилиндрического колеса позволяет установить во внутреннюю полость этого колеса индуктор. Работа индуктора, расположенного в центральном приводе, исключает влияние боковых зазоров между зубьями зубчатых колес коробки центрального привода, шлицами зубчатых колес и приводных валов на качество сигнала с датчиков частоты вращения, что в целом повышает надежность двигателя.
На чертеже изображено устройство передачи крутящего момента.
На передней части вала ротора компрессора 1 по шлицам установлена прямозубая шестерня 2. В корпусе 3 центрального привода расположено прямозубое зубчатое колесо 4 на подшипниковой опоре 5, связанное по посадочным поверхностям 6 и шлицам 7 с конической шестерней 8, расположенной на подшипниковой опоре 9. Колесо 4 и шестерня 8 стянуты гайкой 10. Во внутреннюю полость 11 колеса 4 установлен индуктор 12, представляющий собой зубчатое колесо с прямозубым профилем. Индуктор 12 закреплен на зубчатом колесе 4 болтом 13 с гайкой 14. На некотором расстоянии от наружного диаметра зубчатого венца редуктора расположены датчики контроля частоты вращения 15.
Работает устройство следующим образом. Ротор компрессора 1 через шестерню 2 вращает зубчатое колесо 4 с индуктором 12. При вращении индуктора 12 зубья индуктора наводят в датчиках контроля частоты вращения 15 индуктивный сигнал, который затем регистрируется двигательными и далее бортовыми системами самолета. В случае колебания нагрузки в кинематической цепи от зубчатых колес коробки до промежуточного колеса 4 с индуктором 12 центрального привода сам индуктор не испытывает окружных колебаний и качество сигнала с датчиков 15 обеспечивает надежную работу двигателя.
Устройство передачи крутящего момента от вала компрессора к коробке приводных агрегатов газотурбинного двигателя, включающее прямозубое цилиндрическое колесо и коническую шестерню, отличающееся тем, что цилиндрическое колесо и коническая шестерня разнесены и соединены по посадочным поверхностям и шлицам, при этом коническая шестерня расположена на отдельной подшипниковой опоре, а во внутреннюю полость цилиндрического колеса установлен индуктор.
Основные заблуждения об автомобилях на полном приводе
1. КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ НА КОЛЕСЕ БЕЗ КОНТАКТА С ДОРОГОЙ ПРИСУТСТВУЕТ В ЛЮБОМ СЛУЧАЕ
Совершенное заблуждение, так как отсутствует сопротивление, без которого момент невозможен. Следовательно, крутящий момент на колесах при холостой работе двигателя и на подвешенном колесе можно приравнять. Это справедливо при условиях, которые были оговорены выше.
2. МЕЖКОЛЕСНЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛ РАСПРЕДЕЛЯЕТ УГЛОВЫЕ СКОРОСТИ ПОРОВНУ
Дифференциал, в переводе с латинского, означает «различие». Его прямая функция регулировать распределение крутящего момента «по обстоятельствам». Именно поэтому игрушечные модели машинок с трудом ездят по кругу. У них симметричный дифференциал (что встречается и на настоящих автомобилях), который «выравнивает» движение. Еще более простое объяснение: автомобиль едет по кругу и два передних колеса вырисовывают условную окружность с разными диаметрами, а колеса же одинаковые! Поэтому колесу, «рисующему» меньший круг, приходится либо пробуксовывать, либо крутиться с другой скоростью.
3. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ СИТУАЦИЯ: ЕСЛИ У НИВЫ 4Х4 ОДНО ИЗ КОЛЕС ЗАВИСНЕТ В ВОЗДУХЕ, СКАЖЕМ, ПРОВАЛИВШИСЬ В ЯМКУ, ТО ТРИ ОСТАВШИХСЯ КОЛЕСА ПОЛУЧАТ ВЕСЬ ПОТЕНЦИАЛ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА, ТО ЕСТЬ, ПО ОДНОЙ ЕГО ТРЕТИ
При таком подходе к решению проблемы, машина останется на месте. Дело в том, что межосевой дифференциал распределяет крутящий момент на все четыре колеса и потери усилий двигателя составят 25%. Для продолжения движения следует отключить межосевое распределение и тогда 100% мощности мотора останется на одной оси.
4. БЛОКИРОВКА ДИФФЕРЕНЦИАЛА ПОДРАЗУМЕВАЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ПОРОВНУ
С точностью наоборот. Симметричный дифференциал раздает крутящий момент поровну. При его отключении колеса начинают вращаться в соответствии с дорожной ситуацией. Именно при блокировке дифференциала на распределение крутящего момента начинает влиять сцепление и нагрузка на каждое колесо в отдельности.
5. ОСЬ С ЗАБЛОКИРОВАННЫМ ДИФФЕРЕНЦИАЛОМ АНАЛОГИЧНА ПАРЕ КОЛЕС ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО СОСТАВА. КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ НА ОБОИХ КОЛЕСАХ СТАБИЛЕН И РАВЕН. ТАК КАК МОНОЛИТНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ПОДРАЗУМЕВАЕТ ОБЩУЮ НАГРУЗКУ, ТО НЕВОЗМОЖНО, ЧТОБЫ ОТ СТЕПЕНИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОЛЕСА, НА КАКОМ-ТО ИЗ НИХ МОМЕНТ ОТСУТСТВОВАЛ
Крутящий момент может равняться нулю на том колесе, на котором нет сопротивления. Вообразим менее сложную конструкцию и примем за ось обычную палку (прямую и цилиндрованную). Один конец поставим на кирпич, лежащий на земле, и придадим вращение посередине. Вращаются с одинаковой интенсивностью оба конца, но износ крутящего момента испытывает только один. Аналогичными свойствами обладает и ось автомобиля с заблокированным дифференциалом.
6. AWD ОТНОСИТЕЛЬНО 4WD ОБЛАДАЕТ НАИБОЛЬШИМ ПОТЕНЦИАЛОМ ВЫДАЧИ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА
Реагировать на аббревиатуру постановкой окончательного диагноза не стоит. Это всего лишь названия. И рассматривать их возможности следует индивидуально, относительно марки автомобиля. Можно условно обозначить, что AWD являются моноприводными и вторая ось подключается по необходимости. А 4WD – это автомобили с постоянным полным приводом и базовым параметром межосевого дифференциала. Распределение крутящего момента у моделей с 4WD тоже величина неизменная и зависит от производителя, например, 50х50. Поэтому выявить прямую зависимость величины крутящего момента от названия системы обнаружить не получится.
Если у Вас возникли вопросы, мы с радостью на них ответим по телефону +7 (846) 9 77777 9 или в салоне по адресу
г. Самара, ул.Новоурицкая, 22А
что это, значение, принцип работы
Редуктор — это важный узел трансмиссии, назначение которого состоит в уменьшении крутящего момента коленвала и передаче его на дифференциал, вращающий колеса. Устройства отличаются в зависимости от места установки и особенностей конструкции.
Виды и типы редукторов
По месту установки и назначения различают два типа редукторов:
Передний, интегрированный в КПП. Предназначен для передачи момента на передние колеса полноприводных авто и машин с передним приводом;
Задний, устанавливаемый в задней оси. Узел приводит в движение задние колеса полноприводных машин и автомобилей с задним приводом.
В главной передаче авто используются многоступенчатые приводы, в которых используется несколько последовательно соединенных шестеренок. В классической конструкции заднего редуктора таких ступеней две — ведущая и ведомая шестерни.
В зависимости от способа сопряжения шестеренок, различают коническую, цилиндрическую и гипоидную редукторную передачу. В рулевых механизмах авто также используются червячные редукторы.
Конический
В устройстве используется пара конических шестерен, установленных под углом 90 градусов. Такие узлы применяются на заднеприводных и полноприводных машинах.
Цилиндрический
Устройство состоит из пары прямых цилиндрических шестерен, сцепленных вместе и установленных параллельно друг другу. Такая главная передача используется в КПП переднеприводных автомобилей.
Гипоидный
Две соединенные шестерни, установленные под углом 45 градусов, используются для передачи момента на полноприводных и заднеприводных авто.
Планетарный
Устройство выполнено в виде нескольких шестерен, расположенных в одной плоскости и сцепленных между собой.
Червячный
Узел, применяющийся только лишь в рулевом управлении, представляет собой червячную и ведомую шестерни, установленные перпендикулярно.
В трансмиссии авто зачастую применяются комбинированные цилиндрическо-конические узлы, ведущий и ведомый валы которых могут пересекаться или располагаться параллельно.
Автомобильные редукторы характеризуются передаточным числом. Это соотношение угловых скоростей ведущего и ведомого вала. На машинах с большой снаряженной массой, устанавливаются редукторы с большим передаточным числом. Это обеспечивает им высокий крутящий момент в сочетании с небольшой максимальной скоростью. Для обеспечения высокой скорости на легких автомобилях устанавливаются механизмы с передаточным числом порядка 5.
Редуктор и дифференциал имеют принципиально разное назначение: первый повышает или понижает крутящий момент, второй — распределяет его между осями и колесами.
Устройство, конструкция и принцип работы редуктора
Задний редуктор большинства полно- и заднеприводных машин конструктивно объединен с дифференциалом. Этот узел, закрепленный на заднем мосту авто, состоит из следующих деталей:
ведомая шестерня, которая через сателлитов передает вращение шестерням полуосей;
ведущая шестерня, присоединенная к карданному валу;
сателлиты, дифференциала, передающие момент на шестерни левой и правой полуоси.
Принцип работы главной передачи (редуктора) заднего моста основан на гипоидной передаче. Узел работает следующим образом:
кардан передает крутящий момент на ведущую шестерню;
за счет размера и положения ведомой шестерни увеличивается момент и направление вращения;
на шестерни полуосей мощность передается через дифференциал, выполненный с помощью шестерен-сателлитов.
Использование гипоидной передачи обеспечивает невысокий уровень шума и плавную работу главной передачи. Подобные устройства используются на большинстве заднеприводных легковушек и грузовиков. Внедорожники оснащены редуктором с гипоидной передачей и блокирующимся дифференциалом, повышающим проходимость.
На части внедорожников, в особенности на грузовиках повышенной проходимости, применяется передний мост с гипоидной передачей, аналогичной используемой на заднеприводных авто.
В переднеприводных ТС и части внедорожников не используется передний мост с редуктором. Функцию редуктора берет на себя коробка переключения передач, которая меняет угловую скорость и вращающий момент. В КПП используется сложная система осей и шестерен, образующих планетарные, цилиндрические и гипоидные передачи.
Зачем нужен редуктор
Как и коробка передач, редуктор используется для снижения скорости вращения колес и повышения крутящего момента. Его использование улучшает ходовые качества машины и снижает нагрузку на двигатель и КПП.
Двигатели внутреннего сгорания, используемые в ТС, отличаются высокими оборотами при низком крутящем моменте. Если подключать привод колес напрямую, нагрузка на них «задушит» мотор и автомобилю будет сложно тронуться с места.
КПП или вариатор увеличивает крутящий момент и снижает обороты, позволяя машине медленно ехать независимо от оборотов мотора. Редуктор дополнительно увеличивает крутящий момент, снижая нагрузку на остальные части трансмиссии (КПП, кардан). Это увеличивает моторесурс агрегатов, уменьшает шум и позволяет использовать более «нежные» и легкие детали трансмиссии. За счет применения редуктора повышается КПД, уменьшается расход топлива и снижается количество вредных выбросов.
Самый полный привод — ДРАЙВ
Этот материал мы задумывали как типичный «ликбез» из серии «Всё, что вы хотели знать о полном приводе, но не знали, у кого спросить». Чем дифференциальный привод отличается от подключаемого с помощью вискомуфт или агрегатов типа Haldex, для чего нужны самоблокирующиеся дифференциалы… Но чем больше мы изучали историческую сторону вопроса, тем больше удивлялись. Оказывается, первый легковой автомобиль с постоянным полным приводом был сделан в Голландии ещё сто лет назад! А в 1935 году, например, полноприводный американский гоночный автомобиль чуть было не спас человечество от Второй мировой войны…
Зачем легковому автомобилю полный привод? Сейчас, в начале XXI века, этот вопрос кажется риторическим. Конечно же, для лучшей реализации тяговых сил двигателя. Для того чтобы колёса при разгоне на скользком покрытии как можно меньше буксовали вхолостую. Четыре ведущих колеса лучше, чем два! Но человечество долго постигало эту азбучную истину. Спросите любого автознатока — и он вам ответит, что эра полного привода на массовых легковых автомобилях началась только в 1980-м с появлением Audi Quattro. Назовёт он и редких предшественников — например, английский суперкар Jensen FF 1966 года и Subaru Leone 4WD 1972 года. Впрочем, настоящий знаток тут же оговорится: первые полноприводные автомобили Subaru не имели постоянного полного привода — он был подключаемым. А это, как говорят в Одессе, две большие разницы.
Паллиатив
Подключаемый привод на одну из пар колёс — решение на легковых автомобилях паллиативное. Такую трансмиссию в англоязычном мире часто называют Part-Time 4WD, «временный полный привод», и пришла она из мира внедорожников и грузовой техники повышенной проходимости. Такой автомобиль, у которого одна из осей постоянно ведущая, а другая жёстко подключается в случае необходимости, способен проявить свои полноприводные качества только на время преодоления бездорожья. А для движения по дорогам с твёрдым покрытием жёсткий полный привод приходится отключать. Почему? Причина — в так называемой циркуляции мощности. Ведь в повороте передние колёса проходят больший путь, двигаясь по дугам большего радиуса, а значит, и вращаются быстрее задних. Причём чем круче поворот, тем разница больше. И на автомобилях с таким типом привода тяга на передних колёсах падает, а на задних — наоборот, растёт. В некоторых случаях тяговый момент может смениться тормозным, то есть передние колёса будут увеличивать сопротивление движению автомобиля. Когда под колёсами грязь или снег, в этом нет ничего страшного — разве что автомобиль станет хуже слушаться руля и пойдёт наружу «плугом» с вывернутыми колёсами.
На этой схеме хорошо видно, что при движении в повороте все колёса катятся по своим траекториям и вынуждены вращаться с разными угловыми скоростями. Поэтому для постоянного полного привода нужны три дифференциала: два межколёсных и один межосевой.
Тем не менее блокированный полный привод на легковых дорожных автомобилях применяли. Правда, это были скорее легковушки повышенной проходимости. Например, в СССР ещё в 1938 году небольшими партиями начали выпускать ГАЗ-61 — полноприводную «эмку» с шестицилиндровым мотором и с подключаемым передним мостом. После войны делали и «внедорожный» вариант «Победы», ГАЗ-М72, и «Москвич»-410 с аналогичной трансмиссией… Да и Subaru Leone 4WD 1972 года, кстати, тоже делали для преодоления внедорожья — клиренс у машин с подключаемым задним мостом был выше, чем у обычных переднеприводных Subaru.
Subaru Leone 4WD Station Wagon (1972–1979) — полноприводная версия переднеприводной машины с подключаемым вручную приводом на задние колёса. Двигатель — объёмом 1,4 л (72 л.с.) или 1,6 л (80 л.с.). Кроме универсала, полным приводом оснащались седан и пикап. До 1989 года на всех полноприводных Subaru привод на задние колёса подключался или вручную (на машинах с механическими коробками), или автоматически — многодисковой фрикционной муфтой (на машинах с «автоматом»).
Итак, на дорогах с твёрдым покрытием, где легковые автомобили проводят большую часть времени, подключаемый привод бесполезен — он лишь утяжеляет автомобиль. Ведь всё это время машине приходится «возить с собой» раздаточную коробку, в которой происходит отбор мощности к «временно ведущей» второй оси, ещё один карданный вал, главную передачу второго моста…
Меж тем превратить «временный» полный привод в постоянный, Full-Time 4WD, очень просто. Нужно лишь добавить в раздаточную коробку межосевой дифференциал.
Постоянный полный
Зачем нужен межосевой дифференциал? Два межколёсных дифференциала, передний и задний, позволяют каждой паре колёс в поворотах вращаться с разными скоростями. А межосевой выполняет эту работу для обоих ведущих мостов. Поэтому автомобиль с тремя дифференциалами легко может двигаться с постоянным полным приводом по любым дорогам!
Элементарно? Меж тем до начала 80-х годов считалось, что постоянный полный привод дорожным автомобилям не нужен. Мол, к чему двигателю на сухом асфальте постоянно вращать вторую пару колёс и соответствующие детали трансмиссии — это и шум, и повышенный расход топлива… И лишь после появления Audi Quattro общественное мнение стало меняться в сторону постоянного полного привода. Ведь тяга двигателя при этом постоянно распределяется не на два, а на все четыре колеса, оставляя больший запас по сцеплению для восприятия боковых сил. И в повороте такой автомобиль оказывается намного более устойчивым при разгоне или при торможении двигателем.
«Рентген» Аudi 80 Quattro второй половины восьмидесятых годов. Хорошо видно, насколько проще и компактней схема quattro, чем трансмиссия Ferguson. Самоблокирующийся дифференциал Torsen используется Audi начиная с 1984 года. В отличие от дифференциала, блокируемого вискомуфтой, Torsen реагирует на изменение крутящего момента, реализуемого колёсами каждой из осей, повышает устойчивость при торможении и позволяет использовать АБС, так как блокируется только под тягой.
Кстати, первыми массовыми автомобилями с межосевыми дифференциалами в трансмиссии считаются Range Rover (1970) и наша «Нива» (1976). Но так как обе эти машины всё-таки принадлежат к внедорожному племени, то лавры первопроходца среди легковушек пожинает Audi Quattro.
А что же конструкторы гоночных автомобилей — неужели они не применили постоянный полный привод раньше? Мы знали, что попытки сделать полноприводные гоночные машины предпринимались и до эпохи Quattro. Например, первым послевоенным проектом Фердинанда Порше был полноприводный гоночный болид Cisitalia 360 среднемоторной компоновки с 12-цилиндровым полуторалитровым двигателем. Но доподлинно известно, что привод на передние колёса у этого чуда техники был отключаемым — гонщик должен был задействовать его только на прямых участках трассы, а перед поворотом вновь переходить на задний привод.
А были ли предшественники у Чизиталии? Оказалось, например, что тот же Фердинанд Порше ещё в 1900 году построил электромобиль с четырьмя ведущими мотор-колёсами. Но настоящий шок у автознатока вызовет гоночный автомобиль голландской фирмы Spyker образца 1902 года. В те дремучие времена, когда даже тормоза делали только на задних колёсах, у этого автомобиля был самый что ни на есть постоянный полный привод — с межосевым дифференциалом!
Голландскую фирму Spyker по выпуску конных экипажей основали в 1880 году братья Спяйкеры (по-фламандски фамилия пишется Spijker). В 1900 году братья выпустили первый автомобиль собственной конструкции, а спустя два года с помощью бельгийского конструктора Жозефа Лявиолета был разработан полноприводный гоночный Spyker 4WD (1902–1907) удивительно прогрессивной конструкции — с тремя дифференциалами! Тормозных механизмов было тоже три — два действовали на задние колёса, а ещё один тормоз был установлен на карданном валу к передним колёсам.
Так что можно смело заявлять, что нынче схема Full-Time 4WD справляет своё столетие… Полноприводных Спайкеров было выпущено немного — они стоили сумасшедших денег и по разным причинам не смогли добиться успеха в гонках. Не намного удачнее оказались и другие полноприводные гоночные автомобили — Bugatti Tipo 53 и Miller FWD начала 30-х годов. Что касается Bugatti, то инициатива принадлежала фиатовскому инженеру Антонио Пикетто, который в 1930 году предложил Этторе Бугатти построить гоночную машину с колёсной формулой 4×4. И в 1932 году были сделаны три полноприводных Bugatti Tipo 53 — с мощными компрессорными трёхсотсильными моторами, с постоянным полным приводом и с тремя дифференциалами.
Полноприводный Bugatti Tipo 53 (1932–1935). Трансмиссия с тремя дифференциалами распределяла тягу 300-сильной компрессорной «восьмёрки» на все четыре колеса. Коробка передач, как обычно на Бугатти, стояла отдельно от двигателя, раздаточная коробка с межосевым дифференциалом составляла с ней одно целое. Приводные валы на передний и задний мосты проходили по левой стороне автомобиля, гонщик сидел справа. Несмотря на рекомендации конструктора переднеприводных машин того времени Альбера Грегуара, в приводе передних колёс Bugatti T53 были использованы не шарниры равных угловых скоростей типа Tracta, а обычные карданные сочленения. Кроме того, для Tipo 53 пришлось использовать нетипичную для Бугатти независимую переднюю подвеску на поперечной рессоре. Всё это привело к повышенным нагрузкам на руль — управлять автомобилем в поворотах было чрезвычайно тяжело, хотя скорости прохождения гравийных виражей были выше, чем у заднеприводных машин того времени. Всего было построено три Bugatti T53, которые выступали в разных гонках до 1935 года.
Интересно, что перед созданием полноприводного Bugatti итальянцы тщательно изучили приобретённый специально под разборку переднеприводный американский гоночный Miller. В свою очередь американец Гарри Миллер заинтересовался затеей Бугатти и тоже решил построить полноприводную версию своего автомобиля, заручившись спонсорством фирмы FWD (Four Wheel Drive — «Четыре ведущих колеса»), выпускавшей грузовики с колёсной формулой 4×4. Так появились полноприводные гоночные болиды Miller FWD.
Американский конструктор Гарри Миллер прославился в 20–30-х годах своими гоночными автомобилями для 500-мильных состязаний на треке в Индианаполисе, а его рядные «восьмёрки» с двумя верхними распредвалами брал за основу своих моторов Этторе Бугатти. Интересно, что Миллер строил машины как с передним, так и с задним приводом, а в 1932 году сделал несколько полноприводных шасси Miller FWD (на снимке) с тремя дифференциалами в трансмиссии. Один из полноприводных Миллеров лидировал в гонке Инди 500 1934 года, но из-за технических проблем финишировал девятым.
Именно с этими машинами связан любопытный эпизод: во время гонки на берлинском треке Avus в 1935 году полноприводный Miller шёл третьим, когда его рядная «восьмёрка» не выдержала и буквально взорвалась. При этом куски мотора лишь немного не долетели до трибуны, на которой среди прочих важных персон из национал-социалистической партии сидел сам Гитлер! Право, редкий случай, когда об отсутствии человеческих жертв стоит пожалеть. Прилетел бы осколок поршня в голову одного человека — и ход мировой истории был бы совсем другим…
Но Bugatti Т53 и Miller FWD не получили должной оценки — подвели «сырая» конструкция и постоянные поломки. Зато следующий эпизод в истории легковых машин с постоянным полным приводом оказался воистину судьбоносным.
Формула Фергюсона
Чтобы оценить всю важность того, что происходило в Англии на рубеже 50–60-х годов, вернёмся к теории. Межосевой дифференциал создан для того, чтобы «развязать» обе ведущие оси. Например, задние колёса бешено буксуют, а передние стоят на месте. И дифференциал этому никак не препятствует!
Лекарство от этого недуга впервые придумали конструкторы внедорожников — это принудительная блокировка. В нужный момент водитель дёргает за рычаг, механизм намертво фиксирует шестерни межосевого дифференциала — и трансмиссия из дифференциальной, «свободной», становится жёстко замкнутой. Именно по этой схеме были сделаны и первые поколения автомобилей Range Rover, и наша «Нива», и множество других внедорожников. И, кстати, первые автомобили Audi Quattro тоже — в этих машинах до 1984 года водителю приходилось самостоятельно включать блокировку межосевого дифференциала.
Но это решение опять-таки паллиативное: блокировку на дорожной машине можно задействовать только на бездорожье. А на асфальте её нужно выключать. И если автомобиль внезапно попадёт на скользкий участок, колёса одной из осей при подаче тяги начнут буксовать раньше других.
А можно ли сделать так, чтобы дифференциал при пробуксовке блокировался сам, автоматически? Внедрение самоблокирующегося межосевого дифференциала связано с именем англичанина Тони Ролта, гонщика и конструктора. Он и его друг Фред Диксон, тоже гонщик и страстный любитель повозиться с автомобильными железками, ещё до войны открыли собственное бюро Rolt/Dixon Developments по подготовке гоночных автомобилей. После войны два друга увлеклись идеей постоянного полного привода. Построив экспериментальную полноприводную «тележку» под названием «Краб», Ролт и Диксон в 1950 году перешли под крыло Гарри Фергюсона, преуспевающего тракторного фабриканта. Так возникла фирма Harry Ferguson Research.
Фергюсона мало интересовали гоночные болиды, зато он мечтал о безопасном дорожном автомобиле, колёса которого не буксовали бы при разгоне и не блокировались при торможении. И Ролт с Диксоном решили спроектировать такую машину «с нуля» — полностью, включая кузов, трансмиссию и силовой агрегат!
Знаний друзьям не хватало, и на должность компетентного главного конструктора пригласили Клода Хилла, который ради столь интересной работы покинул Aston Martin. Но несмотря на финансы Фергюсона, работа шла неспешно — экспериментальный седан Ferguson R4 был готов только через шесть лет. Зато какой: полноприводный, с оппозитной «четвёркой», с дисковыми тормозами на всех колёсах и с электромеханической антиблокировочной системой Dunlop MaxaRet, позаимствованной из авиации!
Ferguson R4 (1956) — экспериментальный автомобиль с трансмиссией по Формуле Фергюсона. Вместо коробки передач у прототипа был гидротрансформатор.
Но самое интересное для нас заключалось внутри раздаточной коробки прототипа. Разобрав её, помимо дифференциала мы бы увидели ещё дополнительный «набор» шестерёнок, две шариковые обгонные муфты и два пакета фрикционов. Пока колёса не скользили, всё это хозяйство мирно вращалось вхолостую. Но когда начиналась пробуксовка колёс одной из осей и разность частот вращения выходных валов достигала определенной величины, одна из муфт срабатывала, сжимала «свой» пакет фрикционов — и те тормозили шестерни дифференциала, моментально блокируя его и превращая дифференциальный привод в жёсткий!
Следующий прототип Ferguson R5 1962 года, на подготовку которого снова ушло шесть лет, оказался ещё интереснее — это был легковой полноприводный универсал. Эксперты журнала Autocar, которые позже испытывали Ferguson R5, делились впечатлениями: «Автомобиль достигает предела скольжений на невероятно высоких скоростях!»
Ferguson R5 был подготовлен к серийному производству в 1962 году.
Но никто из автомобилестроителей так и не взялся за выпуск первого в мире полноприводного универсала с межосевым самоблокирующимся дифференциалом и с АБС — слишком сложным и дорогим получился бы серийный Ferguson. Однако в 1962 году Ролту всё-таки удалось заинтересовать руководство компании Jensen — он предложил адаптировать полноприводную трансмиссию для купе Jensen CV8 с трёхсотсильным крайслеровским мотором V8, которое тогда готовили к серийному производству. Полный привод оказался мощному и скоростному купе как нельзя кстати!
Схема раздаточной коробки FFD с цилиндрическим несимметричным межосевым дифференциалом и механизмом автоматической блокировки с помощью фрикционных муфт экспериментального автомобиля Jensen CV8 FF. 1 — входной вал; 2 — промежуточный полый вал; 3 — полый вал с солнечной шестернёй дифференциала и ведущей шестернёй блокирующего механизма; 4 — водило межосевого дифференциала; 5 — вал привода задних колёс; 6 — цепной привод; 7 — вал привода передних колёс; 8 — многодисковая муфта, включающаяся при буксовании задних колёс; 9 — многодисковая муфта, включающаяся при буксовании передних колёс; 10 — электромагнитная система MaxaRet.
Через три года был построен экспериментальный полноприводный Jensen CV8 FF. А в 1966 году появилась следующая модель — Jensen Interceptor, с ещё более мощной 325-сильной «восьмёркой». Кроме заднеприводного купе предлагался и вариант со скромным шильдиком JFF. Это был знаменитый Jensen FF — первый в мире полноприводный серийный автомобиль с самоблокирующимся межосевым дифференциалом и с АБС! Буквы FF — это Formula Ferguson, обозначение запатентованной Ролтом и коллегами трансмиссии.
Схема трансмиссии FFD в экспериментальном автомобиле Jensen CV8 FF 1965 года. Разместить узлы и агрегаты привода на передние колёса помогла особенность компоновки: двигатель находился за осью передних колёс, поэтому оказалось возможным расположить главную передачу переднего моста между мотором и радиатором. Карданный вал для привода передних колёс поместили слева от силового агрегата (машина с «правым рулём»). 1 — двигатель; 2 — автоматическая коробка передач; 3 — раздаточная коробка; 4 — АБС MaxaRet; 5 — главная передача заднего моста; 6 — главная передача переднего моста.
Все без исключения автомобильные журналисты того времени упоминали выдающуюся устойчивость полноприводных Дженсенов и «практически неограниченный запас тяги на мокром асфальте». Жаль, что самого Фергюсона к тому времени уже не было в живых — он умер в 1960-м…
Почему мы столь подробно рассказываем о Формуле Фергюсона? Да потому, что именно фирма Harry Ferguson Research впервые в мире уделила столь серьёзное внимание полному приводу как средству повышения активной безопасности!
Мы уже говорили, что привод на четыре колеса оставляет больший запас по сцеплению для восприятия боковых сил. И это плюс. Но есть и минус — теряется однозначность реакций на подачу топлива. Если на мощном заднеприводном автомобиле в скользком повороте резко нажать на газ, это вызовет занос задней оси. На переднеприводной машине, наоборот, при подаче тяги в скольжение сорвутся передние колёса. Хорошо это или плохо — не в том дело. Главное, что водитель всегда знает, как поведёт себя автомобиль в таком случае.
А какая ось сорвётся в скольжение на полноприводном автомобиле? На этот вопрос ответить непросто. Если в данный момент больше разгружен передок или под передними колёсами более скользкое покрытие, то начнётся снос. А если худшие условия по сцеплению имеют задние колёса, то машина уйдёт в занос. Реакция может быть неоднозначной! И это небезопасно.
Jensen FF (1966–1971) — полноприводная версия купе Jensen Interceptor. Первый серийный полноприводный автомобиль с самоблокирующимся межосевым дифференциалом. Двигатель Chrysler V8 с «большим блоком» рабочим объёмом 6,3 л развивал 325 л.с. и приводил все колёса через трёхступенчатый «автомат» TorqueFlite или 4-ступенчатую механическую коробку. На диагональных шинах размерностью 6,70–15 (как у «Волги» ГАЗ-21) Jensen FF снаряжённой массой 1800 кг развивал 212 км/ч и набирал 100 км/ч за 7,7 с. Другие технические особенности: реечный рулевой механизм с гидроусилителем, дисковые тормоза всех колёс, одноканальная АБС Dunlop MaxaRet (от английского maximum retardation — максимальное замедление), независимая передняя подвеска на двойных поперечных рычагах и зависимая рессорная с тягой Панара сзади. В 1968 году в Великобритании Jensen FF стоил 6000 фунтов стерлингов — примерно столько же, сколько самый дешёвый Rolls-Royсe. Всего было выпущено 318 полноприводных машин.
К счастью, Тони Ролт сам был гонщиком, причём очень хорошим — однажды, в начале 50-х, он даже выиграл 24-часовую гонку в Ле-Мане. Поэтому Ролт с коллегами с самого начала попытались избежать неоднозначности полного привода, применив несимметричный межосевой дифференциал. На задние колёса всех машин с фергюсоновскими трансмиссиями подавалось 63% крутящего момента, на передок — 37%. Таким образом реакция на увеличение тяги была приближена к заднеприводной.
Самоблокирующийся дифференциал позволил Дженсену взять лучшее от обоих типов трансмиссий. Лёгкий вход в поворот и отсутствие циркуляции мощности в штатных режимах движения без пробуксовки — от дифференциального привода. А лучшую реализацию тяги двигателя при пробуксовке — от жёсткого.
Но обгонные муфты механизма блокировки работали жёстко, в пульсирующем режиме, моментально превращая несимметричный дифференциальный привод в блокированный и обратно. Поэтому при пробуксовке неоднозначность увеличивалась! Был нужен механизм, который бы более гибко и плавно изменял степень блокировки межосевого дифференциала. И в конце 60-х годов Тони Ролт вместе с Дереком Гарднером, который позже был главным конструктором болидов Tyrrell, занялись странными, на первый взгляд, экспериментами с силиконовой жидкостью, что использовалась в муфтах привода вентиляторов радиаторов. Да-да, именно Ролт с Гарднером вошли в историю как изобретатели вискомуфты!
Самоблокирующиеся развиваются
Цилиндр с пакетами фрикционов внутри, заполненный силиконовой жидкостью, отлично подходил для намеченной Ролтом цели — тормозить шестерни межосевого дифференциала при пробуксовке колёс. Пока скорости вращения всех колёс примерно равны, вискомуфта никак не вмешивается в работу межосевого дифференциала. Но вот колёса одной из осей забуксовали. Шестерёнки межосевого дифференциала тут же начинают раскручиваться, связанные с ним пакеты фрикционов вискомуфты «взбивают» силиконовую жидкость, и муфта «схватывается», блокируя межосевой дифференциал частично или полностью.
Такое устройство блокировало дифференциал плавнее и мягче, что положительно сказывалось на управляемости. После оформления патентов на вискомуфту Тони Ролт в 1971 году образовал фирму FF Developments — специально для того чтобы оснащать автомобили полноприводными трансмиссиями своей разработки. Например, среди первых заказов фирмы были полноприводные версии фургончиков Bedford для английских лесничеств, партия автомобилей Ford Zephyr FF для полиции или седаны Opel Senator 4×4 для британской военной миссии в Берлине. Но самым главным достижением FFD стала трансмиссия для американского автомобиля AMC Eagle, который выпускался с 1979 по 1988 год. Это был обычный легковой AMC Concord, но с поднятым на 75 мм кузовом и с увеличенными «внедорожными» шинами. И конечно же, с полноприводной трансмиссией. Причём впервые в мире серийный автомобиль был оснащён межосевым дифференциалом, блокирующимся вискомуфтой!
Конечно, создавался AMC Eagle главным образом для тех, кто периодически штурмует бездорожье, — полный привод появился на этих машинах не из-за желания добиться более уверенного разгона или лучшей устойчивости и управляемости, как в случае с суперкаром Jensen FF или с Audi Quattro. Но с трансмиссионной точки зрения прямыми наследниками AMC Eagle стали такие драйверские автомобили, как Subaru Impreza Turbo или Mitsubishi Lancer Evo с первого по шестое поколения. Ведь их межосевые дифференциалы тоже блокируются встроенными вискомуфтами.
Раздаточная коробка автомобиля AMC Eagle разработки FFD. Обратите внимание на вискомуфту — это встроенный в межосевой дифференциал цилиндрический корпус с фрикционными дисками, заполненный вязкой кремнийорганической жидкостью (силоксан). При пробуксовке колёс одной из осей ведущий и ведомый пакеты дисков в вискомуфте проворачиваются относительно друг друга, давление и температура внутри возрастают, изменяется вязкость силоксана — и вискомуфта тормозит одну из выходных шестерён, не позволяя ей вращаться относительно корпуса и блокируя межосевой дифференциал.
Серийное купе Audi Quattro, которое появилось в 1981 году, через два года после дебюта AMC Eagle, оснащалось обычным «свободным» межосевым дифференциалом с принудительной блокировкой. Правда, Фердинанд Пьех, который в начале 80-х был начальником инженерного департамента Audi, выбрал для Quattro очень изящную схему, отлично подходившую для компоновки ингольштадтских машин. Продольно расположенный силовой агрегат переднеприводного автомобиля прямо-таки указывал торцом коробки передач на задние колёса — осталось лишь встроить в корпус трансмиссии межосевой дифференциал. Но для привода на передние колёса конструкторы Пьеха не стали городить традиционный для полноприводников огород с отдельной «раздаткой». Немцы сделали вторичный вал коробки полым — и сквозь него пропустили приводной вал передних колёс. Воистину, всё гениальное просто…
С самого начала на Audi, в отличие от FFD, выбрали симметричное распределение крутящего момента по осям — 50 : 50. А в 1984 году из салонов полноприводных Audi наконец-то исчезли архаичные ручки принудительной блокировки «центра» — в трансмиссиях Quattro появился привычный нам самоблокирующийся дифференциал Torsen. Название Torsen происходит от английских слов torque sensing и отражает способность этого чисто механического устройства мгновенно и плавно увеличивать степень своей блокировки в ответ на изменение крутящего момента на выходных валах. Поэтому Торсену не нужна вискомуфта — он блокируется сам. Причём срабатывает не от разности скоростей вращения уже после начала пробуксовки, а ещё до начала скольжения: Torsen способен реагировать на изменение сцепных условий в пятне контакта шин с дорогой!
Кстати, когда в последнее время конструкторы больших внедорожников стали задумываться о достижении «легковой» управляемости, они тоже вспомнили про Torsen — он используется в трансмиссиях таких автомобилей, как новый Range Rover, VW Touareg/Porsche Cayenne и Toyota Land Cruiser Prado.
Но вернёмся в 80-е. Триумфальный выход Audi Quattro на раллийную сцену послужил началом полноприводного бума — все раллийные команды группы В бросились создавать версии 4×4. Один за другим появились Peugeot 205 T16, Metro 6R4, Lancia Delta S4, Ford RS200… Все как один — с вискомуфтами в самоблокирующихся дифференциалах разработки FFD. За работу с раллийными командами на FFD отвечал Стюарт Ролт, сын Тони…
В начале 90-х годов обращался к FFD и завод АЗЛК, когда было решено проектировать раллийную полноприводную модификацию «Москвича»-2141. С помощью англичан была создана трансмиссия с тремя самоблокирующимися дифференциалами — передним, задним и межосевым (точь-в-точь как на болидах Ford RS200). Управляемость экспериментальных полноприводных «Москвичей» в предельных режимах заслуживала самых лестных оценок — поведение машин в скольжении было предсказуемым и удобным для гонщиков. Оказалось, что, подбирая «жёсткость» блокирующих вискомуфт во всех трёх дифференциалах, можно в широком диапазоне настраивать управляемость автомобиля. Например, более «строгая» блокировка заднего межколёсного дифференциала повышает склонность автомобиля к заносу задней оси. Увеличение коэффициента блокировки переднего или межосевого дифференциала, наоборот, повышает запас устойчивости — автомобиль менее охотно заезжает в поворот из-за проскальзывания и сноса передних колёс.
Однако такая настройка актуальна только в одном случае — при раллийном стиле езды со скольжениями. Поэтому три самоблокирующихся дифференциала — это прерогатива болидов группы WRC. Причём на этих машинах, как правило, внутрь дифференциалов встроены уже не вискомуфты, а пакеты многодисковых фрикционов с гидроприводом и с электронным управлением. Таким образом конструкторы получают широчайшие возможности по настройке управляемости в режиме реального времени. Например, при входе в поворот бортовой компьютер может «распустить» муфты во всех трёх дифференциалах, превратив их в «свободные» — чтобы автомобиль легче заходил в вираж. А когда пилот начнёт ускоряться при выходе на прямую, электроника даст команду, и сервопривод «зажмёт» муфты в дифференциалах таким образом, чтобы добиться минимальной пробуксовки всех колёс и в то же время не перейти грань приемлемой недостаточной поворачиваемости, за которой болид вынесет наружу виража.
Кстати, первыми применили управляемые муфты в Daimler-Benz — в трансмиссии автомобиля Mercedes-Benz Е-класса 4Matic с кузовом W124 образца 1986 года. Причём муфт там было три — при необходимости электроника сперва подключала привод на передние колёса, а потом последовательно задействовала блокировки межосевого и заднего межколёсного дифференциалов. Но такая трансмиссия оказалась неоправданно сложной. Кроме того, на нестабильном покрытии электроника то подключала передние колёса, то отключала…
Ещё одним пионером применения электронноуправляемых муфт в скоростных автомобилях стала фирма Porsche — на модели Porsche 959 1986 года было две муфты, а электроника работала в четырёх режимах, которые мог выбирать водитель. Позже серийные автомобили с трансмиссиями подобной сложности начали выпускать японцы — это, например, Mitsubishi Lancer Evo, наиболее совершенный полноприводный дорожный автомобиль из всех, что когда-либо проходили испытания Авторевю. Эволюция с межосевым управляемым дифференциалом ACD и задним дифференциалом с активным распределением крутящего момента AYC способна творить чудеса…
Вместо дифференциала
Пока раллийные инженеры колдовали с механизмами самоблокировки, конструкторы массовых легковушек, наоборот, пошли по пути упрощения — и вообще отказались от межосевого дифференциала, заменив его вискомуфтой. Первым европейским легковым автомобилем с такой трансмиссией стал Volkswagen Golf II Syncro 1985 года — его трансмиссию разрабатывали инженеры фирмы GKN, которая ещё в 1969 году приобрела FFD. Преимуществами такой схемы были простота и унификация полноприводной модели с базовой. В нормальных условиях автомобиль сохранял характеристики и управляемость переднеприводного, а при пробуксовке передних колёс уже через 0,2 секунды срабатывала вискомуфта, способная подавать назад до 70% крутящего момента.
Компоновка трансмиссии VW Golf III Syncro. «Раздатка» пристыкована к коробке передач, а вискомуфта установлена в блоке с главной передачей заднего моста и подключает привод на задние колёса при пробуксовке передних. На автомобилях VW Golf IV место вискомуфты заняла муфта Haldex.
Но такой «упрощенный» привод задних колёс обладал существенным недостатком — даже небольшая задержка в срабатывании вискомуфты усугубляла неоднозначность реакций. При подаче газа в скользком повороте автомобиль сначала сносило наружу, как переднеприводный, а потом, с подключением задних колёс, он резко менял характер — и мог уйти в занос.
Здесь отличились японцы — они неоднократно пытались сгладить этот недостаток, подбирая характеристики вискомуфт и используя их не только для включения привода на задние колёса, но и для блокировки межколёсных дифференциалов. На некоторых моделях (например Nissan Sunny/Pulsar 1988 года) было аж три вискомуфты: одна включала привод на задние колёса, а две другие служили для блокировки межколёсных дифференциалов. В автомобилях Ноnda Concerto 4WD вискомуфты заменяли не только межосевой, но и задний межколёсный дифференциал…
Но потом оказалось, что вместо вискомуфты в приводе задних колёс гораздо удобнее использовать просто фрикционную муфту, пакеты которой сжимаются гидроприводом. А управлять сжатием фрикционов и, соответственно, регулировать величину подаваемого к задним колёсам крутящего момента отлично может электроника.
Нынче большинство легковых полноприводников и паркетников имеют в приводе одной из осей управляемую муфту — будь то Haldex на автомобилях гольф-платформы концерна VW, система VTM-4 фирмы Honda или xDrive на BMW. Причём быстродействие современных муфт сделало задержку в подключении колёс практически незаметной — теперь всё зависит только от того, как настроена управляющая электроника. Например, трансмиссии автомобилей Golf 4Motion и Audi A3 Quattro совершенно идентичны конструктивно. Но разное программное обеспечение позволяет фольксвагеновцам выбирать симметричное распределение момента по осям, а инженеры Audi предпочитают подавать назад только 40% тяги, придавая своим машинам более переднеприводный характер. Дело вкуса…
А какие из этих схем предпочитаем мы? Легковые дорожные автомобили с подключаемым вручную приводом на вторую ось ныне, слава богу, не выпускаются. А что касается остальных трёх схем…
Конечно же, самые интересные, с нашей точки зрения, автомобили — это наследники Формулы Фергюсона, в трансмиссиях которых есть самоблокирующийся межосевой дифференциал. И неважно, какими путями осуществляется блокировка — вискомуфтой, как на автомобилях Subaru, механическим дифференциалом Torsen, как на моделях Audi A4-A6-A8 Quattro, VW Phaeton, или электронноуправляемыми муфтами (Mitsubishi Lancer Evo). Главное, что автоматически блокирующийся «центр» при грамотной настройке может значительно улучшить управляемость автомобиля — сделать его более безопасным и приятным для искушённого водителя.
Главная тенденция сегодня — изменяемый вектор тяги, когда момент превентивно по команде электроники подаётся на то колесо, что способно максимально эффективно его реализовать. Пока самая сложная полноприводная трансмиссия в мире — у седана Mitsubishi Lancer Evo X. Дополнительные редукторы способны перебрасывать момент между задними колёсами, центр блокируется электронноуправляемой муфтой, а спереди — обычный механический самоблок.Эпоха полного привода таким, как мы его знаем, закончится с приходом электромобиля о четырёх мотор-колёсах.Но машины с автоматически подключаемым приводом на задние колёса мы тоже не сбрасываем со счетов — их становится всё больше. Муфту Haldex в последнее время активно используют Volvo и Saab. Трансмиссии со «свободными» межосевыми дифференциалами тоже находят своё применение — причём на таких скоростных автомобилях, как Мерседесы 4Matic всех классов. Но на этих машинах вместе с дифференциальным полным приводом в обязательном порядке «работает» неотключаемая антипробуксовочная электроника, которая в какой-то мере компенсирует отсутствие механизма самоблокировки.
Многодисковая муфта Haldex срабатывает от малейшего рассогласования скоростей вращения валов (1 и 5). Вращение любой из кулачковых шайб приводит к тому, что ролики начинают обкатываться по рабочим поверхностям (12) и перемещаться взад-вперёд, толкая поршни (10) в кольцевых цилиндрах насоса (на рисунке не показаны). Поршни накачивают масло в исполнительный цилиндр с поршнем (11), который и сжимает пакет дисков. Но электроника с помощью электромагнитного клапана может стравливать давление, тем самым гибко регулируя величину подводимого к колёсам момента. 1 — приводной вал; 2 — наружные фрикционные диски; 3 — внутренние фрикционные диски; 4 — уравновешивающая пружина; 5 — выходной вал; 6 — ступица; 7 — корпус; 8 — кулачковая шайба; 9 — ролики; 10 — кольцевые нагнетательные поршни; 11 — кольцевой рабочий поршень; 12 — профилированная рабочая поверхность.
Однако в последнее время мы замечаем, что по реальным ездовым свойствам автомобили с разными полноприводными трансмиссиями становятся все ближе друг к другу — естественно, при движении по дорогам общего пользования, а не на раллийных трассах. И чем более совершенными будут становиться электронные антипробуксовочные системы и программы управления муфтами типа Haldex, тем меньше будет различаться управляемость оснащённых ими автомобилей. Очевидно, это и есть прогресс.
Материал адаптирован к публикации с разрешения ООО «Газета «Авторевю». Все права на перепечатку принадлежат Авторевю.
Симметричный полный привод Symetrical AWD
Система полного привода VTD*1:Спортивная версия полного привода с электронным управлением, улучшающая характеристики поворачиваемости. Компактная система полного привода включает в себя межосевой планетарный дифференциал и многодисковую гидравлическую муфту блокировки*2 с электронным управлением. Распределение крутящего момента между передними и задними колесами в соотношении 45:55 непрерывно корректируется блокировкой дифференциала с помощью многодисковой муфты. Распределение крутящего момента контролируется автоматически, с учетом состояния дорожного покрытия. Это обеспечивает великолепную устойчивость, а за счет распределения крутящего момента с акцентом на задние колеса улучшаются характеристики поворачиваемости.
Актуальные модели (российская спецификация)
Subaru WRX c трансмиссией Lineartronic.
Ранее устанавливалась на автомобили: Subaru Legacy GT 2010‑2013, Forester S‑Edition 2011‑2013, Outback 3.6 2010‑2014, Tribeca,
WRX STI с автоматической трансмиссией 2011‑2012
Система полного привода с электронным управлением, обеспечивающая бо́льшую курсовую устойчивость автомобиля на дороге, в сравнении с моноприводными автомобилями и полноприводными автомобилями с подключаемым приводом на другую ось.
Оригинальная многодисковая муфта передачи крутящего момента Subaru регулирует распределение крутящего момента между передними и задними колесами в режиме реального времени в соответствии с условиями движения. Алгоритм управления заложен в электронном блоке управления трансмиссией и учитывает скорости вращения передних и задних колес, текущий крутящий момент на коленчатом валу двигателя, текущее передаточное отношение в трансмиссии, угол поворота рулевого колеса и т.д. и при помощи гидроблока сжимает диски муфты с необходимым усилием. В идеальных условиях система распределяет крутящий момент между передними и задними колесами в соотношении 60:40. В зависимости от обстоятельств, таких, как буксование, крутой поворот и др. перераспределение крутящего момента между осями меняется. Адаптация алгоритма управления под текущие условия движения обеспечивает превосходную управляемость в любой дорожной ситуации, независимо от уровня подготовки водителя. Многодисковая муфта располагается в корпусе силового агрегата, является его составной частью и использует ту же рабочую жидкость, что и другие элементы автоматической трансмиссии, что обусловливает ее лучшее охлаждение, нежели при обособленном расположении, как у большинства производителей, и, следовательно большую долговечность.
Актуальные модели (российская спецификация)
На российском рынке Subaru Outback, Subaru Forester*, Subaru XV.
Механическая система полного привода для механических трансмиссий. Система представляет собой сочетание межосевого дифференциала с коническими шестернями и блокировки на основе вискомуфты. В обычных условиях крутящий момент между передними и задними колесами распределяется в соотношении 50:50. Система обеспечивает безопасное спортивное вождение, всегда максимально используя доступную тягу.
Актуальные модели (российская спецификация)
Subaru WRX и Subaru Forester — с механической трансмиссией.
Система полного привода, ориентированная на обеспечение максимальных ходовых характеристик, для серьезных спортивных состязаний. Система полного привода с электронноуправляемым активным межосевым дифференциалом повышенного трения использует сочетание механической и электронной блокировок дифференциала при изменении крутящего момента. Крутящий момент между передними и задними колесами распределяется в соотношении 41:59, с акцентом на максимальные ходовые характеристики и оптимальное управление динамической стабилизацией автомобиля. Механическая блокировка отличается более быстрым откликом и срабатывает до электронной. Работая с большим крутящим моментом, система демонстрирует наилучший баланс между остротой управления и устойчивостью. Имеются предустановленные режимы управления блокировкой дифференциала, а также режим ручного управления, которыми водитель может пользоваться в соответствии с дорожной ситуацией.
Актуальные модели (российская спецификация)
Subaru WRX STI с механической трансмиссией.
Типы муфт вала — Руководство по покупке Thomas
Муфты вала доступны в различных размерах и материалах отделкиИзображение предоставлено: similis / Shutterstock.com
A Муфта вала — это механическое устройство, используемое для соединения вращающихся валов и устранения перекосов между ними. Муфты могут быть жесткими или гибкими в зависимости от точности центровки системы и требований к крутящему моменту. Муфты валов используются для передачи мощности и крутящего момента между двумя вращающимися валами, например, в двигателях и насосах, компрессорах и генераторах.
Типы муфт и их применение
Различные стили и типы муфт валов кратко описаны ниже.
Соединение балок
Муфта балки состоит из одного или нескольких спиральных прорезей в корпусе муфты, которые обычно позволяют компенсировать параллельные смещения до 0,025 дюйма и угловые смещения до 7 градусов. Они используются в основном для приложений управления движением, где крутящий момент обычно ниже 100 дюйм-фунтов. Доступные конструкции с нулевым люфтом обеспечивают точность позиционирования между ведущим и ведомым валами.
Используйте платформу поиска поставщиков Thomas ‘Supplier Discovery Platform, чтобы найти поставщиков балочных муфт.
Сильфонная муфта
Сильфонные муфтытакже подходят для управления движением. Они состоят из множества витков металла, которые обеспечивают высокую жесткость на скручивание, что важно при позиционировании. Жесткость на кручение снижает уровень углового и параллельного смещения, которые они могут выдерживать, по сравнению с балочными муфтами, хотя возможности передачи крутящего момента примерно одинаковы.
Используйте платформу Thomas ‘Supplier Discovery Platform, чтобы найти поставщиков сильфонных муфт.
Цепные муфты
Цепные муфтыподходят для передачи энергии и используются для передачи мощности в сотни лошадиных сил. Допуски на угловое и параллельное смещение обычно составляют 2 градуса и 0,015 дюйма соответственно. В типичных цепных муфтах используются специальные звездочки и двойные широкие роликовые цепи, зазоры которых позволяют конструкции работать как гибкая муфта.
Используйте платформу поиска поставщиков Thomas ‘Supplier Discovery Platform, чтобы найти поставщиков цепных муфт.
Муфты кулачковые
Муфтыс изогнутыми и прямыми кулачками используются как для управления движением, так и для передачи энергии света и состоят из пар многозубых ступиц, которые соединяются с эластомерными крестовинами. Конструкция позволяет передавать крутящий момент без люфта. Активация параллельного смещения обычно достигает 0,01 дюйма и углового смещения около 1 градуса. Эластомерные крестовины придают этим муфтам некоторую демпфирующую способность, и зачастую крестовины доступны в различных вариантах твердости для придания конкретных свойств отдельным муфтам.Эти муфты часто работают без смазки и могут передавать крутящий момент до 1000 дюйм-фунтов. диапазон.
Используйте платформу поиска поставщиков Thomas ‘Supplier Discovery Platform, чтобы найти поставщиков кулачковых муфт.
Мембранные муфты
Мембранные муфты обычно используются для передачи большой мощности, например, в турбомашинах. Обычно в них используется один или несколько гибких металлических извилистых дисков, которые передают мощность на внутренний распорный вал, а затем обратно через другой набор диафрагм к ведомому механизму.Основным преимуществом перед муфтами зубчатого типа является отсутствие требований к смазке. Мембранные муфты способны передавать высокий крутящий момент и работать на высоких скоростях.
Используйте платформу для поиска поставщиков Thomas ‘Supplier Discovery Platform, чтобы найти поставщиков мембранных муфт.
Дисковые муфты
В дисковых муфтахиспользуются однодисковые или многодисковые, а также одноступенчатые или двухступенчатые, которые крепятся болтами к ступицам вала. Они используются для передачи мощности и полагаются на гибкость своих тонких металлических дисков для передачи крутящего момента и компенсации углового перекоса.Они не особенно хороши в управлении параллельным несовпадением. Они способны передавать высокие крутящие моменты и часто используются для соединения двигателей большой мощности, газовых турбин и т. Д. С нагрузками.
Используйте платформу поиска поставщиков Thomas ‘Supplier Discovery Platform, чтобы найти поставщиков дисковых муфт.
Зубчатые муфты
Зубчатые муфты также передают высокие крутящие моменты. У них есть возможность смещения обычно около 0,01-0,02 дюйма параллельно и 2 градуса по углу. Зубчатые муфты часто используются в паре с промежуточными валами, чтобы перекрыть расстояние между ведущим и ведомым оборудованием.Обычно для них требуется смазка, хотя в некоторых конструкциях, предназначенных для более легких условий эксплуатации, для центральной втулки используются нейлоны, не содержащие смазки, или другие полимеры.
Используйте платформу поиска поставщиков Thomas ‘Supplier Discovery Platform, чтобы найти поставщиков зубчатых муфт.
Муфты сеточные
В муфтах типаиспользуются пружинные соединительные элементы, которые переплетаются между пазами, выполненными на ступицах муфты. Они способны передавать высокий крутящий момент с дополнительным бонусом в виде амортизации ударов и гашения крутильных колебаний.Они работают без смазки. Они подходят для передачи энергии и способны справляться с параллельным смещением до 0,30 дюйма и угловым смещением около градуса.
Муфты Oldham
МуфтыOldham выдерживают высокие степени параллельного смещения из-за конструкции скользящих элементов. В современных версиях популярно использование эластомерного центрального элемента вместо металла. Некоторые производители заявляют о способности выдерживать угловое смещение до 5 градусов за счет использования цилиндрических, а не прямоугольных ползунков.
Используйте платформу поиска поставщиков Thomas ‘Supplier Discovery Platform, чтобы найти поставщиков муфт Oldham.
Муфты Schmidt
МуфтыSchmidt разработаны специально для работы со смещенными валами. Это не гибкие муфты в строгом смысле слова, которые предназначены для компенсации небольшого перекоса валов, которые теоретически параллельны и перпендикулярны друг другу. Муфты Schmidt используются в бумагоделательных, полиграфических и подобных машинах и работают больше как редуктор 1: 1 в более компактном пространстве.
Зажимные муфты
Жесткие одно- и двухкомпонентные зажимные муфты не имеют возможности компенсировать перекос валов и широко используются для медленных или прерывистых валов, где центровка не имеет значения. Они представляют собой простейшую форму муфты вала и, помимо отсутствия допуска смещения, являются недорогими устройствами с нулевым люфтом.
Другие муфты
Конструкций муфт много, только основные подробно описаны выше. Другие типы муфт включают в себя зацепляющиеся зубья, конструкции, муфты с пальцами и втулками и шлицевые муфты.
Муфты корректируют невозможность обеспечения или поддержания идеальной центровки в сцепленных машинах. В некоторых машинах нет необходимости в муфтах, поскольку они работают в тесном соединении, что означает, что подшипники двигателя поддерживают удлиненный вал, на котором устанавливается вращающийся компонент ведомого оборудования — например, крыльчатка насоса. Там, где это целесообразно, это делается для того, чтобы избежать проблем с выравниванием. Однако зачастую машинам требуются собственные подшипники и, как следствие, необходимо соединять их независимые валы.Можно ожидать две характеристики несовпадения: параллельность (или смещение) и угловая.
Для некоторых муфт люфт является серьезной проблемой. Приложения управления движением, в которых положение ведомого оборудования точно привязано к положению серво- или шагового двигателя, полагаются на муфты с нулевым люфтом, чтобы гарантировать, что в системе не будет наклона. Люфт — меньшая проблема для большинства приложений передачи энергии — например, насосов / двигателей, — где эффективная передача крутящего момента является основной задачей.Здесь несоосность может привести к более высокому потреблению энергии, ускоренному износу подшипников, чрезмерной вибрации и т. Д.
Как балка, так и сильфонные муфты имеют нулевой люфт и часто используются для передачи относительно небольших крутящих моментов при управлении движением.
Для передачи мощности, как правило, цельнометаллические муфты, такие как шестерни и диски, способны передавать более высокие крутящие моменты, чем те, в которых используются эластомерные элементы, такие как кулачковые муфты.
Хотя муфты предназначены для компенсации перекоса, они не заменяют выравнивание машин во время установки.
При выборе муфт проектировщику сначала необходимо рассмотреть варианты управления движением или типы передачи энергии. Большинство приложений управления движением передают сравнительно низкие крутящие моменты. Муфты для передачи мощности, напротив, рассчитаны на передачу от умеренного до высокого крутящего момента. Это решение несколько сузит выбор муфты. Передача крутящего момента вместе с максимально допустимыми значениями параллельного и углового смещения являются доминирующими факторами. Большинство связей публикуют эти значения, и их использование для уточнения поиска должно упростить выбор стиля связи.Максимальная частота вращения — еще один важный атрибут. Также следует учитывать максимальное осевое смещение. Отсутствие люфта является важным фактором при использовании обратной связи, как в системе управления движением.
Некоторые муфты для передачи мощности предназначены для работы без смазки, что может быть плюсом, когда техническое обслуживание вызывает беспокойство или затруднено в выполнении. Для смазываемых муфт часто требуются крышки для удержания смазки. Многие муфты, включая цепные, зубчатые, муфты Oldham и т. Д., Доступны либо в виде смазываемых разновидностей металл-металл, либо в виде гибридов металла и пластика, где обычно соединительный элемент изготавливается из нейлона. или другой пластик, чтобы не требовать смазки.Эти несмазанные формы имеют меньший крутящий момент по сравнению с более традиционными конструкциями.
Важные атрибуты
Тип муфты
Большинство общих стилей было описано выше.
Максимальная частота вращения
Большинство муфт имеют ограничение на максимальную скорость вращения. Муфты для высокоскоростных турбин, компрессоров, питающих насосов котлов и т. Д. Обычно требуют сбалансированной конструкции и / или сбалансированных болтов / гаек для обеспечения возможности разборки и повторной сборки без увеличения вибрации во время работы.Высокоскоростные муфты также могут проявлять эффект ветра в защитных ограждениях, что может вызвать проблемы с охлаждением.
Максимальная передаваемая мощность или крутящий момент
Муфтычасто оцениваются по их максимальному крутящему моменту, который является измеримой величиной. Мощность является функцией крутящего момента, умноженного на число оборотов в минуту, поэтому, когда эти значения указаны, обычно используется указанная частота вращения (например, 5 л.с. при 100 об / мин). Значения крутящего момента чаще всего приводятся из двух.
Макс.угловое смещение
Один из типов несоосности валов, допустимая угловая несоосность обычно указывается в градусах и представляет собой максимальное угловое смещение, которое демонстрируют соединенные валы.
Максимальное смещение параллельности
Допуск на параллельное смещение обычно выражается в линейных единицах, дюймах или миллиметрах, и представляет собой максимальное параллельное смещение соединенных валов.
Макс. Осевое перемещение
Этот атрибут, который иногда называют осевым смещением, указывает максимально допустимый рост между соединенными валами, обычно выражаемый в дюймах или миллиметрах, и может быть вызван тепловыми эффектами.
Категории связанных продуктов
- Универсальные шарниры / шарниры постоянной скорости — это механические узлы, состоящие из вращающихся и поворотных компонентов, которые допускают большое угловое смещение между вращающимися входным и выходным валами.
- Выравниватели муфты вала — это механические или электромеханические инструменты, которые измеряют несоосность соединенного вращающегося оборудования, такого как двигатели и насосы.
Дисковые муфты Официальный документ
Зажимные муфты для управления движением
Онлайн-справочник по муфтам / Руководство по предварительному выбору
Цепные муфты
Муфты с жестким валом
Прочие изделия из аппаратного обеспечения
Прочие «виды» статей
Больше из Hardware
Зубчатые муфты, гибкие муфты, жесткие муфты, монтаж, обслуживание машин
Клиенты, которые ищут альтернативу универсальному шарниру, нуждаются в механическом устройстве для передачи крутящего момента между двумя валами, которые не коллинеарны.Это называется « Зубчатая муфта ».
Зубчатые муфты и универсальные шарниры используются в аналогичных приложениях, но зубчатые муфты имеют более высокий номинальный крутящий момент, чем универсальные шарниры, и рассчитаны на то, чтобы соответствовать определенному пространству. Максимальный крутящий момент универсальных шарниров ограничен конструкцией из-за их поперечного сечения. Зубчатая муфта спроектирована с зубьями шестерни, которые имеют высокий люфт, чтобы учесть угловое смещение, это обеспечивает гибкость, более высокий номинальный крутящий момент и максимальный контакт поверхности с поверхностью для передачи крутящего момента.
Гибкая муфта
Соединяйте или соединяйте вращающиеся элементы, такие как двигатели и приводные валы, при этом допуская перекос в угловой или параллельной ориентации смещения. Типы сцепления могут быть скользящими, роликовыми или бесшумными цепными. При поиске упругих муфт следует учитывать некоторые механические свойства. К ним относятся номинальный крутящий момент, номинальная скорость, жесткость на кручение и люфт. Номинальный крутящий момент — это максимальный рабочий крутящий момент, на который рассчитана муфта.Номинальная скорость — это максимальная номинальная частота вращения муфты. Жесткость выражается в крутящем моменте на единицу угловой деформации. Люфт — это потеря вращательного положения из-за изменения направления.
Жесткая муфта
Соединяйте или соединяйте вращающиеся элементы, например валы. Жесткие муфты закрепляются на обоих элементах и обеспечивают передачу крутящего момента и движения. Они не допускают углового или параллельного смещения.
Крепление
Есть много способов крепления муфты на валу.Для двигателей с доступом к заднему концу вала муфты можно прижимать непосредственно к валу. Другой способ — закрепить муфту на валу с помощью установочного винта. Наличие фаски на валу помогает предотвратить скольжение. Его также можно закрепить с помощью клея. Клей следует наносить на муфты, а не непосредственно на вал. Муфты можно закрепить пальцами, просверлив поперечное отверстие на валу.
Поговорите с приветливым инженером по продажам Machine Service, Inc, и мы сможем предоставить зубчатую муфту, соответствующую вашим конкретным требованиям.
Механическая передача энергии | Инженерное проектирование продуктов
Что такое механическая передача энергии?
Механическая передача энергии — это передача энергии от места, где она генерируется, к месту, где она используется для выполнения работы с использованием простых машин, соединений и элементов механической передачи энергии.
Механическая передача энергии Почти все машины имеют какую-либо передачу мощности и движения от входного источника. Обычно это электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания, который обычно обеспечивает вращающий момент через комбинацию входного вала и муфты.
Зачем нужна механическая передача энергии?
Есть много способов выработки энергии, но иногда невозможно произвести энергию там, где она нужна, в правильной форме, направлении или величине. Следовательно, передача электрической и механической энергии жизненно важна для проектирования любой инженерной продукции. Эта статья посвящена исключительно механической передаче энергии и ее элементам, за исключением передачи электроэнергии. Механическая силовая передача и ее элементы используются по следующим причинам:
- Выработанная мощность или энергия могут быть преобразованы в полезную форму
- Физические ограничения ограничивают выработку электроэнергии в том месте, где она используется, следовательно, ее можно передавать от источника к месту, где она необходима
- Может использоваться для изменения направления и величины, например скорости или крутящего момента
- Может использоваться для изменения типа энергии i.е. вращательное в линейное и наоборот
Элементы механической передачи энергии
В конструкциях технических изделий, таких как автоматические приводы, механизмы и т. Д., Передача энергии и ее элементы позволяют согласовать источник энергии с его рабочей средой и состоянием рабочих элементов.
Преимущества элементов передачи энергии
- Эффективная передача мощности
- Элементы помогают разделить и распределить источник энергии для запуска нескольких механизмов, таких как один двигатель, управляющий несколькими конвейерными лентами.
- Для изменения скорости вращения
- Обратное направление вращения двигателя
- Преобразует вращательное движение в поступательное возвратно-поступательное движение
Типы элементов механической передачи энергии
- Валы и муфты
- Винты силовые
- Шестерни и зубчатые передачи
- Тормоза и сцепления
- Ремни, тросы и шкивы
- Цепи и звездочки
Валы и муфты
Как обсуждалось ранее, валы и муфты являются неотъемлемой частью передачи энергии для современных инженерных конструкций, таких как машины.Поскольку валы трансмиссии широко используются практически во всех типах конструкции механического оборудования, конструкция имеет решающее значение для безопасности и длительного срока службы машин.
Валы
Подкомпоненты, такие как муфты, шестерни, шкивы, звездочки и т. Д., Устанавливаются на вал для передачи мощности или вращения через центральную часть компонента, называемую ступицей, вместе с удерживающими устройствами, такими как шпонки и шлицы. Соединение должно гарантировать, что соединение передает нагрузку, мощность и вращение без проскальзывания и в пределах требований к точности конструкции.
вал-конструкцияТипы соединений и компонентов, которые должны использоваться вдоль оси вала, продиктованы функциональными требованиями продукта и зависят от следующих факторов
— Величина крутящего момента
— Размер вала
— Скорость вращения
— Направление вращения
Муфты
Муфты, также известные как муфты валов, используются для соединения двух концов валов вместе для передачи углового вращения и крутящего момента. Основное требование к конструкции муфты и ее удерживающих устройств заключается в том, что номинальный крутящий момент должен передаваться без проскальзывания, преждевременного выхода из строя или, в некоторых случаях, он должен выдерживать перекос.
Жесткие и гибкие муфтыМеханические муфты для передачи энергии обычно делятся на две большие категории
- Муфта жесткая
- Муфта эластичная
Жесткие муфты просты, удобны в конструкции и сравнительно дешевы, хотя требуют точной центровки валов, тогда как гибкие муфты могут компенсировать перекос валов.
Винты силовые
Силовой винт, также известный как ходовой винт (или ходовой винт) и винт для перемещения, представляет собой винт, используемый в качестве элемента связи для передачи энергии в инженерном изделии, таком как машина, для преобразования вращательного движения в линейное движение.Большая площадь скользящего контакта между охватываемой и охватывающей частью резьбы винта обеспечивает большое механическое преимущество за счет малого угла клина.
Силовой винтСиловые винты имеют множество применений, таких как линейные ходовые винты, суппорты машин, тиски, винтовые домкраты, механические механизмы управления прессом и т. Д. Наиболее распространенные устройства устроены так, что приводной винт вращается, а гайка переводится в линейное движение вдоль винтов. Но он также используется в противоположной ориентации, такой как винтовой домкрат, где гайка вращается, а винт движется линейно, чтобы поднять домкрат.
Они не используются для передачи большой мощности из-за больших потерь энергии на трение на резьбе винта, но используются в прерывистой передаче малой мощности, например, в позиционерах с низкой точностью.
Шестерни и зубчатые передачи
Зубчатые передачи — это несколько комплектов шестерен, передающих мощность. Зубчатая передача — это система механической передачи энергии, в которой шестерни установлены на валах, так что зубья сопряженных шестерен входят в зацепление и каждое перекатывается друг на друга по диаметру делительной окружности.
Шестерни и зубчатые передачиПередаточное число и механическое преимущество сопряженных шестерен определяются соотношением диаметров делительной окружности.
Тормоза и сцепления
Теоретически тормоза и муфты почти неразличимы, хотя функционально муфты представляют собой муфты, которые используются для включения и отключения передаваемой мощности между двумя соединительными валами, вращающимися с разными скоростями на общей оси. Основная функция муфты — привести оба элемента к общей угловой скорости.
тормоза и сцепленияТормоз работает аналогичным образом, за исключением того, что один из элементов является фиксированным, поэтому при срабатывании общая угловая скорость равна нулю.
Хотя тормоза и сцепления известны своим автомобильным применением, они также широко используются в лебедках, косилках, подъемниках, стиральных машинах, тракторах, мельницах, лифтах и экскаваторах.
Сцепления
Механические муфты можно классифицировать и различать различными способами в зависимости от типа включения, принципа действия, типа срабатывания и метода работы
| Вид взаимодействия | Принцип действия | Тип срабатывания | Способ работы |
| Муфты принудительного привода | Муфты замыкающие | Гидравлическое управление | Сухое сцепление |
| Муфты фрикционные | Муфты размыкающие | Пневматический | Мокрое сцепление |
| Механический | |||
| Муфты электромагнитные |
Важные моменты
- Переданный крутящий момент
- Управляющая сила
- Энергетические потери
- Повышение температуры
Тормоза
Как и сцепления, бывают механические, гидравлические, пневматические и электрические тормоза.
Его можно классифицировать по назначению:
- Тормоза стопорные, стопорные тормоза
- Тормоза регулирующие
- Динамометрические тормоза
Некоторые из распространенных типов тормозов:
- Тормоза колодочные
- Лента для запекания
- Тормоза дисковые
- Тормоза барабанные
Ремни, тросы и шкивы
Ремни и шкивы используются, когда расстояние между валами слишком велико для использования шестерен.
ремни, тросы и шкивыЦепи и звездочки
Цепииспользуются для низкоскоростных приложений, где расстояние между валами слишком велико для использования зубчатых передач, а ремни будут поддерживать крутящий момент, который необходимо передавать. Они также являются хорошим способом передачи энергии, когда требуются точные соотношения скоростей
цепи и звездочкиСовет по дизайну: звездочки с нечетным числом зубьев изнашиваются медленнее, чем звездочки с четным числом зубьев.
УСТРОЙСТВО ТРАНСМИССИИ МОМЕНТОВ — Audi AG
Изобретение относится к устройству передачи крутящего момента, в частности для автомобиля.
В автомобилях требуется передача крутящего момента, создаваемого приводным двигателем, на ведущие колеса. Эту рабочую муфту, передающую крутящий момент, часто называют трансмиссией. Часто дополнительные компоненты, такие как сцепление, трансмиссия, дифференциалы и колесные арки, соединяются с приводным двигателем на выходной стороне. Передача крутящих моментов между вращающимися телами часто достигается с помощью так называемых соединений вал-ступица, в которых используются механизмы передачи усилия с механическим соединением, формованием или фрикционной посадкой.Передача усилия пригонки формы может быть достигнута, например, посредством взаимного зацепления вала и ступицы. В этом случае вал имеет зубцы на своей внешней окружности, а ступица имеет зубцы на внутренней окружности, которые входят в зацепление друг с другом.
Недостатком этих зубчатых зацеплений является то, что из-за радиального допуска, необходимого для установки, они имеют тенденцию создавать шум в определенных рабочих состояниях, что отрицательно сказывается на комфорте вождения. Это также может привести к повышенному износу.
Из DE 102006017167A1 известны тормозные элементы для соединений вал-ступица, которые частично входят в зацепление с зубьями снаружи. Недостатком здесь является сложное крепление тормозных элементов на валу или ступице.
Из DE 19855025A1 известна подвеска для зубчатой муфты, которая оказывает радиальное усилие на вал и ступицу, чтобы сместить их из их концентрического положения и заставить их упираться друг в друга в двух противоположных местах.
Целью настоящего изобретения является создание устройства передачи крутящего момента, которое отличается пониженным уровнем шума, простой установкой и рентабельной конструкцией.
Эта задача решается устройством передачи крутящего момента согласно независимому пункту формулы изобретения. Преимущественные варианты осуществления устройства передачи крутящего момента описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Пункт 1 относится к устройству передачи крутящего момента с валом, который имеет зубья вала на его внешней окружности, и ступицей, которая имеет зубцы ступицы на своей внутренней окружности. Ступица расположена на валу так, что зубья вала и зубья ступицы входят в зацепление друг с другом для передачи крутящего момента.Устройство передачи крутящего момента дополнительно имеет по меньшей мере один пружинный элемент, который полностью проходит через ступицу и опирается на вал и ступицу и оказывает пружинное усилие на ступицу и вал, при этом, по меньшей мере, одна составляющая силы пружины ориентирована так, что соседние боковые поверхности зубьев вала и зубьев ступицы прижимаются друг к другу по всей окружности вала и ступицы.
В основе изобретения лежит идея предоставить по меньшей мере один пружинный элемент между валом и ступицей, который опирается на вал и ступицу и оказывает пружинное усилие на вал и ступицу, которое противодействует вращению вал и ступица относительно друг друга и тем самым в наибольшей степени подавляют это вращение.В результате составляющей силы, которая действует по всей окружности вала и ступицы и ориентирована в окружном направлении, относительное положение вала и ступицы стабилизируется в направлении вращения. Сила пружины приводит к тому, что смежные боковые поверхности зубьев вала и ступицы упираются друг в друга по всей окружности вала и ступицы. Для этого пружинный элемент имеет опорные площадки на боковых сторонах зубьев зубчатого зацепления вала и / или зубчатого зацепления ступицы.В этом устройстве передачи крутящего момента эффективно предотвращаются относительные радиальные перемещения, вызванные допуском между валом и ступицей, а также нежелательное развитие шума и износ. Пружинный элемент в первую очередь не служит для передачи крутящих моментов и предпочтительно сконфигурирован так, что он фиксирует вал и ступицу в направлении вращения, но не в осевом направлении. Для этого все еще возможно осевое компенсирующее движение между валом и ступицей, которое может потребоваться (например, из-за производственных допусков или разницы температур между валом и ступицей).
В варианте осуществления устройства передачи крутящего момента согласно пункту 2 зубчатое зацепление ступицы и / или зубчатое зацепление вала имеют по меньшей мере один зазор, при этом пружинный элемент расположен по меньшей мере в одном зазоре.
По меньшей мере один зазор соответствующего зубчатого зацепления может быть выполнен непрерывным в осевом направлении (то есть в направлении оси вращения вала). В простейшем случае для размещения пружинного элемента достаточно упустить один зуб.В случае нескольких пружинных элементов соответствующие зазоры могут быть образованы в любом месте зубчатого зацепления. Это особенно важно в случае пружинных элементов большего размера, что создает достаточное пространство и облегчает монтаж.
В варианте осуществления устройства передачи крутящего момента по пункту 3 по меньшей мере один пружинный элемент входит в зацепление своими свободными концами за ступицей — в направлении оси вращения вала — на противоположных передних сторонах ступицы.
Таким образом, пружинный элемент может быть надежно позиционирован в осевом направлении, при этом относительная осевая компенсация вала и ступицы остается возможной.
В варианте осуществления устройства передачи крутящего момента по пункту 4 по меньшей мере один из свободных концов пружинного элемента закреплен снаружи ступицы.
Крепление может происходить на внешней стороне ступицы, которая обращена от внутреннего зубчатого зацепления. Для этого на внешней стороне ступицы может быть выполнено углубление, отверстие или радиальный выступ, который по форме находится в зацеплении с пружинным элементом. Это позволяет еще лучше закрепить пружинный элемент.
В варианте осуществления устройства передачи крутящего момента по пункту 5 по меньшей мере один пружинный элемент входит в зацепление по меньшей мере с одним из своих свободных концов за валом на передней стороне вала.
В варианте осуществления устройства передачи крутящего момента по пункту 6 по меньшей мере один из свободных концов пружинного элемента закреплен на валу.
Эти варианты устройства передачи крутящего момента представляют собой альтернативные варианты крепления.
В варианте осуществления устройства передачи крутящего момента согласно пункту 7 формулы изобретения пружинный элемент имеет две ножки, которые — в направлении вдоль окружности вала — расположены в разных положениях, предпочтительно в противоположных положениях, между валом и ступицей.
Для этого пружинный элемент может быть по существу изогнут U-образным, при этом ножки проходят предпочтительно в одном направлении. Этот вариант пружины может быть изогнутой частью из пружинной проволоки, которую можно легко и экономично изготавливать.
В варианте осуществления устройства передачи крутящего момента по пункту 8 элемент отбора керна закрывает или входит в зацепление за ступицей на своей стороне, которая обращена от ножек на передней стороне ступицы, по меньшей мере частично.
В варианте осуществления устройства передачи крутящего момента согласно пункту 9 формулы изобретения свободный конец по меньшей мере одной ножки может входить в зацепление за ступицей на противоположной передней стороне.
В варианте осуществления устройства передачи крутящего момента по пункту 10 пружинный элемент зацепляется в осевом направлении вокруг вала, при этом свободный конец по меньшей мере одной стойки закреплен на валу.
Это еще один альтернативный вариант крепления пружинного элемента.
В этом случае, согласно варианту осуществления устройства передачи крутящего момента согласно пункту 11 формулы изобретения, пружинный элемент может быть сконфигурирован так, что на две опоры действует сила, действующая радиально наружу.
Этот вариант осуществления обеспечивает простой монтаж и фиксацию пружинного элемента в осевом направлении. В частности, радиально действующее натяжение пружины в связи с зацеплением свободных концов ножек за передней стороной ступицы приводит к типу зажимного механизма.
В устройстве передачи крутящего момента согласно пункту 12 по меньшей мере один пружинный элемент выполнен как единое целое.
В частности, пружинный элемент может быть легко и экономично производимой деталью из пружинной стали с плоским или круглым поперечным сечением.
Далее изобретение объясняется более подробно с помощью примерных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи. На фигурах
фиг. 1A и 2A — схематические изображения двух вариантов осуществления устройства передачи крутящего момента;
РИС.1B и 2B — схематические изображения двух вариантов пружинного элемента устройства передачи крутящего момента;
РИС. 1C и 2C — схематический вид в разрезе устройств передачи крутящего момента;
РИС. 3A и 4A — схематические изображения двух дополнительных вариантов осуществления устройства передачи крутящего момента;
РИС. 3B и 4B — изображения двух дополнительных вариантов пружинного элемента устройства передачи крутящего момента;
РИС. 1A и 2A схематично показаны два примерных варианта осуществления устройства 1 передачи крутящего момента.устройства передачи крутящего момента 1 имеют соответственно вал 2 с осью вращения Z, ступицу 3 и пружинный элемент 4 .
Примерные варианты осуществления фиг. 1A, 1 B и 1 C отличаются от примерных вариантов осуществления на фиг. 2A, 2 B и 2 C только в отношении конфигурации соответствующего пружинного элемента 4 .
РИС. 1C или 2 C — схематический вид в разрезе устройств передачи крутящего момента по фиг.1A или 2 A по линиям сечения B-B или C-C.
РИС. 3A, 3 B, 4 A и 4 B показывают два дополнительных примерных варианта осуществления устройства передачи крутящего момента. Они отличаются только типом и формой используемого пружинного элемента.
Как видно на фиг. 1A, 2 A и 1 C, 2 C, ступица 3 расположена на валу 2 . Для этого ступица 3 имеет отверстие 5 соответствующего размера, причем вал 2 вставляется одним концом в отверстие 5 .В примерном варианте осуществления канал является сквозным. По крайней мере, в области взаимного перекрытия вала 2 и ступицы 3 вал 3 имеет на своей внешней окружности зубья вала 6 , а ступица 2 имеет на своей внутренней окружности сквозное отверстие 5 зубчатое зацепление ступицы 7 (см. фиг. 1C и 2C). Зубья вала , 6, и ступицы, , 7, входят в зацепление друг с другом для обеспечения надлежащей передачи крутящего момента между собой (см. Фиг.1С и 2С).
РИС. 1B и 2B схематично показаны варианты пружинного элемента 4, в свободном неустановленном состоянии.
Оба варианта пружинного элемента 4 выполнены как единое целое и предпочтительно выполнены из упруго-пружинного материала, например пружинной стали. Пружинные элементы , 4, экономично производятся как с точки зрения материала, так и с точки зрения изготовления. Любое внешнее изменение формы, в частности сжатие, растяжение или растяжение пружинного элемента 4 , вызывает возвращающую силу в материале пружинного элемента 4 .
Вариант пружинного элемента по фиг. 1B имеет форму многократно изогнутого пружинного стержня, в котором на соответствующие противоположные свободные концы придан дополнительный увеличенный изгиб или форма. Как станет очевидно из фиг. 1А специальная форма служит для крепления пружинного элемента 4 на ступице.
Вариант выполнения пружинного элемента 4 по фиг. 2B имеет две ножки 4 — 1 , 4 — 2 с общим основанием 4 — 3 .Основные направления протяженности ножек 4 — 1 , 4 — 2 одинаковы и указывают в одном направлении (на фиг. 2B в сторону левой стороны).
Установка, расположение и функция пружинных элементов 4 теперь поясняются с помощью фиг. 1A, 2 A и 1 C, 2 C:
Пружинные элементы 4 устанавливаются на ступицу 3 перед соединением вала 2 и ступицы 3 .
В варианте выполнения пружинного элемента 4 по фиг. 1B пружинный элемент 4 направляется свободным концом через сквозное отверстие 5 ступицы (см. Фиг. 1A). В смонтированном состоянии пружинный элемент полностью проходит по ступице, при этом пружинный элемент 4 имеет такую форму, что он входит в зацепление позади противоположных передних сторон 8 , 9 ступицы 3 (т.е. передняя сторона 8 , 9 ступицы 3 ).Кроме того, свободный конец пружинного элемента может быть закреплен на внешней стороне ступицы 3 , которая обращена от сквозного отверстия 5 . В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 1A отверстие 10, расположено снаружи ступицы 3 , в которое вставлен свободный конец пружинного элемента 4 . Однако возможны и другие формы, чтобы свободный конец входил в зацепление по форме со ступицей.
Преимущественно в свободном состоянии, т.е.е. в расслабленном состоянии пружинный элемент 4 короче сквозного отверстия, поэтому пружинный элемент 4 должен быть немного растянут для установки. В результате растяжения в пружинном элементе 4 создается натяжение пружины, которое в сочетании с концами, которые входят в зацепление сзади, обеспечивает надежную посадку пружинного элемента 4 в ступице.
В варианте выполнения пружинного элемента 4 по фиг. 2B, пружинный элемент направляется обеими свободными ножками 4 — 1 , 4 — 2 через сквозное отверстие 5 ступицы 3 , так что пружинный элемент 4 полностью проходит через ступица 4 (см. РИС.2А). Пружинный элемент 4 сконфигурирован таким образом, что в установленном состоянии основание 4 — 3 пружинного элемента 4 закрывает или входит в зацепление за ступицу 3 на передней стороне 9 или пружинный элемент упирается в переднюю сторону 9 ступицы. Два свободных конца лап 4 — 1 , 4 — 2 выступают из сквозного отверстия 5 на противоположной стороне ступицы 3 и входят в зацепление за ступицей 3 на противоположная передняя сторона 8 (т.е.е., они упираются в переднюю сторону ступицы ( 3 ).
Предпочтительно пружинный элемент 4 согласно варианту осуществления согласно фиг. 2B сконфигурирован так, что для установки в ступице 3 две ножки 4 — 1 , 4 — 2 должны быть сдвинуты вместе. В частности, расстояние между свободными концами лап 4 — 1 , 4 — 2 больше диаметра сквозного отверстия 5 ступицы 3 .В результате пружинный элемент 4 или ножки 4 — 1 , 4 — 2 предварительно натянуты радиально наружу в установленном состоянии, так что на пружинный элемент действует сила, действующая радиально наружу. 4 . Это приводит к лучшей посадке пружинного элемента 4 в ступице 3 .
После установки соответствующего пружинного элемента 4 на ступицу 3 , вал 2 проталкивается через сквозное отверстие 5 ступицы 3 так, чтобы зубья вала 6 и зубья ступицы 7 входят в зацепление друг с другом.Пружинный элемент 4 сконфигурирован и имеет такие размеры, что при введении вала 2 в отверстие 5 ступицы пружинный элемент 4 — точнее, участок внутри пружинного элемента, расположенный в сквозном отверстии 5 , радиально выталкивается наружу. В полностью смонтированном состоянии устройства передачи крутящего момента 1 пружинный элемент 4 расположен между валом 2 и ступицей 3 и поддерживается на опорных площадках A на валу 2 и на опоре. ступица 3 .В результате деформации пружинного элемента 4 во время вставки вала 2 во втулку 3 устанавливается восстанавливающее натяжение материала и сила пружины.
Как видно из фиг. 1C и 2C, пружинный элемент 4 опирается на боковые поверхности соседних зубцов зубчатого венца вала. Как упоминалось выше, сжатие пружинного элемента 4 во время вставки вала 2 в сквозное отверстие ступицы 3 вызывает восстанавливающее натяжение материала и усилие пружины F.В результате такой компоновки по меньшей мере одна составляющая силы пружины F ориентирована в окружном направлении или направлении вращения вала 2 , т.е. по касательной к валу 2 или ступице 3 , и вызывает боковые поверхности зубьев вала 6, и ступицы 7 должны быть сдвинуты вместе по всей окружности. Сила F или соответствующая составляющая действует по всей окружности вала 2, и ступицы 3, и ориентирована по касательной к валу и ступице по всей окружности.Таким образом, сила пружины F действует по всей окружности вала 2 и ступицы 3 против возможного относительного вращательного движения M вала 2 и ступицы 3 . В результате положение вала , 2, и ступицы , 3, относительно друг друга фиксируется или стабилизируется, и удары боковых сторон зубьев вала , 6, и ступицы друг о друга по меньшей мере значительно уменьшаются.
Несмотря на то, что только один пружинный элемент 4 используется в варианте осуществления согласно фиг.1B несколько пружинных элементов , 4, также могут быть расположены в различных угловых положениях по окружности вала 2, и ступицы , 3, . Это позволяет дополнительно стабилизировать относительное положение между валом и 2 и ступицей 3 и компенсировать производственный допуск в зубчатом зацеплении.
Для простой установки пружинного элемента 4 в зубчатом зацеплении ступицы 7 и / или зубчатом зацеплении вала 6 может быть образован по меньшей мере один зазор 11 .Для этого, например, зуб может быть исключен в зубчатом зацеплении ступицы 7 и / или зубчатом зацеплении вала 6 .
Еще одним преимуществом настоящего изобретения является то, что даже несмотря на то, что радиальный допуск в зубчатом зацеплении 6 , 7 вала 2 и ступицы 3 уменьшается или устраняется (относительно оси вращения Z вала ) осевая компенсация остается возможной. Кроме того, для установки устройства передачи крутящего момента не требуется относительное совмещение вала 2 и ступицы 3 в направлении вращения, т.е.е. вал 2 и ступица 3 могут быть вставлены друг в друга в любом желаемом угловом положении (относительно оси вращения).
РИС. 3A, 3 B, 4 A и 4 B показывают альтернативные варианты осуществления устройства передачи крутящего момента 1 . Различия заключаются в форме и креплении пружинного элемента 4 и в установке устройства передачи крутящего момента 1 . Принцип действия и вытекающие из этого преимущества идентичны таковым в примерных вариантах осуществления, показанных на фиг.1A, 1 B и 2 A, 2 B, 2 C или оценены специалистом в данной области техники аналогично. Далее объясняются только различия. Одинаковые элементы имеют одинаковые ссылочные позиции.
Для установки примерных вариантов осуществления устройства передачи крутящего момента 1 согласно фиг. 3A и 4A соответствующие пружинные элементы 4 (см. Фиг. 3 b, и 4 B) сначала размещаются на соответствующем валу 2 .
При использовании пружинного элемента согласно РИС. 3B, его свободные концы вставляются в углубления 10 соответствующей формы на валу 2 , так что в результате получается геометрическое соединение вала 2 , и пружинный элемент 4 надежно закрепляется на валу 2 . Предпочтительно пружинный элемент 4 имеет такие размеры, что он должен быть немного растянут для установки на вал, что приводит к предварительному натяжению, которое дополнительно поддерживает крепление.В закрепленном состоянии по меньшей мере один свободный конец пружинного элемента 4 входит в зацепление за валом 2 на передней стороне 10 . Однако также возможно, что оба свободных конца пружинного элемента 4 входят в зацепление за валом 2 на противоположных передних сторонах.
При использовании пружинного элемента согласно фиг. 4B пружинный элемент вставляется свободными концами в выемки с соответствующей конфигурацией 10 на противоположных внешних сторонах вала 2 , так что в результате получается соединение по форме с валом 2 и пружинный элемент 4 надежно закрепляется. на валу 2 .Предпочтительно пружинный элемент 4 имеет такие размеры, что две ножки 4 — 1 , 4 — 2 должны быть слегка раздвинуты для монтажа, чтобы дополнительно возникло предварительное натяжение, которое поддерживает крепление. . В закрепленном состоянии пружинный элемент 4 зацепляется вокруг вала 2 с ножками 4 — 1 , 4 — 2 и основанием 4 — 3 на передней стороне 10 и внешние стороны.
Затем в обоих примерных вариантах осуществления ступица 3 надвигается на вал 2 с установленным на нем пружинным элементом 4 . Пружинные элементы 4 имеют такие размеры и конфигурацию, чтобы они слегка сжимались в продольном направлении и опираются на вал 2 и ступицу 3 на опорных площадках A. Это приводит к предварительному натяжению в пружинный элемент 4 , который надежно фиксирует пружинный элемент между валом 2 и ступицей 3 .В то же время это натяжение материала создает силу пружины F (аналогичную фиг. 1C и 2C), которая противодействует вращению вала и ступицы относительно друг друга. в отличие от примерных вариантов осуществления на фиг. 1A, 1 B, 1 C и 2 A, 2 B, 2 C пружинный элемент опирается на боковые поверхности соседних зубьев ступицы 7 .
автомобилей | Определение, история, промышленность, дизайн и факты
Автомобильный дизайн
Современный автомобиль — это сложная техническая система, в которой используются подсистемы со специфическими конструктивными функциями.Некоторые из них состоят из тысяч составных частей, которые возникли в результате достижений в существующих технологиях или новых технологий, таких как электронные компьютеры, высокопрочные пластмассы и новые сплавы стали и цветных металлов. Некоторые подсистемы возникли в результате таких факторов, как загрязнение воздуха, законодательство о безопасности и конкуренция между производителями по всему миру.
автомобильОсновные функциональные компоненты автомобиля.
Британская энциклопедия, Inc.Легковые автомобили превратились в основное средство передвижения для семей, их около 1,4 миллиарда используются во всем мире. Около четверти из них приходится на Соединенные Штаты, где каждый год преодолевается более трех триллионов миль (почти пять триллионов километров). В последние годы американцам были предложены сотни различных моделей, примерно половина из них от зарубежных производителей. Чтобы извлечь выгоду из собственных технологических достижений, производители все чаще вводят новые конструкции.Ежегодно производя около 70 миллионов новых устройств по всему миру, производители смогли разделить рынок на множество очень маленьких сегментов, которые, тем не менее, остаются прибыльными.
Новые технические разработки признаны залогом успешной конкуренции. Все производители и поставщики автомобилей наняли инженеров-исследователей и ученых для улучшения кузова, шасси, двигателя, трансмиссии, систем управления, систем безопасности и систем контроля выбросов.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчасЭти выдающиеся технические достижения не обходятся без экономических последствий. Согласно исследованию Ward’s Communications Incorporated, средняя стоимость нового американского автомобиля увеличилась на 4700 долларов (в пересчете на доллар в 2000 году) в период с 1980 по 2001 год из-за обязательных требований безопасности и контроля выбросов (таких как добавление подушек безопасности и каталитических нейтрализаторов). Новые требования продолжали реализовываться и в последующие годы. Добавление компьютерных технологий стало еще одним фактором, способствовавшим росту цен на автомобили, которые в период с 2009 по 2019 год выросли на 29 процентов.Это в дополнение к потребительским расходам, связанным с инженерными улучшениями в экономии топлива, которые могут быть компенсированы сокращением закупок топлива.
Конструкция автомобиля в значительной степени зависит от его предполагаемого использования. Автомобили для бездорожья должны быть прочными, простыми системами с высокой устойчивостью к сильным перегрузкам и экстремальным условиям эксплуатации. И наоборот, продукты, предназначенные для высокоскоростных дорожных систем с ограниченным доступом, требуют большего комфорта для пассажиров, повышенной производительности двигателя, а также оптимизированной управляемости на высоких скоростях и устойчивости транспортного средства.Стабильность зависит главным образом от распределения веса между передними и задними колесами, высоты центра тяжести и его положения относительно аэродинамического центра давления транспортного средства, характеристик подвески и выбора колес, используемых для приведения в движение. Распределение веса зависит главным образом от расположения и размера двигателя. В обычной практике двигателей с передним расположением используется стабильность, которая достигается с помощью этой компоновки. Однако разработка алюминиевых двигателей и новые производственные процессы позволили разместить двигатель в задней части без ущерба для устойчивости.
Конструкции кузовов автомобилей часто подразделяются на категории по количеству дверей, расположению сидений и конструкции крыши. Крыши автомобилей обычно поддерживаются стойками с каждой стороны кузова. Модели с откидным верхом с убирающимся верхом из ткани полагаются на стойку сбоку от ветрового стекла для обеспечения прочности верхней части тела, поскольку трансформируемые механизмы и стеклянные поверхности по существу не являются конструктивными. Площадь остекления была увеличена для улучшения обзора и по эстетическим соображениям.
Fiat 600Fiat 600, представленный в 1956 году, был недорогим, практичным автомобилем с простым элегантным дизайном, который мгновенно сделал его иконой послевоенной Италии. Его поперечно расположенный сзади двигатель производил достаточную мощность и экономил достаточно места, чтобы в салоне легко могли разместиться четыре человека.
© Rossi — REX / Shutterstock.comВысокая стоимость новых заводских инструментов делает нецелесообразным для производителей ежегодно выпускать совершенно новые конструкции.Совершенно новые конструкции обычно запрограммированы на трех- или шестилетние циклы, при этом в течение цикла обычно появляются незначительные уточнения. В прошлом для совершенно новой конструкции требовалось целых четыре года планирования и закупки нового инструмента. Компьютерное проектирование (CAD), тестирование с использованием компьютерного моделирования и автоматизированное производство (CAM) теперь могут использоваться для сокращения этого требования по времени на 50 процентов или более. См. станок: автоматизированное проектирование и автоматизированное производство (CAD / CAM).
Автомобильные кузова обычно изготавливаются из листовой стали. Сталь легирована различными элементами, чтобы улучшить ее способность формировать более глубокие углубления без образования складок и разрывов в производственных прессах. Сталь используется из-за ее общедоступности, невысокой стоимости и хорошей обрабатываемости. Однако для определенных применений используются другие материалы, такие как алюминий, стекловолокно и пластик, армированный углеродным волокном, из-за их особых свойств. Полиамид, полиэстер, полистирол, полипропилен и этиленовые пластики были разработаны для большей прочности, устойчивости к вмятинам и устойчивости к хрупкой деформации.Эти материалы используются для кузовных панелей. Инструментальная оснастка для пластиковых компонентов обычно стоит меньше и требует меньше времени на разработку, чем для стальных компонентов, и поэтому может быть изменена конструкторами с меньшими затратами.
Для защиты кузовов от коррозионных элементов и сохранения их прочности и внешнего вида используются специальные процессы грунтовки и окраски. Сначала тела погружают в ванны для очистки, чтобы удалить масло и другие посторонние предметы. Затем они проходят последовательность циклов окунания и опрыскивания.Эмаль и акриловый лак широко используются. Электроосаждение распыленной краски — процесс, при котором распыляемая краска приобретает электростатический заряд, а затем притягивается к поверхности высоким напряжением, помогает обеспечить нанесение ровного слоя и покрытие труднодоступных участков. Печи с конвейерными линиями используются для ускорения процесса сушки на заводе. Оцинкованная сталь с защитным цинковым покрытием и коррозионно-стойкая нержавеющая сталь используются на участках кузова, подверженных коррозии.
Патент США на устройство передачи крутящего момента для полноприводного транспортного средства. Патент (Патент №5,388,679, выданный 14 февраля 1995 г.)
Уровень техники1. Область изобретения
Настоящее изобретение относится к устройству передачи крутящего момента полноприводного транспортного средства для передачи крутящего момента, которое расположено между парой приводных валов полноприводного транспортного средства.
2. Описание предшествующего уровня техники
Полноприводное транспортное средство не только превосходно по ходовым качествам на неровных дорогах, но также превосходно по разгонным свойствам и устойчивости движения на обычных дорогах.Соответственно, такой полноприводный автомобиль сейчас быстро получает широкое распространение среди широкой публики.
Известен полноприводный автомобиль, в котором вал привода передних колес жестко соединен с валом привода задних колес. Однако в этом устройстве карданные валы скручиваются, если есть разница в количестве оборотов между передними и задними колесами из-за разницы в радиусе поворота между передними и задними колесами в то время, когда транспортное средство едет на углу.Кроме того, вышеупомянутая компоновка представляет проблему так называемого явления торможения на крутом повороте, когда задние колеса, имеющие меньший радиус поворота, буксируют при скольжении, вызывая шатание транспортного средства. Чтобы предотвратить вышеупомянутые проблемы, такие как явление торможения на крутом повороте и т.п., между ведущими валами предусмотрен обычный полноприводный автомобиль с устройством передачи крутящего момента, которое может передавать крутящий момент на оба ведущих вала, при этом допускает разницу во вращении скорость между обоими приводными валами.
В качестве вышеупомянутого устройства передачи крутящего момента предлагается так называемая вязкостная муфта, устройство типа гидравлического насоса с лопастным насосом и т.п.
В вязкостной муфте расположено множество первых дисков сцепления, вращающихся вместе с одним из приводных валов, и множество вторых дисков сцепления, вращающихся вместе с другим приводным валом, при этом первый и второй диски сцепления расположены поочередно так, что они находятся в тесном контакте с друг с другом.И первый, и второй диски сцепления герметично закрыты высоковязким маслом, расположенным между ними. В нормальном состоянии и первый, и второй диски соединены друг с другом за счет гидравлического трения дисков с маслом и силы сдвига внутри масла, так что крутящий момент передается. Когда разница в скорости вращения между первым и вторым дисками становится большой, масло перемешивается и термически расширяется. Это приводит к тому, что первый и второй диски прижимаются друг к другу, так что оба приводных вала надежно соединяются друг с другом для внезапного увеличения крутящего момента (возникает так называемое явление горба).
В качестве вышеупомянутого гидравлического насосного устройства известно устройство, использующее лопастной насос, выполненный таким образом, что ротор, имеющий лопатки, вращающиеся вместе с одним из приводных валов, расположен соосно в кулачковом кольце корпуса, вращающемся вместе с другим приводом. вал. В лопастном насосе ротор и кулачковое кольцо соединены друг с другом посредством находящегося между ними масла под давлением, так что крутящий момент передается на оба приводных вала. Теоретически передаваемый таким образом крутящий момент тем больше, чем выше давление, создаваемое лопастным насосом; то есть разница в скорости вращения между обоими ведущими валами больше.
В вязкостной муфте вышеупомянутое явление горба позволяет обоим приводным валам надежно соединяться друг с другом. Соответственно, вязкая муфта имеет преимущество в том, что она может быть встроена, например, в дифференциальную передачу и использоваться в качестве дифференциальной передачи с ограниченным проскальзыванием для непосредственного соединения правого и левого колес друг с другом по мере необходимости. Однако такая вязкая муфта представляет собой проблему долговечности, заключающуюся в том, что из-за резкого увеличения внутреннего давления во время явления горки уплотнения разрушаются, и масло между пластинами ухудшается из-за сдвига.
В устройстве типа гидравлического насоса крутящий момент передается за счет силы внутреннего давления масла, а не за счет его силы сдвига. Соответственно, такое устройство выгодно с точки зрения долговечности, поскольку масло практически не портится. Однако, когда создаваемое давление становится высоким, боковые пластины, которые расположены на обеих торцевых поверхностях кулачкового кольца и образуют напорную камеру лопастного насоса, деформируются, что приводит к увеличению зазора между ротором и боковыми пластинами. .Это препятствует увеличению создаваемого давления, так что передаваемый крутящий момент не может быть увеличен в достаточной степени для увеличения разницы в скорости вращения между обоими ведущими валами. Чтобы преодолеть вышеупомянутую проблему, может быть предложено утолщение боковых пластин для увеличения их жесткости. Однако доступное пространство часто ограничено, чтобы затруднить создание такого положения.
Чтобы преодолеть все проблемы обеих вышеупомянутых систем, предлагается устройство передачи крутящего момента, в котором многодисковая муфта аксиально встроена в устройство вышеупомянутого типа с гидравлическим насосом, при этом множество пластин муфты рядом друг с другом и в котором многодисковая муфта приспособлена для работы через рабочий орган муфты с помощью кулачкового механизма, так что оба приводных вала надежно соединены друг с другом, когда разница в скорости вращения между обоими приводными валами составляет увеличивается (то есть когда увеличивается крутящий момент, передаваемый гидравлическим насосом) (публикация нерассмотренной заявки на патент Японии 262730/1991).
В этом устройстве передачи крутящего момента кулачковый механизм расположен между корпусом устройства передачи крутящего момента и корпусом гидравлического насоса. Гидравлический насос полностью перемещается в осевом направлении кулачковым механизмом, а рабочий орган многодисковой муфты проталкивается через гидравлический насос. Соответственно, на корпус гидронасоса оказывается большая нагрузка. Поэтому необходимо обеспечить достаточную прочность корпуса. Это выгодно увеличивает стоимость производства и размеры гидравлического насоса.Это впоследствии приводит к увеличению размера устройства передачи крутящего момента.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯЦелью настоящего изобретения является создание малогабаритного экономичного устройства передачи крутящего момента для полноприводного транспортного средства с превосходной долговечностью, которое может быть внезапно увеличено по передаваемому крутящему моменту по мере необходимости.
Для достижения вышеупомянутой цели настоящее изобретение предоставляет в качестве одной из его фаз устройство передачи крутящего момента полноприводного транспортного средства, расположенное между парой приводных валов, которое содержит:
: гидравлический насос, имеющий цилиндрический корпус, вращающийся с возможностью взаимного зацепления с одной из упомянутой пары приводных валов, и цилиндрический ротор, размещенный соосно в упомянутом цилиндрическом корпусе и вращающийся взаимно с другим приводным валом, упомянутый гидравлический насос приспособлен для передачи крутящего момента между упомянутой парой приводов. валы посредством переменного давления масла, создаваемого в упомянутом гидравлическом насосе в соответствии с разницей в скорости вращения между упомянутой парой приводных валов;
— поворотную втулку, коаксиально соединенную с возможностью вращения с возможностью вращения с внутренней периферийной частью упомянутого ротора;
— передающий элемент, расположенный между упомянутым другим приводным валом и упомянутой поворотной втулкой, для передачи вращения упомянутого другого приводного вала упомянутому ротору через упомянутую вращающуюся втулку, упомянутый передающий элемент является подвижным в осевом направлении относительно упомянутого корпуса;
многодисковое сцепление, имеющее множество кольцевых первых дисков сцепления, соединенных с возможностью вращения за одно целое с упомянутым кожухом, и множество вторых кольцевых дисков сцепления, соединенных с возможностью вращения как одно целое с упомянутым передающим элементом, упомянутые первый и второй диски сцепления расположены поочередно, упомянутое многодисковое сцепление приспособлен для передачи крутящего момента между упомянутыми приводными валами посредством силы трения упомянутого первого и второго дисков, при этом упомянутый кожух и упомянутый ротор удерживаются от относительного вращения упомянутой силой фрикционного сцепления;
— рабочая часть муфты, расположенная на упомянутом передающем элементе, для толкания упомянутых первого и второго дисков, чтобы заставить их фрикционно сцепляться друг с другом; и
кулачковый механизм, расположенный между торцевой поверхностью указанного кожуха и указанным передающим элементом для передачи крутящего момента на указанный передающий элемент и указанную поворотную втулку, указанный кулачковый механизм выполнен с возможностью аксиального перемещения указанного передающего элемента, имеющего указанную рабочую часть муфты, относительно торцевой поверхности. упомянутого корпуса, тем самым приводя в действие упомянутую многодисковую муфту, только когда упомянутый крутящий момент превышает заданный уровень.
В устройстве передачи крутящего момента полноприводного транспортного средства, имеющего вышеупомянутую компоновку, кожух вращается взаимно с одним приводным валом, а ротор вращается через передающий элемент, взаимно вращающийся с другим приводным валом, кулачковый механизм и поворотная втулка. Когда разница в скорости вращения между ротором и корпусом, то есть между обоими приводными валами, мала, крутящий момент передается между обоими приводными валами только посредством гидравлического насоса через поворотную втулку, кулачковый механизм и передающий элемент.Когда разница в скорости вращения становится большой и крутящий момент, передаваемый гидравлическим насосом, превышает заданный уровень, то есть, когда крутящий момент, передаваемый кулачковым механизмом, превышает заданный уровень, кулачковый механизм перемещает передающий элемент, имеющий рабочую часть муфты, относительно к корпусу гидравлического насоса, так что первый и второй диски муфты многодисковой муфты находятся в контакте друг с другом под давлением. Это обеспечивает надежное соединение приводных валов друг с другом через кожух, многодисковую муфту и передающий элемент.Это позволяет резко увеличить крутящий момент, передаваемый на оба приводных вала. Следует отметить, что такое увеличение крутящего момента не достигается за счет резкого увеличения внутреннего давления, как это происходит в вязкостной муфте.
В обычном устройстве передачи крутящего момента кулачковый механизм перемещает рабочую часть сцепления через кожух гидравлического насоса, так что первый и второй диски толкаются рабочей частью сцепления. Соответственно, кожух получает большую силу. Поэтому требуется утолщение корпуса, в результате чего гидравлический насос становится крупногабаритным и тяжелым.В устройстве передачи крутящего момента в соответствии с одной из фаз настоящего изобретения кулачковый механизм приспособлен для прямого перемещения передающего элемента, имеющего рабочую часть муфты, без посредничества корпуса гидравлического насоса. Это снижает нагрузку на корпус гидравлического насоса, что позволяет сделать корпус тонким. Впоследствии гидравлический насос может быть выполнен в компактной и легкой конструкции, что позволяет сделать устройство передачи крутящего момента компактным и легким.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙРИС. 1 — вид в разрезе устройства передачи крутящего момента полноприводного транспортного средства согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
РИС. 2 — блок-схема каналов передачи крутящего момента в устройстве, показанном на фиг. 1;
РИС. 3 — вид в перспективе с разнесением деталей многодисковой муфты и передающего элемента, используемых в устройстве, показанном на фиг. 1;
РИС. 4 — вид спереди торцевой поверхности внешней цилиндрической части передающего элемента;
РИС.5 — вид в разрезе внешней цилиндрической части передающего элемента;
РИС. 6 — вид в перспективе с оторванными частями одной из боковых пластин;
РИС. 7 — вид спереди одной из кулачковых частей;
РИС. 8 — вид спереди другой части кулачка;
РИС. 9 — схематический разрез кулачкового механизма без задействованной многодисковой муфты;
РИС. 10 — схематический разрез кулачкового механизма с задействованной многодисковой муфтой;
РИС.11 — схематический разрез лопастного насоса;
РИС. 12 — также схематический разрез лопастного насоса;
РИС. 13 — график, иллюстрирующий взаимосвязь между разницей в скорости вращения и передаваемым крутящим моментом;
РИС. 14 — вид в разрезе устройства передачи крутящего момента полноприводного транспортного средства согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;
РИС. 15 — вид в перспективе с разнесением деталей многодисковой муфты и передающего элемента;
РИС.16 — вид в разрезе внешней цилиндрической части передающего элемента;
РИС. 17 — вид в разрезе устройства передачи крутящего момента полноприводного транспортного средства согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения;
РИС. 18 — частичный вид в перспективе внешней цилиндрической части передающего элемента;
РИС. 19 — вид в разрезе устройства передачи крутящего момента полноприводного транспортного средства согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения; и
РИС.20 — вид в разрезе устройства передачи крутящего момента полноприводного транспортного средства согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯВ нижеследующем описании будет подробно рассмотрено настоящее изобретение со ссылкой на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие его варианты осуществления. В нижеследующем описании термины «левая сторона (рука)» и «правая сторона (рука)» соответственно относятся к левой стороне (руке) и правой стороне (руке) на чертежах.
Ссылаясь на фиг. 1-13 в нижеследующем описании будет рассмотрено устройство передачи крутящего момента полноприводного транспортного средства согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 1 и 2, устройство передачи крутящего момента расположено между передним карданным валом 100, соединенным с дифференциальной шестерней переднего колеса, и задним карданным валом 200, соединенным с дифференциальной шестерней заднего колеса. Устройство передачи крутящего момента имеет первый канал передачи крутящего момента (с левой стороны на фиг.2) проходящий через лопастной насос 3, служащий в качестве гидравлического насоса, и второй канал передачи крутящего момента (с правой стороны на фиг. 2), который образован параллельно первому каналу передачи крутящего момента и который проходит через многодисковую муфту 4.
Пластинчатый насос 3 имеет корпус 30, который может вращаться с возможностью взаимного блокировки с передним гребным валом 100, и цилиндрический ротор 31, который размещен соосно в корпусе 30 и который может вращаться с возможностью блокировки с задним гребным валом 200.Пластинчатый насос 3 приспособлен для передачи крутящего момента на передний и задний гребные валы 100, 200 посредством переменного давления масла, создаваемого в нем в соответствии с разницей в скорости вращения между гребными валами 100, 200.
Многодисковое сцепление 4 включает в себя пары дисков 41, 42 сцепления, фрикционно связанных друг с другом, и приспособлено для передачи крутящего момента между гребными валами 100, 200 за счет силы фрикционного сцепления дисков 41, 42.
Через первый канал передачи крутящего момента крутящий момент передается от переднего гребного вала 100 на задний гребной вал 200 после последовательного прохождения через кожух 30, ротор 31, поворотную втулку 2, кулачковый механизм 5 и передающий элемент 7 в в этом порядке крутящий момент передается от заднего карданного вала 200 на передний карданный вал 100 после последовательного прохождения через упомянутые выше элементы в обратном порядке.
Через второй канал передачи крутящего момента крутящий момент передается от переднего гребного вала 100 на задний гребной вал 200 после прохождения через кожух 30, пары дисков 41, 42 сцепления и передающий элемент 7 в этом порядке, или крутящий момент равен передается от заднего карданного вала 200 к переднему карданному валу 100 после последовательного прохождения через упомянутые выше элементы в обратном порядке.
Кулачковый механизм 5 приспособлен для передачи крутящего момента между передающим элементом 7 и поворотной муфтой 2.Только когда крутящий момент превышает заданный уровень, кулачковый механизм 5 приспособлен для перемещения передающего элемента 7, так что рабочая часть 46 муфты, расположенная на передающем элементе 7, приводит в действие многодисковое сцепление 4.
Со ссылкой на фиг. 1, кожух 30 включает в себя цилиндрическое кулачковое кольцо 32 и пару кольцевых боковых пластин 9, 10, соосных с ним. Кулачковое кольцо 32 и боковые пластины 9, 10 соединены друг с другом с возможностью вращения за одно целое с помощью болта 37. Кольцевая уплотнительная пластина 66 прикреплена к торцевой поверхности боковой пластины 9 головной частью болта 37.Эта уплотнительная пластина 66 предотвращает вытекание масла изнутри лопастного насоса 3 вдоль стержня болта 37.
Боковая пластина 10 снабжена на своем левом конце внешней периферийной части с зубчатой частью 10a, через которую корпус 30 лопастного насоса 3 взаимно вращается с передним гребным валом 100. При закрытии внешней периферийной части кулачкового кольца 32, боковая пластина 10 проходит до внешней периферийной части другой боковой пластины 9, тем самым образуя часть 10b корпуса, установленную на внешней периферийной части боковой пластины 9 и кулачкового кольца 32.Зазор между внутренней периферийной поверхностью части 10b корпуса и внешней периферийной частью боковой пластины 9 герметично закрыт уплотнительным кольцом 63.
На ФИГ. 1, боковая пластина 9 снабжена на правом конце ее внешней периферии выступающей в радиальном направлении наружу фланцевой частью 9a. Диски 41, 42 сцепления удерживаются фланцевой частью 9a и рабочей частью 46 сцепления и между ними, и толкаются фланцевой частью 9a во взаимодействии со стопорным кольцом, служащим в качестве рабочей части 46 сцепления.
Вращающаяся втулка 2 имеет (i) часть 2p корпуса, вставленную как проходящую над внутренними периферийными частями боковой пластины 9, ротора 31 и боковой пластины 10, и (ii) фланцевый кулачковый элемент 52, который расположен на конец части 2p кожуха, имеющий кулачковые поверхности 52a, которые будут рассмотрены позже. Часть 2p корпуса предусмотрена на промежуточной части ее внешней периферии с внешним периферийным шлицем 2a, соединенным с ротором 31 лопастного насоса 3. Часть 2p корпуса предусмотрена на правом конце ее внешней периферии с выступом. внешний периферийный шлиц 2b, с помощью которого кулачковый элемент 52 удерживается с возможностью вращения и осевого перемещения за одно целое.Подшипник 65 скольжения расположен между боковой пластиной 10 и левым концом внешней периферии поворотной втулки 2 и содержит металлический кожух для плавного относительно вращения боковой пластины 10 и поворотной втулки 2.
Передающий элемент 7 имеет кольцевую часть 7b боковой стенки, параллельную боковой пластине 9, внутреннюю цилиндрическую часть 7c, сформированную как единое целое на внутренней периферии части 7b боковой стенки, и внешнюю цилиндрическую часть 7a, сформированную как единое целое на внешней периферии боковая стенка 7b.Внутренняя цилиндрическая часть 7c обеспечена на ее внутренней периферийной поверхности с внутренним периферийным шлицем 72, соединенным с задним валом 200 гребного винта. поворотная втулка 2. Таким образом, внутренняя цилиндрическая часть 7c относительно вращается вокруг поворотной втулки 2. Наружная цилиндрическая часть 7a проходит в осевом направлении вокруг внешней периферии корпуса 30 гидравлического насоса 3.Внешний цилиндрический участок 7a снабжен на своей внутренней периферийной поверхности канавками 71 для удерживания с возможностью вращения внешних дисков 41 сцепления.
Как показано на фиг. 3, каждый из внешних дисков 41 сцепления снабжен на своей внешней периферии множеством зубчатых частей 41а с регулярными пространственными интервалами в окружном направлении. Со ссылкой на фиг. 3-5, зубчатые части 41a соответственно вставляются в проходящие в осевом направлении канавки 71, образованные на внутренней периферийной поверхности внешней цилиндрической части 7a передающего элемента 7.Соответственно, внешние диски 41 сцепления могут вращаться с возможностью перемещения в осевом направлении как одно целое с передающим элементом 7.
Внутренние диски 42 сцепления и внешние диски 41 сцепления расположены поочередно с возможностью относительно вращения. Каждый из внутренних дисков 42 сцепления снабжен на своей внутренней периферии множеством зубчатых частей 42а с регулярными пространственными интервалами в окружном направлении. Со ссылкой на фиг. 6, зубчатые части 42а вставлены в проходящие в осевом направлении канавки 11, образованные на внешней периферийной поверхности участка 10b кожуха боковой пластины 10.Внутренние диски 42 сцепления могут вращаться с возможностью осевого перемещения как единое целое с корпусом 30.
Стопорное кольцо 46 вставляется в периферийную канавку 73, образованную на внутренней периферии внешней цилиндрической части 7a передающего элемента 7, и предотвращает соскальзывание внешних дисков 41 сцепления и внутренних дисков 42 сцепления с внешней цилиндрической части 7a. . Стопорное кольцо 46, удерживаемое в периферийной канавке 73 на внешней цилиндрической части 7a передающего элемента 7, может перемещаться в осевом направлении как единое целое с передающим элементом 7.Когда передающий элемент 7 перемещается вправо на фиг. 1, стопорное кольцо 46 вместе с фланцевой частью 9a толкает диски 41, 42, так что диски 41, 42 прижимаются друг к другу.
На ФИГ. 1, зазор между внутренней периферийной частью боковой пластины 9 и внешней периферийной частью поворотной втулки 2 герметично закрыт уплотнением 61. Зазор между внутренней периферийной частью боковой пластины 10 и внешней периферийной частью поворотная втулка 2 герметично закрыта уплотнением 62.
На ФИГ. 1, кулачковый механизм 5 включает кулачковые поверхности 51a, которые будут обсуждаться позже, кулачковой части 51, сформированной как единое целое с частью 7b боковой стенки передающего элемента 7, и кулачковые поверхности 52a кулачкового элемента 52, которые будут обсуждаться позже. . Подшипник 64 скольжения, изготовленный из кольцевой металлической пластины, входит в контакт с левой торцевой поверхностью кулачкового элемента 52, которая прикреплена к кольцевой выемке, образованной на правой торцевой поверхности боковой пластины 9. Этот подшипник скольжения 64 приспособлен для плавного перемещения. поверните кулачок 52 относительно боковой пластины 9.
Ссылаясь на фиг. 8 и 9, кулачковая часть 51 предусмотрена на поверхности кольцевой выступающей ступенчатой части 53, образованной на части 7b боковой стенки с множеством пар кулачковых поверхностей 51а, имеющих плоские вогнутые поверхности, причем пары кулачковых поверхностей 51а являются сформированы через равные пространственные интервалы в окружном направлении. Кулачковые поверхности 51а каждой пары соответственно наклонены в противоположных направлениях по окружности кулачковой части 51. Как показано на фиг.7 и 10, кулачковый элемент 52 имеет множество пар кулачковых поверхностей 52a, имеющих выпуклые поверхности, которые соответственно входят в зацепление с множеством пар кулачковых поверхностей 51a. В состоянии, когда крутящий момент, передаваемый между кулачковой частью 51 и кулачковым элементом 52, является небольшим, кулачковые поверхности 51a пары входят в тесный контакт с кулачковыми поверхностями 52a соответствующей пары, и расстояние между кулачковой частью 51 и кулачковый элемент 52 очень короткий, как показано на фиг. 9. Когда передаваемый крутящий момент увеличивается и кулачковая часть 51 и кулачковый элемент 52 скручиваются в относительных направлениях вращения, чтобы вызвать смещение кулачковой части 51 и кулачковой части 51 по фазе, кулачковый элемент 52 перемещается вправо, так что расстояние между кулачковым элементом 52 и кулачковым участком 51 увеличивается, как показано на фиг.10. Таким образом, сила в направлении вращения преобразуется в силу в осевом направлении, которая затем передается через передающий элемент 7 на стопорное кольцо 46, служащее в качестве рабочей части муфты. Диски 41, 42 сцепления прижимаются друг к другу между стопорным кольцом 46 и фланцем 9a, вызывая включение многодискового сцепления 4.
Ссылаясь на фиг. 1, 11 и 12, кулачковое кольцо 32 выполнено в части его внутренней периферийной поверхности с вогнутостью, так что между внешней периферийной поверхностью ротора 31 и внутренней периферийной поверхностью кулачкового кольца 32 образуется пространство.Между вогнутостью, образованной на внутренней периферийной поверхности кулачкового кольца 32, и внешней периферийной поверхностью ротора 31 образовано множество насосных камер, удерживаемых парой боковых пластин 9, 10 и между ними. разделены на рабочие камеры A, B лопатками 34, расположенными на внешней периферийной части ротора 31 через равные пространственные интервалы в окружном направлении. Лопатки 34 размещены с возможностью радиального перемещения в пазах 35 корпуса лопаток, каждая из которых имеет заданную глубину в радиальном направлении и образована на внешней периферии ротора 31.Лопатки 34 прижимаются к внутренней поверхности кулачкового кольца 32 с помощью винтовых пружин 33 сжатия, расположенных на дне канавок 35 корпуса лопаток (винтовые пружины 33 сжатия показаны только на фиг.1 и не показаны на фиг.11. и 12). Канавки 35 корпуса лопатки открыты к обеим торцевым поверхностям ротора 31.
Как показано на фиг. 1 и 11, лопатки 34 имеют отверстия 34a, которые позволяют проходить маслу между рабочими камерами A и B, разделенными лопатками 34. Для того, чтобы нижние части канавок 35 корпуса лопастей сообщались друг с другом, предусмотрен ротор 31. на обеих его торцевых поверхностях кольцевыми канавками 31а, 31b.Кольцевые канавки 31a, 31b сообщаются с рабочими камерами A, B через масляные каналы 38a, 38b (не показаны на фиг.1), встроенные в боковую пластину 10. Масло под давлением из рабочей камеры A или B представляет более высокое давление, поэтому работает, чтобы подтолкнуть лопатки 34 к внутренней периферийной стенке кулачкового кольца 32 через один из масляных каналов 38a, 38b, тем самым увеличивая сцепление лопаток 34 с внутренней периферийной стенкой кулачкового кольца 32. Соответственно расположены в масляные каналы 38a, 38b представляют собой обратные клапаны 39a, 39b, которые позволяют только прохождению масла из камер насоса к дну канавок 35 корпуса лопастей и которые предотвращают прохождение масла в обратном направлении.Соответственно, обратный клапан, расположенный в масляном канале, соединяющем кольцевые канавки 31a, 31b с рабочей камерой A или B, имеющей более низкое давление, закрывается, чтобы предотвратить повышение давления в рабочей камере, представляющей более низкое давление.
В нижеследующем описании будет рассмотрена работа лопастного насоса 3. Кожух 30 вращается блокированно с передним гребным валом 100, в то время как ротор 31 вращается через передающий элемент 7, вращающийся во взаимно блокирующем с задним гребным валом 200 кулачковый механизм 5 и поворотная втулка 2.Например, когда задний гребной вал 200 вращается быстрее, чем передний гребной вал 100, когда передние колеса собираются заблокироваться во время нажатия на тормоза, ротор 31 вращается быстрее, чем кожух 30. Более конкретно, ротор 31 вращается по часовой стрелке относительно корпуса 30, как показано белой стрелкой на фиг. 11, и лопатки 34 продвигаются к рабочей камере A. В это время, поскольку отверстия 34a, образованные в лопатках 34, имеют небольшой диаметр, масло перемещается с сопротивлением вытеканию из рабочей камеры A в рабочую камеру B.Впоследствии в рабочей камере A создается высокое давление, которое действует как давление поршня на рабочую камеру A, окруженную лопатками 34 и кожухом 30. Когда давление поршня служит средой для передачи крутящего момента, крутящий момент передается от ротора. 31 к кожуху 30. Соответственно, тормозной момент от задних колес, которые не заблокированы, также передается на передние колеса, которые собираются заблокироваться, тем самым обеспечивая тормозное усилие по отношению к поверхности дороги.
Вышеупомянутое давление больше, чем разница в скорости вращения между ротором 31 и корпусом 30. Соответственно, на него передается крутящий момент, соответствующий разнице в скорости вращения между передним и задним гребными валами 100, 200.
РИС. 12 показано состояние, в котором кожух 30 вращается по часовой стрелке относительно ротора 31, когда передние колеса проскальзывают так, что передний гребной вал 100 вращается быстрее, чем задний гребной вал 200.В этом состоянии, поскольку лопатки 34 движутся к рабочей камере B, в рабочей камере B создается высокое давление. Благодаря создаваемому таким образом высокому давлению крутящий момент передается от переднего гребного вала 100 на задний гребной вал 200. Более в частности, крутящий момент передается от передних колес на стороне скольжения к задним колесам на стороне, не допускающей скольжения. Таким образом, крутящий момент автоматически распределяется для обеспечения силы сцепления с поверхностью дороги.
Согласно этому варианту осуществления, когда разница в скорости вращения между ротором 31 и корпусом 30, т.е.Т.е. между гребными валами 100, 200 мало, лопастной насос 3 в основном передает крутящий момент на гребные валы 100, 200 через вращающуюся втулку 2, кулачковый механизм 5 и передающий элемент 7. Когда разница в скорости вращения между гребные валы 100, 200 становятся большими, и передаваемый крутящий момент превышает заданный уровень, кулачковый механизм 5 перемещает в осевом направлении передающий элемент 7 относительно лопастного насоса 3. Стопорное кольцо 46, расположенное на передающем элементе 7 и служащее муфтой рабочая часть, заставляет внешние диски 41 сцепления и внутренние диски 42 сцепления многодискового сцепления 4 сжиматься и фрикционно сцепляться друг с другом.Это приводит к тому, что гребные валы 100, 200 надежно соединяются друг с другом (в так называемом состоянии блокировки) через кожух 30, многодисковую муфту 4 и передающий элемент 7, то есть через второй канал передачи крутящего момента. . Соответственно, крутящий момент, передаваемый на гребные валы 100, 200, может внезапно увеличиваться, как показано сплошной линией на фиг. 13, получая таким образом такие характеристики передачи крутящего момента, которые нельзя получить только с помощью устройства типа гидравлического насоса.Соответственно, устройство передачи крутящего момента можно использовать также в качестве дифференциала с ограниченным проскальзыванием.
Вышеупомянутый внезапный рост крутящего момента достигается за счет силы трения многодисковой муфты 4 без посредничества силы сцепления давления масла лопаточного насоса 3. Соответственно, резкое увеличение внутреннего давления не сопровождается, как это делалось ранее. в вязкостной муфте. Таким образом, устройство передачи крутящего момента по настоящему изобретению может преодолеть проблему ухудшения долговечности, возникающую из-за чрезмерного увеличения внутреннего давления, которое присуще вязкостной муфте.Таким образом, устройство передачи крутящего момента по настоящему изобретению может преодолеть все проблемы вязкостной муфты и устройства типа гидравлического насоса.
Кулачковый механизм 5 непосредственно перемещает передающий элемент 7, имеющий рабочую часть 46 муфты, а не косвенно через кожух 30 лопастного насоса 3. Соответственно, нагрузка, прикладываемая к кожуху 30 лопастного насоса 3, может быть снижена, так что оболочку 30 можно истончить. Это позволяет изготавливать лопастной насос 3 компактной и легкой конструкции, что позволяет изготавливать устройство передачи крутящего момента в компактной и легкой конструкции.
Кроме того, часть 7b боковой стенки передающего элемента 7 закрывает боковую сторону лопастного насоса 3, а внешняя цилиндрическая часть 7a закрывает внешнюю периферию корпуса 30 лопастного насоса 3. Соответственно, передающий элемент 7 может также использоваться как корпус устройства передачи крутящего момента. Более конкретно, поскольку передающий элемент 7 может также служить корпусом устройства передачи крутящего момента, количество составляющих элементов может быть уменьшено для снижения стоимости производства, а устройство передачи крутящего момента может быть выполнено в компактной и легкой конструкции.В частности, передающий элемент 7 отформован как единое целое с кулачковой частью 51 кулачкового механизма 5. Когда такой единственный элемент, также служащий множеством частей, изготавливается путем прессования или подобного, стоимость производства может быть дополнительно снижена.
Кроме того, внешние диски 41 сцепления и внутренние диски 42 сцепления многодискового сцепления 4 находятся в плотном контакте друг с другом, удерживаясь между фланцем 9a боковой пластины 9 и стопорным кольцом 46, прикрепленным к передающему элементу 7. .Таким образом, поскольку фланец 9a, сформированный как единое целое с боковой пластиной 9, используется в качестве элемента для толкания многодисковой муфты 4, нет необходимости размещать такой толкающий элемент в качестве независимого элемента. Это дополнительно уменьшает количество составных элементов и делает устройство передачи крутящего момента еще более компактным и легким.
Кроме того, путем изменения характеристик передачи кулачкового механизма 5 сила прижатия дисков 41, 42 многодисковой муфты 4 друг к другу может быть изменена.Таким образом, характеристики передачи крутящего момента можно регулировать, например, как показано пунктирной линией на фиг. 13.
Кроме того, многодисковая муфта 4 расположена по внешней периферии корпуса 30 лопастного насоса 3. Такая компоновка сокращает осевой размер устройства передачи крутящего момента по сравнению с компоновкой, в которой многодисковая муфта 4 и Пластинчатые насосы 3 расположены в осевом направлении.
Кроме того, часть 10b корпуса одной боковой пластины 10 покрывает внешнюю периферию кулачкового кольца 32 и часть внешней периферии другой боковой пластины 9, а также зазор между внутренней периферией части 10b корпуса и внешней периферией. периферия боковой пластины 9 герметично закрыта уплотнительным кольцом 63.Обычно требовалось герметизировать две части, то есть зазор между боковой пластиной 9 и кулачковым кольцом 32 и зазор между боковой пластиной 10 и кулачковым кольцом 32. Однако в этом варианте осуществления герметичное уплотнение между кулачковое кольцо 32 и боковые пластины 9, 10 могут быть выполнены как единое целое. Это уменьшает количество составляющих элементов, что снижает стоимость производства. Кроме того, участки, требующие точной обработки поверхности для обеспечения хорошего уплотнения, ограничены небольшими участками.Это еще больше снижает стоимость производства.
Ссылаясь на фиг. 14-16 в нижеследующем описании будет рассмотрено устройство передачи крутящего момента полноприводного транспортного средства согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Основные различия между этим вариантом осуществления и вариантом осуществления, показанным на фиг. 1 находятся в следующих пунктах с i) по v). Следует отметить, что аналогичные части на фиг. 14 обозначены аналогичными ссылочными позициями, используемыми на фиг. 1. Ссылочные позиции 102 и 102a обозначают вторые варианты осуществления поворотной втулки 2 и внешней периферийной шлицы 2a соответственно.
i) В варианте осуществления, показанном на фиг. 1 кулачковая часть 51, имеющая кулачковые поверхности, сформирована как одно целое с частью 107b боковой стенки передающего элемента 107. В варианте осуществления, показанном на фиг. 14, кольцевой кулачковый элемент 51 выполнен отдельно от остальной части части 107b боковой стенки. В такой конструкции только кулачковый элемент 51, приспособленный для восприятия большой контактной нагрузки и, следовательно, требующий высокой прочности, может быть изготовлен из железа, а другие части передающего элемента 107 могут быть выполнены из алюминия.Таким образом, передающий элемент 107 может быть облегчен. Внутренняя периферия кулачкового элемента 51 имеет шлицы с возможностью вращения как единое целое с внешней периферией внутренней цилиндрической части 107c передающего элемента 107, а внешняя периферия кулачкового элемента 51 заодно с возможностью вращения зацеплена с внутренней периферией участка боковой стенки. 107b. Стопорное кольцо 55, прикрепленное к периферийной канавке, сформированной на внешней периферийной поверхности кулачкового элемента 51, входит в контакт с правой торцевой поверхностью участка 107b боковой стенки.Соответственно, когда кулачковый элемент 51 перемещается влево (в направлении, в котором задействовано многодисковое сцепление 4), кулачковый элемент 51 может перемещаться как одно целое с передающим элементом 107.
ii) В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, канавки 11, в которые вставляются зубчатые части 42а на внутренней периферии внутренних дисков 42 сцепления, образованы на внешней периферии участка 10b кожуха одной боковой пластины 10. В варианте осуществления, показанном на фиг. 14, канавки 11a проходят над боковой пластиной 9, кулачковым кольцом 32 и боковой пластиной 10 и образованы на них.
iii) Имеется кольцевая тарельчатая пружина 44 для смещения передающего элемента 107, имеющего рабочую часть 46 сцепления, в таком направлении, чтобы разъединять многодисковое сцепление 4. Таким образом, зацепление многодискового сцепления 41 может быть надежно отключено. Тарельчатая пружина 44 расположена между стопорным кольцом 45, прикрепленным к внутренней периферийной канавке во внешней цилиндрической части 107a передающего элемента 107, и кольцевой фланцевой частью 9b фланца 9a боковой пластины 9.
iv) В варианте осуществления, показанном на фиг. 1 рабочая часть муфты образована стопорным кольцом. В варианте, показанном на фиг. 14, рабочая часть муфты образована кольцевым толкающим элементом 46. Кольцевой толкающий элемент 46, служащий рабочей частью муфты, прикреплен к внешней цилиндрической части 107a передающего элемента 107 стопорным кольцом 47. Как показано на фиг. 15 и 16, множество выступающих в радиальном направлении наружу выступов 46a сформировано на внешней периферии кольцевого толкающего элемента 46 с регулярными пространственными интервалами в окружном направлении.Выступы 46a вставляются в канавки 74, образованные во внешней цилиндрической части 107a, каждая из канавок 74 проходит в осевом направлении на заданную длину от правого конца внешнего цилиндрического участка 107a. Таким образом, кольцевой толкающий элемент 46 выполнен с возможностью вращения за одно целое с передающим элементом 107. Стопорное кольцо 47, прикрепленное к внутренней периферийной канавке 75 внешней цилиндрической части 107a, предотвращает отрыв кольцевого толкающего элемента 46 от внешней цилиндрической части. 107а.
v) Уплотнения 67, 68 расположены соответственно между кулачковым кольцом 32 и боковыми пластинами 9, 10.
Ссылаясь на фиг. 17 и 18 в нижеследующем описании будет рассмотрено устройство передачи крутящего момента полноприводного транспортного средства согласно дополнительному варианту осуществления настоящего изобретения.
Устройство передачи крутящего момента имеет корпус 1, включающий в себя первую часть 21 корпуса, образующую внешнюю периферийную часть устройства, и вторую и третью части 22, 23 корпуса, соответственно, образующие боковые стороны устройства.Первая часть 21 корпуса и вторая часть 22 корпуса прикреплены друг к другу болтом 1а, а первая часть 21 корпуса и третья часть 23 корпуса прикреплены друг к другу болтом 1b. Первая часть 21 корпуса имеет зубчатую часть 21а для соединения первой части 21 корпуса с передним гребным валом (не показан). Часть третьей части 23 корпуса также служит боковой пластиной корпуса 30 лопастного насоса 3. Боковая пластина 9 лопастного насоса 3, кулачковое кольцо 32 и третья часть 23 корпуса соединены с возможностью вращения за одно целое. другой болтом 37.Подшипник 65 скольжения прикреплен к внутренней периферии третьей части 23 корпуса. Соответственно, третья часть 23 корпуса и поворотная втулка 202 могут плавно вращаться относительно друг друга.
Внутренняя цилиндрическая часть 207c передающего элемента 207 проходит в направлении, противоположном направлению, в котором проходит внешняя цилиндрическая часть 207a. Внутренняя цилиндрическая часть 207c снабжена на своей внутренней периферийной поверхности внутренним периферийным шлицем 72 для соединения с задним гребным валом (не показан).Внешняя периферийная часть внутренней цилиндрической части 207c передающего элемента 7 поддерживается с возможностью относительно вращения и осевого перемещения посредством внутренней периферийной части второй части 22 корпуса. Вторая часть 22 корпуса имеет на своей внутренней периферийной части плоскость. подшипник 69. Соответственно, вторая часть 22 корпуса и передающий элемент 207 могут относительно вращаться и относительно плавно перемещаться в осевом направлении.
Кулачковый механизм 5 содержит кулачковую часть 51, выполненную как единое целое на правой торцевой поверхности части 207b боковой стенки передающего элемента 207, и кулачковую часть 52, сформированную как единое целое на левой торцевой поверхности проходящей в радиальном направлении части 207c фланца, образованной левый конец поворотной втулки 202.Правая торцевая поверхность фланцевой части 202c поворотной втулки 202 может плавно вращаться относительно корпуса 30 под действием подшипника 64 скольжения, выполненного из кольцевой металлической пластины, прикрепленной к левой торцевой поверхности боковой пластины 9. Поскольку каждый из подшипников 64, 65, 69 скольжения расположен между элементами, которые с возможностью вращения относительно друг друга входят в контакт, сопротивление трения между упомянутыми выше элементами может быть уменьшено. Соответственно, крутящий момент, передаваемый на оба гребных вала, может быть значительно уменьшен, особенно в области, представляющей небольшую разницу в скорости вращения, где соединение между обоими гребными валами должно быть максимально ослаблено (эквивалентно состоянию, когда транспортное средство движется со скоростью низкая скорость).Это надежно предотвращает явление так называемого торможения на крутом повороте.
Многодисковое сцепление 4 содержит множество кольцевых внешних дисков 41 сцепления, нарезанных шлицами на внутреннюю периферийную часть первой части 21 корпуса, и множество кольцевых внутренних дисков 42 сцепления, имеющих шлицевые канавки 71, сформированные во внешней периферийной части внешнего корпуса. цилиндрическая часть 207a передающего элемента 207, при этом диски 41, 42 расположены поочередно. Диски 41, 42 прижимаются друг к другу, удерживаясь между правым концом второй части 22 корпуса и кольцевым толкающим элементом 46, который служит в качестве рабочей части муфты и движение вправо которого останавливается тупиковой частью. 207d, сформированный на правом конце внешней цилиндрической части 207a передающего элемента 207.Передающий элемент 207 и первая часть 21 корпуса удерживают диски 41, 42 многодисковой муфты 4 и должны иметь высокую прочность. Однако не требуется, чтобы вторая и третья части 22, 23 корпуса имели такую высокую прочность. Соответственно, вторая и третья части 22, 23 корпуса, например, могут быть изготовлены из экономичного материала, такого как литой металл, алюминий или тому подобное. Вторая и третья части 22, 23 корпуса, которые надежно снабжены заданной прочностью, могут включать в себя тонкие части и ребра, что позволяет изготавливать все устройство в легкой конструкции с более низкими производственными затратами.
Как показано на фиг. 18, внешняя периферийная поверхность внешней цилиндрической части 207a передающего элемента 207 выполнена шлифованием заготовки, имеющей плоскую цилиндрическую поверхность, с образованием шлицевых канавок 71, при этом тупиковый участок 207d остается на правом конце заготовки. Если такая заготовка имеет радиально выступающую наружу часть, такую как фланец или тому подобное, существует вероятность того, что фланец задевает шлифовальный инструмент, что затрудняет операцию шлифования.Однако, когда заготовка не имеет фланца, как и в настоящем варианте осуществления, шлицевые канавки 71 могут быть легко сформированы.
Между правой торцевой поверхностью второй части 22 корпуса и правой торцевой поверхностью части 207b боковой стенки передающего элемента 207 расположена кольцевая тарельчатая пружина 44 для смещения передающего элемента 207, имеющего рабочую часть 46 сцепления в такое направление, чтобы выключить многодисковое сцепление 4.
Как показано на фиг.19, кулачковый механизм 5 с шариками может использоваться в качестве кулачкового механизма. В кулачковом механизме 5 шарики 56 размещены во множестве полусферических вогнутых участков, образованных на правой торцевой поверхности участка 307b боковой стенки передающего элемента 307, при этом вогнутые участки сформированы с регулярными пространственными интервалами по окружности. направление. Кулачковая часть 52, сформированная на левой торцевой поверхности фланцевой части 302c поворотной втулки 302, входит в контакт с шариками 56.
Ссылаясь на фиг.20 в нижеследующем описании будет рассмотрено устройство передачи крутящего момента полноприводного транспортного средства в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Устройство передачи крутящего момента на фиг. 20 в основном отличается от варианта осуществления, показанного на фиг. 17 тем, что в качестве механизма для перемещения передающего элемента 407, имеющего рабочую часть 46 сцепления, используется гидравлический поршневой механизм вместо кулачкового механизма 5, показанного на фиг. 17.
Поворотная втулка 402 расположена с возможностью перемещения в осевом направлении относительно корпуса 30.Поворотная втулка 402 снабжена на ее левом конце толкающим элементом 93, содержащим проходящий в радиальном направлении наружу кольцевой фланец для толкания правой торцевой поверхности участка 407b боковой стенки передающего элемента 407, так что многодисковая муфта 4 входит в зацепление. Внутренняя периферийная поверхность вращающейся втулки 402 содержит внутреннюю периферийную часть 402b меньшего диаметра и внутреннюю периферийную часть 402k большего диаметра, сформированные слева по отношению к внутренней периферийной части 402b меньшего диаметра и нарезанные на задний вал гребного винта. .Наружная периферийная поверхность вращающейся втулки 402 содержит правую внешнюю периферийную часть 402e, промежуточную периферийную часть 402f и левую внешнюю периферийную часть 402g. Части 402e, 402f, 402g последовательно увеличивают диаметр в этом порядке. Между промежуточной периферийной частью 402f и левой периферийной частью 402g расположена часть 92 приема давления, содержащая проходящую в радиальном направлении кольцевую поверхность для приема давления нагнетания от лопастного насоса 3.
Правая внешняя периферийная часть 402e вращающейся втулки 402 поддерживается с возможностью вращения и осевого перемещения с возможностью относительно вращения и осевого перемещения посредством внутренней периферийной ступенчатой части 23e, образованной на внутренней периферии третьей части 23 корпуса. Зазор между правой внешней периферийной частью 402e вращающейся втулки 402 и внутренняя периферия третьей части 23 корпуса герметично закрыта уплотнением 61 высокого давления. Правая внешняя периферийная часть 402e имеет внешнюю периферийную шлицевую часть 402h, нарезанную на внутреннюю периферийную часть ротор 31.
Внутренняя периферийная часть боковой пластины 9 имеет часть меньшего диаметра, установленную с возможностью вращения относительно промежуточной внешней периферийной части 402f вращающейся муфты 402, и часть большего диаметра, установленную с возможностью вращения относительно левой внешней периферийной части 402g. вращающейся втулки 402. Зазор между частью большего диаметра боковой пластины 9 и левой внешней периферийной частью 402g поворотной втулки 402 герметично закрыт уплотнением 62.
Кольцевая вогнутая часть 31b, сформированная на левой торцевой поверхности ротора 31, сообщается через масляное направляющее отверстие 90, проходящее в осевом направлении через боковую пластину 9, с масляной камерой 91, образованной между боковой пластиной 9 и вращающейся втулкой 402. Гидравлический поршневой механизм включает в себя масляную камеру 91, часть 92 приема давления и толкающий элемент 93 поворотной втулки 402. Часть 92 приема давления поворотной втулки 402 образует часть внутренней поверхности масляной камеры 91.Когда принимающий давление элемент 92 получает давление нагнетания от лопастного насоса 3 (давление масла, выпускаемое из рабочей камеры A или B, представляет более высокое давление), на вращающуюся втулку 402 действует осевая сила, соответствующая величине давления нагнетания. Осевая сила толкает передающий элемент 407 влево (в таком направлении, чтобы задействовать многодисковую муфту 4) через вращающуюся втулку 402. Осевая сила пропорциональна величине давления нагнетания из лопастного насоса 3, т.е.е. величина крутящего момента, передаваемого лопастным насосом 3. Соответственно, когда крутящий момент, передаваемый лопастным насосом 3, превышает заданный уровень, многодисковая муфта 4 включается для надежного соединения обоих гребных валов друг с другом. Кольцевая скользящая пластина 49a и подшипник скольжения 49b, изготовленный из кольцевой пластины, расположены между тарельчатой пружиной 44 для расцепления многодисковой муфты 4 и левой торцевой поверхностью участка 407b боковой стенки передающего элемента 407. Поскольку скользящая пластина 49a и подшипник скольжения 49b плавно скользят, сила трения, создаваемая относительным вращением передающего элемента 407 относительно второй части 22 корпуса, может быть минимизирована.
Согласно вышеупомянутому варианту осуществления сама поворотная втулка 402, имеющая элемент 92 приема давления, перемещается в осевом направлении под действием давления нагнетания от лопастного насоса 3 для зацепления многодисковой муфты 4. Более конкретно, поворотная втулка 402 также служит в качестве поршень для толкания передающего элемента 407, что позволяет значительно уменьшить размеры устройства передачи крутящего момента по сравнению с устройством, в котором такой поршень расположен отдельно. Когда расположен механический кулачковый механизм 5, требуются кулачковые элементы и т.п. для увеличения количества составляющих элементов.К сожалению, это увеличивает стоимость производства и может вызвать проблемы с долговечностью, такие как износ кулачковых поверхностей из-за трения и т.п. Вышеупомянутые проблемы могут быть преодолены при компоновке гидравлического поршневого типа, как в этом варианте осуществления.
Настоящее изобретение не должно ограничиваться вышеупомянутыми вариантами осуществления, но устройство передачи крутящего момента полноприводного транспортного средства настоящего изобретения можно использовать для передачи крутящего момента на левый ведущий вал переднего колеса и правый ведущий вал. -приводной вал переднего колеса или для передачи крутящего момента на левый приводной вал заднего колеса и правый приводной вал заднего колеса.
В настоящее изобретение могут быть внесены модификации и изменения без отступления от его сущности.
Взгляд на технологию ремней, цепей и зубчатых передач
Джек Уорнер
Потребность в производстве большего количества энергии возрастает с ростом нашей потребности в коммерческих, промышленных и жилых помещениях. Только в Северной Америке (включая США, Канаду и Мексику) рынок передачи электроэнергии оценивается в колоссальные 70 долларов.4 миллиарда, согласно недавнему отчету.
На любом промышленном предприятии турбины и двигатели используются для создания вращательного механического движения для выполнения различных задач. Рынок промышленной передачи энергии работает с базовыми продуктами с открытым приводом, такими как ременные передачи, цепные передачи, зубчатые передачи, и каждая из них имеет свой набор преимуществ и недостатков. В этом посте мы рассмотрим плюсы и минусы этих компонентов технологии передачи энергии.
- Ременная техника
Одно из самых распространенных устройств, ременные передачи, используются для передачи движения от одного вала к другому с помощью тонкой нерастяжимой ленты, проходящей через два шкива.По сути, это петля из гибкого материала, которая механически связывает вращающиеся валы.
На рынке доступны различные типы ременных приводов, такие как плоский ремень, клиновой ремень, канатный привод и зубчатый ремень. Важно выбрать правильный тип ременной передачи в зависимости от:
- Передаваемая мощность
- Направление движения ремня
- Скорость вала и соотношение скоростей
- Условия эксплуатации
- Расстояние между валами и доступное пространство
Независимо от типа используемого ременного привода, эта технология обеспечивает плавную и эффективную передачу мощности между валами, даже если они находятся на значительном расстоянии.Эта технология используется, когда вам нужно передать вращательное движение между двумя параллельными валами. Это самый дешевый способ передачи энергии.
Преимущества ременной передачи включают:
- Ременные приводы экономичны. Эффективность нового ременного привода может достигать 95-98 процентов
- Они просты в использовании
- Ременные передачи не требуют параллельного вала
- Низкие эксплуатационные расходы
- Поставляются с защитой от перегрузки и заклинивания
- Различные скорости могут быть получены с помощью ступенчатых или конических шкивов
- Когда расстояние между валами очень велико, ременные передачи являются наиболее экономичным вариантом
- Глушитель шума и вибрации
- Колебания нагрузки амортизируются, что увеличивает срок службы оборудования
- Действие сцепления можно активировать, ослабив натяжение ремня
Однако ленточная технология также имеет определенные недостатки .Это:
- Ременные передачи не компактные
- Ограниченная скорость около 35 метров в секунду
- По сравнению с другими режимами передачи энергии, они имеют короткий срок службы
- Обычно его рабочие температуры ограничиваются от –35 до 85 ° C
- Угловая скорость ременных передач непостоянна. Это приводит к растяжению, скольжению и износу ремня .
- Имеет ограниченную передачу мощности до 370 кВт, что увеличивает тепловыделение
- Ременные передачи обычно создают большую нагрузку на валы и подшипники
- Для компенсации износа и растяжения им дополнительно требуется натяжной шкив или некоторая регулировка межосевого расстояния
- Соотношение скоростей меняется из-за проскальзывания ремня
- Цепная техника
Как следует из названия, цепные приводы имеют бесконечный ряд звеньев цепи с сеткой из зубчатых звездочек.В отличие от ременных передач, в цепной технике отсутствует проскальзывание. Однако они в основном подходят для небольших межосевых расстояний, обычно до 3 метров. В некоторых особых случаях цепные приводы могут преодолевать расстояние до 8 метров.
Эта технология используется для выполнения трех основных функций. Это:
Мощность передачи: Они могут передавать мощность (скорость и крутящий момент) от одного компонента к другому с помощью связанной цепи и звездочек. Цепные приводы могут передавать большой крутящий момент даже в компактном пространстве.
Транспортировка материалов: Они могут перемещать, переносить, сдвигать, толкать и тянуть различные материалы, прикрепляя к цепям ведра, рамы, карманы или сетки. Они часто используются для поворота роликов для перемещения конвейерной ленты.
Цели хронирования: Многие отрасли используют их для синхронизации или движения во времени.
Как и любой другой тип систем механической трансмиссии, цепные приводы также имеют ряд преимуществ и недостатков. К преимуществам относятся:
- Положительные приводы без проскальзывания или проскальзывания
- В отличие от ременных передач угловая скорость в цепных передачах остается постоянной
- Передаточное число до 8: 1
- Обеспечивает высокое передаточное число от 8 до 10 за один шаг
- Высокоэффективный цепной привод дает преимущество большей мощности по сравнению с ремнями
- Может использоваться как для малых, так и для больших межцентровых расстояний
- Цепные приводы имеют низкую стоимость обслуживания
- Они обеспечивают высокий КПД передачи до 98 процентов
- Могут работать даже во влажных условиях
- Более компактный и простой в установке по сравнению с ременным приводом
- Цепные приводы не изнашиваются под воздействием солнечного света, масла, смазки или возраста
- Более низкая нагрузка на вал, чем ременные передачи
Недостатки цепных передач
- Начальная стоимость установки выше ремня
- Стоимость производства также относительно выше
- Цепные приводы требуют регулярной смазки
- Ведущий и ведомый валы должны быть точно выровнены и параллельны
- Они могут иметь колебания скорости при чрезмерном растяжении
- Не подходит для применений, где необходимо проскальзывание привода
- Цепные приводы издают шум и могут вызывать вибрацию
- Имеют меньшую грузоподъемность и срок службы по сравнению с зубчатыми передачами
- Зубчатая передача
В мире механической передачи энергии зубчатые передачи занимают особое и видное место.Это наиболее предпочтительная технология, когда вам нужно передать значительную мощность на короткое расстояние с постоянным соотношением скоростей. Механизм зубчатых передач довольно прост — зубья, которые нарезаны на заготовках шестерни, входят в зацепление друг с другом для передачи мощности. Во избежание скольжения выступы на одном диске зацепляются с выемками на другом диске в зубчатых передачах.
В этой технологии используются разные типы шестерен для передачи энергии. Фактически, он может передавать мощность не только между параллельными валами, но также между непараллельными, копланарными, пересекающимися и т. Д.валы.
Ниже приведены преимущества зубчатых передач:
- Приводы положительные и нескользящие
- Большое и постоянное передаточное число 60: 1 может быть получено при использовании зубчатых передач с минимальным пространством
- Зубчатые передачи обладают механической прочностью, что позволяет поднимать большие грузы с помощью тележки
- Более длительный срок службы по сравнению с ременным и цепным приводом
- Они могут передавать большую мощность
- Зубчатые передачи имеют высокий КПД передачи
- Они могут передавать движение на малое межосевое расстояние валов
- Эти приводы идеально подходят для передачи малой, средней и высокой мощности
- Шестерни могут передавать движение даже между непараллельными пересекающимися валами
- Это самые компактные по сравнению с ременной и цепной передачей
К сожалению, зубчатые передачи тоже имеют определенные недостатки :
- Зубчатые передачи нельзя использовать для валов с большим межосевым расстоянием
- Они не идеальны для больших скоростей
- Эти приводы требуют регулярной смазки и более сложного процесса ее нанесения
- Повышение шума и вибрации на высокой скорости
- Они менее экономичны по сравнению с ременными и цепными передачами
- Использование нескольких передач увеличивает общий вес машины
- У них нет гибкости
- Не подходит для передачи движения на большое расстояние
- Зубчатое колесо шестерни может привести к необратимому повреждению какой-либо части машины.Это чаще встречается в случае чрезмерной нагрузки
Заключение
Энергия необходима для привода машин и оборудования различного назначения. В разных отраслях промышленности используются разные продукты для передачи энергии, а иногда и их комбинация, чтобы удовлетворить свои потребности. Поэтому, если кто-то спросит, какая технология передачи мощности является лучшей, будет несложно выбрать один из них, поскольку у этих приводов есть свои преимущества и недостатки.Таким образом, единственным определяющим фактором должна быть задача, которую необходимо решить с помощью технологии передачи энергии. И, конечно, бюджет тоже.
Об авторе: Джек Уорнер — технический энтузиаст, который любит быть в курсе последних норм в мире технологий. Он пишет для Power Jack Motion, компании, которая производит и поставляет компоненты управления движением.
.