Карданная передача с шарниром равных угловых скоростей
Синхронные карданные передачи
Карданные передачи с шарнирами
равных угловых скоростей
Передние ведущие колеса полноприводных и переднеприводных автомобилей являются одновременно и управляемыми, т. е. должны поворачиваться, что требует применения между колесом и полуосью шарнирного соединения.
Карданные шарниры неравных угловых скоростей передают вращение циклически и приемлемо работают лишь при небольших значениях углов между валами, поэтому не могут удовлетворять требованиям равномерности передаваемого вращательного движения. В приводе ведущих управляемых колес крутящий момент должен передаваться с равномерной скоростью к колесам, поворачивающимся относительно продольной оси автомобиля на угол 40…45˚.
Выполнение таких условий могут обеспечить карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей (ШРУС). Иногда их называют синхронными карданными передачами.
В переднеприводном автомобиле обычно используются два внутренних шарнира равных угловых скоростей, кинематически связанные с коробкой передач, и два внешних шарнира, которые крепятся к колесам. В обиходе такие шарниры обычно называют «гранатами».
До середины прошлого века в конструкциях автомобилей часто встречались спаренные карданные шарниры неравных угловых скоростей. Такая конструкция получила название сдвоенного карданного шарнира. Сдвоенный шарнир отличался громозкостью и усиленным износом игольчатых подшипников, поскольку при прямолинейном движении автомобиля иглы подшипников не проворачивались и линии их контакта с обоймой и крестовиной подвергались воздействию значительных контактных напряжений, что приводило к износу и даже сплющиванию игл.
В настоящее время такие подшипники в конструкциях автомобилей встречаются редко.
Равенство угловых скоростей ведущего и ведомого валов будет соблюдено только в том случае, если точки контакта в шарнире, через которые пересекаются окружные силы, будут находиться в биссекторной плоскости, делящей угол между валами пополам.
***
Шариковые шарниры равных угловых скоростей
Наибольшее применение получили шариковые карданные шарниры равных угловых скоростей. Среди них наиболее часто в конструкциях отечественных автомобилей можно встретить шарниры с делительными канавками типа «Вейс».
Эту конструкцию в 1923 году запатентовал немецкий изобретатель Карл Вейс. Шарниры Вейса широко применяются в разборном и неразборном вариантах на отечественных автомобилях марок «УАЗ», «ГАЗ», «ЗиЛ», «МАЗ» и некоторых других. Шарнирные сочленения типа «Вейс» технологичны и дешевы в производстве, позволяют получать угол между валами до 32°, однако срок их службы ограничен 30…40 тыс. км пробега из-за высоких контактных напряжений, возникающих при работе.
Разборный шарнир (рис. 1) устроен следующим образом. Валы 1 выполнены заодно с кулаками 2 и 5, в которых вырезаны четыре канавки 3.
В собранном виде кулаки располагаются в перпендикулярных плоскостях, а между ними в канавки 3 устанавливаются четыре шарика 7.
Для центрирования кулаков в отверстие, выполненное в одном из них, устанавливается штифт 6 с центрирующим шариком 4. От осевого перемещения штифт фиксируется другим штифтом 6, расположенным радиально.
Средние линии канавок 3 нарезаны так, что шарики 7, передающие усилия, располагаются в биссекторной (биссекториальной) плоскости между валами. В передаче усилия участвуют только два шарика, что создает высокие контактные напряжения и сокращает срок службы шарнира. Два других шарика передают крутящий момент при движении автомобиля задним ходом.
В других конструкциях контактные напряжения уменьшаются путем увеличения числа шариков, одновременно участвующих в работе, что неизбежно приводит к усложнению шарниров.
Детали шарикового шарнира «Рцеппа» (рис. 1, б) располагаются в чашке 8, которая во внутренней части имеет шесть сферических канавок для установки шести шариков 7.
Такие же канавки имеет и сферический кулак 10, в шлицевое отверстие которого входит ведущий вал карданной передачи. Шарики в одной биссекторной плоскости устанавливаются делительным устройством, состоящим из сепаратора 9, направляющей чашки 11 и делительного рычажка 12.
Рычажок имеет три сферические поверхности: концевые входят в гнезда ведущего и ведомого валов, а средняя – в отверстие направляющей чашки
Шарнир типа «Рцеппа» технологически сложен, однако он компактнее шарнира с делительными канавками, и может работать при углах между валами до 40°.
Поскольку усилие в этом шарнире передается всеми шестью шариками, он обеспечивает передачу большого крутящего момента при малых размерах.
Долговечность шарнира «Рцеппа» достигает 100–200 тыс. км.
Еще один шариковый карданный шарнир типа «Бирфильд» представлен на рисунке 1, в
. Он состоит из чашки 8, сферического кулака 10 и шести шариков 7, размещенных в сепараторе 9. Сферический кулак 10 надевается на шлицованную часть ведущего вала 16 и стопорится кольцом 14. От попадания грязи во внутреннюю полость шарнир защищен защитным резиновым чехлом 15.Все сферические поверхности деталей шарнира выполнены по разным радиусам, а канавки имеют переменную глубину. Благодаря этому при наклоне одного из валов шарики выталкиваются из среднего положения и устанавливаются в биссекторной плоскости, что обеспечивает синхронное вращение валов.
Шарниры типа «Бирфильд» имеют высокий КПД, долговечны, и могут работать при углах до 45˚.
Поэтому они широко применяются в приводе управляемых колес многих переднеприводных легковых автомобилей в качестве наружного шарнира, или, как его еще называют — наружной «гранаты».
При использовании шарнира типа «Бирфильд» на внутреннем конце карданной передачи необходимо устанавливать шарнир равных угловых скоростей, способный компенсировать изменение длины карданного вала при деформации упругого элемента подвески.
Такие функции совмещает в себе универсальный шестишариковый карданный шарнир типа «ГКН» (GKN).
Осевое перемещение в шарнирах типа GKN обеспечивается перемещением шариков по продольным канавкам корпуса, при этом, требуемая величина перемещения определяет длину рабочей поверхности, что влияет на размеры шарнира.
При осевых перемещениях шарики не перекатываются, а скользят в канавках, что снижает КПД шарнира.
В конструкциях современных легковых автомобилей иногда встречаются карданные шарниры типа «Лебро» (Loebro), которые, как и шарниры GKN обычно устанавливаются на внутреннем конце карданной передачи, поскольку способны компенсировать изменение длины карданного вала.
Шарниры «Лебро» отличаются от шарниров GKN тем, что канавки в чашке и кулаке нарезаны под углом 15-16° к образующей цилиндра, а геометрия сепаратора правильная — без конусов и с параллельными наружной и внутренней сторонами.
Такой шарнир имеет меньшие габариты, чем другие шестишариковые шарниры, кроме того, сепаратор его менее нагружен, поскольку не выполняет функции перемещения шариков в кулаках.
Принципиальное устройство этих шариковых шарниров представлено на
Привод передних колес автомобиля ВАЗ-2110
Привод передних колес автомобиля ВАЗ-2110 (рис.
3) состоит из вала 3 и двух карданных шарниров 1 и 4 равных угловых скоростей. Вал 3 привода правого колеса выполнен из трубы, а левого колеса – из прутка. Кроме того, валы имеют разную длину. На вал надевается защитный чехол 6, а затем шарнир в собранном виде со смазочным материалом фиксируется от осевого перемещения стопорным кольцом 5. Защитные чехлы крепятся хомутами 2.
Внутренний шарнир (внутренняя «граната) 1, который вязан с дифференциалом, является универсальным, т. е. кроме обеспечения равномерного вращения валов под изменяющимся углом он позволяет увеличивать общую длину привода, что необходимо для перемещения передней подвески и силового агрегата. Происходит это потому, что внутренняя поверхность корпуса шарнира 1 имеет цилиндрическую форму, и канавки в ней нарезаны продольно, это позволяет внутренним деталям шарнира перемещаться по продольным канавкам в осевом направлении.
***
Кулачковые шарниры равных угловых скоростей
На автомобилях средней и большой грузоподъемности марок «КамАЗ», «Урал», «КрАЗ» карданные передачи в приводе передних колес работают под большим крутящим моментом.
Шариковые шарниры не могут передавать больших крутящих моментов из-за возникновения значительных контактных напряжений и ограничения по удельному давлению шариков на канавки. Поэтому в них применяют кулачковые карданные шарниры (рис. 1, г). Аналогичные шарниры иногда устанавливают на переднеприводные автомобили марки «УАЗ».
Кулачковый карданный шарнир равных угловых скоростей (рис. 1, г) состоит из двух вилок 18 и 20, которые вставлены в кулаки
Оси пазов вилок лежат в одной плоскости, которая проходит через среднюю плоскость диска. Эти оси расположены на равных расстояниях от точки пересечения осей валов и всегда перпендикулярны осям валов, поэтому точка их пересечения всегда располагается в биссекторной плоскости.
Такой карданный шарнир требует повышенного внимания к смазыванию, так как для его деталей характерно трение скольжения, вызывающее значительный нагрев и изнашивание трущихся поверхностей. Трение скольжения между контактирующими поверхностями приводит к тому, что кулачковый шарнир имеет самый низкий КПД из всех шарниров равных угловых скоростей. Однако он способен передавать значительный крутящий момент.
Еще один тип кулачкового шарнира равных угловых скоростей — шарнир «Тракта» (на рисунке), состоящий из четырех штампованных деталей: двух втулок и двух фасонных кулаков, трущиеся поверхности которых подвергаются шлифованию.
Если разделить по оси симметрии кулачковый карданный шарнир, то каждая часть будет представлять собой карданный шарнир неравных угловых скоростей с фиксированными осями качания. В такой конструкции тоже возникают значительные силы трения скольжения, снижающие КПД шарнира.
***
Трехшиповые шарниры равных угловых скоростей
В трехшиповом шарнире (на рисунке) крутящий момент от ведущего вала передают три сферических ролика, которые установлены на радиальных шипах, жестко связанных с корпусом шарнира ведомого вала.
Шипы относительно друг друга располагаются под углом 120˚. Сферические ролики чаще всего устанавливаются на шипы посредством игольчатых подшипников.
Ведущий вал имеет трехвальцевую вилку, в цилиндрические пазы которой входят ролики. При передаче крутящего момента между несоосными валами ролики перекатываются со скольжением вдоль пазов и одновременно скользят в радиальном направлении относительно шипов. Предельный угол между осями валов до 40˚.
Особенностью трехшипового шарнира является то, что в отличие от шариковых шарниров передача момента от ведущих элементов на ведомые происходит не в биссекторной плоскости, а в плоскости, проходящей через оси шипов. Равенство частот вращения ведущего и ведомого валов обеспечивается при любом взаиморасположении их осей.
***
Мосты автомобилей
Главная страница
Дистанционное образование
Специальности
Учебные дисциплины
Олимпиады и тесты
виды шарниров, их принцип работы, неисправности
Шарнир равных угловых скоростей (сокращенно ШРУС или «граната» – это одно и то же) – такое название одного из элементов трансмиссии автомобиля часто можно услышать на автосервисных предприятиях и в мастерских, но далеко не все автомобилисты представляют себе, что это такое и какие последствия может вызвать неисправность этого узла.
Существует несколько видов шарниров равных угловых скоростей, отличающихся друг от друга не только конструкцией, но и местами их использования.
В рамках данной статьи мы рассмотрим следующие вопросы:
- Для чего в автомобиле нужен ШРУС и где он находится?
- Виды шарниров равных угловых скоростей, как они устроены и работают?
- Как проверить ШРУС на исправность, и каковы внешние проявления неисправности этого узла и последствия его выхода из строя?
Что такое ШРУС и зачем он нужен в автомобиле
Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) – это механизм, обеспечивающий равномерную передачу крутящего момента к ведущим колесам при их повороте на угол до 70° относительно оси. Используются такие шарниры на автомобилях с независимой подвеской в конструкции привода управляемых колёс.
Задача передачи крутящего момента от двигателя к колёсам оказалась в техническом плане не такой уж простой и потребовала от автоконструкторов создания трансмиссии.
При этом колеса «живут» в машине своей жизнью и крепятся к кузову независимо по отношению к коробке передач.
Для заднеприводных автомобилей вопрос решился использованием в конструкции кардана. А вот для переднеприводных автомобилей потребовались иные устройства, обеспечивающие передачу вращательного движения к «подпрыгивающим» относительно кузова колесам.
Дело в том, что обычный кардан с крестовиной, при вращении с постоянной угловой скоростью ведущего вала, не в состоянии обеспечить постоянную угловую скорость расположенного под углом вала ведомого. А дополнительные рывки и торможения при передаче крутящего момента от двигателя к колёсам автомобиля абсолютно неуместны.
Технические приёмы, обеспечивающие компенсацию такой неравномерности угловых скоростей, оказались эффективными до углов между осями ведущего и ведомого колес не более 20⁰.
В то же время для переднеприводных автомобилей требовалось обеспечить передачу крутящего момента без «искажений» при углах поворота колёс до 70⁰, причём такая передача должна была быть ещё и очень надежной, ведь узел подвергается высоким нагрузкам.
Теоретическое решение – ШРУС, было найдено давно: устройство запатентовано еще в 20-х годах прошлого века инженером А.Рцеппой (шарнир Рцеппа), а для его практической реализации потребовалось почти 40 лет (Япония, 1963 г.).
Конструктивно один из распространённых вариантов ШРУС выглядит следующим образом.
Ведущий вал посредством шлицевого соединения приводит в движение внутреннюю обойму, на рабочей стороне которой выполнены шесть канавок. На внешней обойме шарнира (соединённой с ведомым валом) также выполнено шесть канавок. А обоймы связаны между собой через шарики, расположенные в вырезах сепаратора.
Подобная конструкция обеспечивает (в отличие от простой карданной передачи) равенство мгновенных угловых скоростей ведущего и ведомого валов.
Виды шарниров равных угловых скоростей
Шариковые варианты конструкции ШРУС, хотя и наиболее распространены в легковом автомобилестроении, оказались не единственно возможными.
Шариковый ШРУС
Практическое применение для легковых и лёгких коммерческих автомобилей нашли триподные ШРУСы, в которых роль шариков выполняют вращающиеся ролики со сферической рабочей поверхностью.
Трипоидный ШРУС
Для грузовой техники распространение получили кулачковые (сухариковые) шарниры типа «Тракта», состоящие из двух вилок и двух фасонных дисков. Вилки в таких конструкциях достаточно массивные и способны выдерживать большие нагрузки (что и объясняет область их использования).
Кулачковый (сухариковый) ШРУС
Необходимо упомянуть и ещё один вариант ШРУС – спаренные карданные. В них неравномерность передачи угловой скорости первого кардана компенсируется вторым карданом.
Спаренный карданный ШРУС
Как уже упоминалось выше, угол между осями двух валов не должен в этом случае превышать 20⁰ (иначе появляются повышенные нагрузки и вибрации), что ограничивает область использования такой конструкции в основном строительной и дорожной техникой.
Внутренние и наружные ШРУСы
Помимо различий в конструктивном исполнении, ШРУСЫ разделяются по месту их установки на наружные и внутренние.
Внутренний ШРУС соединяет коробку передач с полуосью, а наружный ШРУС – полуось со ступицей колеса. Вместе с приводным валом оба этих шарнира составляют привод автомобиля.
Наиболее распространённый тип наружного шарнира – шариковый. Внутренний ШРУС не столько обеспечивает большой угол между валами, сколько компенсирует перемещения приводного вала при движении его относительно подвески. Поэтому часто в качестве внутреннего шарнира в легковых автомобилях используется триподный узел.
Необходимое условие нормальной работы ШРУСов – смазка движущихся частей шарнира. Герметичность рабочего пространства, в котором находится смазка, обеспечивают пыльники, предотвращающие попадание на рабочие поверхности абразивных частиц. С учётом высокой нагруженности деталей, в них используются только специально разработанные для таких узлов виды смазок.
Как определить неисправность ШРУС
Срок службы ШРУСов в современных автомобилях при правильной эксплуатации практически сопоставим с ресурсом самой машины, хотя условия работы наружных и внутренних шарниров существенно отличаются (наружные узлы более нагружены, так как воспринимают воздействия непосредственно от колёс).
Заводской брак редко является причиной поломки ШРУСА, а вот эксплуатационный характер отказа встречается куда чаще. Прежде всего, это может быть банальное повреждение пыльника, и, как следствие, попадание в смазку шарнира влаги, пыли и грязи с содержанием абразива.
Именно поэтому периодический визуальный осмотр целостности пыльников обязателен при периодическом обслуживании автомобиля. Замасленная деталь или следы смазки, разбрызганные по колесу – явное свидетельство необходимости замены пыльника (если только отказ не перешел в более тяжёлую стадию).
Другая частая причина отказа – агрессивный характер вождения, особенно с вывернутыми до упора колёсами. При таком стиле вождения шарниры испытывают запредельные нагрузки, неизбежно приводящие к отказу. К похожему результату можно прийти при частой езде по разбитым дорогам.
Для наружных и внутренних ШРУСов внешние признаки неисправности несколько отличаются из-за разных условий эксплуатации и определяются (помимо состояния пыльников) в основном «на звук» и наличие люфтов.
Высоко нагруженные наружные шарниры на ранних стадиях отказа издают звук похожий на свист полностью изношенных тормозных колодок. Дополнительно состояние узла проверяется на ровной дороге: при резком трогании с места с вывернутыми колёсами. Появление характерных толчков или щелчков свидетельствует о неисправности шарнира. Полезно в этом случае сразу осмотреть пыльники (тем более что для этого не требуется поднимать машину).
Если в начале движения слышен хруст – это свидетельство необходимости безотлагательных мер по замене наружного ШРУСа. Характер звука при этом весьма специфический: его трудно спутать с другими звуками, и раздаётся он с той стороны, с которой произошла поломка.
Определить какой из внутренних ШРУСов неисправен – внутренний правый или внутренний левый – несколько сложнее.
- Для этого автомобиль вывешивается на подъёмнике, и тем самым добиваются максимального угла шарнира (между приводным валом и поверхностью земли).
- Двигатель запускается, и при включённой передаче прослушивают узел на посторонние звуки.
Хруст слева или справа свидетельствует о поломке соответствующего шарнира. - Кроме этого проверяется люфт приводного вала между наружным и внутренним шарнирами. При исправных шарнирах люфт отсутствует.
Хруст слева или справа свидетельствует о поломке соответствующего шарнира.Если нет возможности установить машину на подъемник, выбирают участок дороги с ямами и рытвинами, и аккуратно въезжая в них колёсами с разных сторон (фактически вывешивая автомобиль с соответствующей стороны) выявляют посторонние шумы (хруст).
Последствия эксплуатации автомобиля с неисправными ШРУСами, особенно на стадии уже выявленного хруста, могут быть весьма тяжёлыми, ведь хруст сигнализирует о возможности скорого внезапного разрушения шарнира. В свою очередь это может привести к заклиниванию колёс и созданию аварийной ситуации на дороге.
Замена ШРУСов обходится не дёшево: узлы оригинальных приводов достаточно сложные механизмы изготовленные из специальных материалов. А в запущенных случаях разрушение внутреннего ШРУСа может привести к попаданию остатков игольчатых подшипников в картер коробки передач и необратимым повреждениям уже самой коробки.
Видео: как проверить внутренний и наружный ШРУСы на исправность
Шарнир равных угловых скоростей — это… Что такое Шарнир равных угловых скоростей?
Шарнир равных угловых скоростей. Принцип действия шарикового ШРУСа типа «Рцеппа»Шарнир равных угловых скоростей (сокращённо ШРУС, в просторечии — «граната») обеспечивает передачу крутящего момента при углах поворота до 70 градусов относительно оси. ШРУСы изредка называют «гомокинетическими шарнирами» (от др.-греч. ὁμός — «равный, одинаковый» и κίνησις — «движение», «скорость»).
Используется в системах привода управляемых колёс легковых автомобилей с независимой подвеской и, реже, задних колёс.
Первые попытки реализовать передний привод осуществлялись при помощи обычных карданных шарниров. Однако, если колесо перемещается в вертикальной плоскости и одновременно является поворотным, наружному шарниру полуоси приходится работать в исключительно тяжелых условиях — с углами 30—35°. А уже при углах больших 10—12° в карданной передаче резко увеличиваются потери мощности, к тому же вращение передаётся неравномерно, растёт износ шарнира, быстро изнашиваются шины, а шестерни и валы трансмиссии начинают работать с большими перегрузками. Поэтому потребовался особый шарнир — шарнир равных угловых скоростей — лишённый таких недостатков, передающий вращение равномерно вне зависимости от угла между соединяемыми валами.
Типы шарниров равных угловых скоростей
Существуют различные конструкции ШРУСов. Различают обычно:
- Шариковые («Бендикс-Вейс», «Рцеппа», «Бирфильд») — наиболее распространены сегодня, первые варианты были разработаны в 1920-е годы;
- Триподные (типа «Tripod») — часто используются как внутренние, допускают бо́льшие осевые перемещения, но при этом — нелинейное изменение скорости при вращении под углом;
- Сухариковые или кулачковые — были разработаны французом Грегуаром и запатентованы как «Тракта» в начале 1920-х, в наше время применяются в основном на грузовиках;
- Спаренные карданные — представляют собой состыкованные друг с другом два карданных шарнира, которые взаимно компенсируют неравномерность вращения друг друга; применялись редко, например, на ряде американских автомобилей 1920-х годов, вроде Miller 91 или Cord L29, а также французских «Панарах» пятидесятых-шестидесятых годов.
Наиболее распространённый сегодня шариковый ШРУС состоит из шести шариков, внешнего и внутреннего колец с прорезями под шарики, которые соединяются с приводным валом шлицевым соединением, и сепаратора, удерживающего шарики.
Эта система не терпит грязи и становится более хрупкой при больших углах поворота.
3D изображение ШРУСа типа «Рцеппа»Шарниры равных угловых скоростей всегда герметизируются пыльником, так как расположение шарнира способствует попаданию в него пыли, которая быстро выводит его из строя.[1]
См. также
Примечания
| В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 15 мая 2011. |
Ссылки
Шарниры равных угловых скоростей
Шарниры равных угловых скоростей применяются для передачи крутящего момента от дифференциала на ведущие управляемые колеса. При соединении валов шарнирами равных угловых скоростей ведомый вал вращается равномерно с постоянной угловой скоростью, соответствующей угловой скорости ведущего вала. Чаще применяют шариковые, кулачковые и трехшиповые шарниры.
Шариковый шарнир равных угловых скоростей (шарнир Вейса) состоит из следующих элементов:• ведущего вала со шлицами, входящими в зацепление с полуосевым зубчатым колесом дифференциала и вилкой с делительными канавками;
• ведомого вала со шлицами, входящими в зацепление с ведущим фланцем ступицы колеса и вилкой с делительными канавками;
• четырех ведущих шариков, расположенных в делительных канавках вилок;
• центрирующего шарика вилок, помещенного в сферические углубления на торцах вилок.
Привод передних колес: 1 — корпус внутреннего шарнира; 2 — фиксатор внутреннего шарнира; 3 — кольцо крепления чехла; 4 — вал привода передних колес; 5 — защитный кожух чехла; 6 — защитный чехол; 7— упорное кольцо обоймы; 8— сепаратор; 9 — хомут; 10— шарик; 11 — обойма; 12 — стопорное кольцо обоймы; 13 — корпус наружного шарнира.
Детали наружного шарнира привода передних колес: 1 — корпус шарнира; 2 — сепаратор; 3 — обойма; 4 — шарики.
Центрирующий шарик имеет лыску, которая располагается при сборке против вставленного ведущего шарика. Шарик стопорят шпилькой, расположенной в осевом канале ведомой вилки, одним концом входящей в отверстие центрирующего шарика, таким образом запирая собранный карданный шарнир. Делительные канавки имеют специальную форму, при которой ведущие шарики независимо от угловых перемещений вилок всегда располагаются в плоскости, делящей пополам угол (биссекторная плоскость) между осями ведущей и ведомой вилок. Благодаря этому обе вилки имеют одинаковую частоту вращения. Предельный угол между осями валов 32—33°.
Шариковый шарнир равных угловых скоростей (шарнир Рцеппа) состоит из двух кулаков: внутреннего, связанного с ведущим валом, и наружного, связанного с ведомым валом. В обоих кулаках имеется по шесть тороидных канавок, расположенных в плоскостях, проходящих через оси валов, В канавках находятся шарики, положение которых задается сепаратором, взаимодействующим с валами через делительный рычажок. Один конец рычажка поджимается пружиной к гнезду внутреннего кулака, другой скользит в цилиндрическом отверстии ведомого вала. При изменении относительного положения валов рычажок наклоняется и поворачивает сепаратор, который в свою очередь, изменяя положение шариков, обеспечивает их расположение вбисекторной плоскости. В данном шарнире крутящий момент передается через все шесть шариков. Предельный угол между осями валов 35—38°.
Шариковый шарнир Рцеппа без делительного рычажка. Установка шариков в бисекторную плоскость происходит благодаря эксцентричности сфер, в которых располагаются оси тороидальных канавок кулаков. Центры сфер, в которых лежат оси канавок наружного (ведомого) и внутреннего (ведущего) кулаков, расположены так, что при повороте оси ведомого вала по часовой стрелке верхний шарик выталкивается из сужающегося пространства между кулаками, а нижний с помощью сепаратора перемещается в увеличивающееся пространство с другой стороны шарнира. Остальные шарики занимают промежуточное положение. Работа данного шарнира подобна работе шарнира Рцеппа, имеющего делительный рычажок, однако характеризуется менее точной кинематикой. Простота и надежность конструкций, высокая несущая способность при небольших габаритных размерах способствуют их широкому применению на передне приводных автомобилях.
Кулачково-дисковый шарнир равных угловых скоростей (шарнир Тракта) состоит из связанных с ведущим и ведомым валами полуцилиндрических вилок и вставленных в них цилиндрических кулаков, в пазы которых входит диск, передающий крутящий момент от ведущей вилки к ведомой. Максимальное значение угла между валами до 45° Большая контактная поверхность деталей, воспринимающая усилия, и высокая несущая способность обуславливают их применение на тяжелых грузовых автомобилях.
Трехшиповые шарниры. В трехшиповом шарнире крутящий момент от ведущего вала передают три сферических ролика, которые установлены на радиальных шипах, жестко связанных с корпусом шарнира ведомого вала. Шипы относительно друг друга располагаются под углом 120° Ведущий вал имеет трехпальцевую вилку, в цилиндрические пазы которой входят ролики. При передаче момента между несоосными валами ролики перекатываются со скольжением вдоль пазов и одновременно скользят в радиальном направлении относительно шипов. Предельный угол между осями валов до 40° Особенностью данного шарнира является то, что в отличие от шариковых шарниров передача момента от ведущих элементов на ведомые происходит не в бисекторной плоскости, а в полости, проходящей через оси шипов. Равенство частот вращения ведущего и ведомого валов обеспечивается при любом взаиморасположении их осей.
ШРУСы: с чего все начиналось и к чему пришло
Задача передачи крутящего момента между подвижными валами на автомобилях начала XX века вполне успешно решалась применением сначала цепей, а затем и карданных соединений. Первые полноприводные машины довольствовались карданными соединениями с неравными угловыми скоростями, поскольку преимущества полного привода перевешивали недостатки в виде вибраций и потери мощности. Например, Spyker HP 60/80 1903 года вполне обходился вовсе без ШРУСов. Однако сегодня представить автомобиль без этого узла невозможно. Вспоминаем, как модернизировался шарнир равных угловых скоростей и что он представляет собой сегодня.
На заре автомобильной эпохи в переднее- и полноприводных машинах использовались сдвоенные карданные шарниры в разных конструктивных вариантах. От простого двойного шарнира до специально разработанных конструкций с кинематикой двойного карданного шарнира, но имеющих принципиально другую конструкцию, например кулачково-карданного шарнира типа «Тракта» или кулачково-дискового шарнира, хорошо знакомого водителям отечественной грузовой техники с полным приводом. Именно эти специализированные конструкции часто называют первыми ШРУСами. К сожалению, ресурс и КПД таких конструкций были очень низкими и не позволяли реализовать массовые конструкции с передачей высокой мощности и большим ресурсом.
Настоящим шарниром с постоянной угловой скоростью стали шарниры типа Вейсс. Конструкция без сепаратора позволяла разместить всего два шара для реализации точек передачи момента, что ограничивало момент и ресурс, но зато КПД оказался значительно выше, чем у кулачково-карданных шарниров, а угол между валами превышал 30 градусов. Карл Вейсс запатентовал конструкцию в 1923 году, а в годы Второй мировой войны именно шарниры этого типа применялись на почти всех полноприводных легких автомобилях, от Willys, Dodge и ГАЗ до Kubelwagen. В настоящее время шарниры такого типа почти не встречаются, разве что на очень старых конструкциях или на грузовиках разработки 60-х годов.
В 1927 году инженер компании Ford Альфред Рцеппа запатентовал шарнир лучшей конструкции, с сепаратором и без вилок. Именно его идея лежит в основе конструкции современных шарниров. Положение шаров в этом шарнире задается отдельной деталью — сепаратором, который удерживает их в плоскости биссектрисы угла между валами. В оригинальной конструкции сам сепаратор был не самоустанавливающимся, его положение задавалось отдельным делительным рычажком.
Развитие этой конструкции можно увидеть в виде шарниров типа GKN — в них нет делительного рычажка, канавки простой формы, как и у Рцеппы, но сепаратор сложной формы позволяет шарикам держать нужное положение. К сожалению, рабочий угол такой конструкции невелик (до 20 градусов), и с увеличением угла между валами сильно снижается КПД, но зато у нее есть податливость в продольном направлении, что важно для компенсации геометрии соединения при рабочем ходе подвески. К тому же шарнир достаточно прост в изготовлении и недорог. По этой причине шарниры этого типа применяют в основном как внутренние в приводах передних колес или в приводе задних колес машин с независимой подвеской.
Очень удачным развитием шарнира Рцеппы является и шарнир Birfield. В этой конструкции также используется самоустанавливающийся сепаратор, точнее, самоустанавливаются сами шарики за счет разной глубины канавок в обойме и теле шарнира. Сепаратор воспринимает часть нагрузки по позиционированию. Такая конструкция позволяет увеличить угол между валами вплоть до 45 градусов, имеет высокий КПД при всех углах скрещивания и долговечна. Минусов только два: габариты самого шарнира и высокая стоимость, поскольку деталь требует сложной обработки поверхностей и стали высокой твердости для обеспечения долговечности. И конечно, шарниры такой конструкции не обладают податливостью в продольном направлении, требуют обязательного применения компенсирующей вставки на валу или работы в паре с шарниром, в котором предусмотрена возможность продольного сдвига валов.
Шарниры типа Loebro также наследуют конструкцию Рцеппы, но способ удержания шаров в нужной плоскости новый. На этот раз шары перемещаются в нужное положение, поскольку нарезка канавок в теле и обойме шарнира сделана под углом к плоскости оси вращения. Шарниры этого типа имеют минимальные возможности продольного перемещения валов, но они заметно дешевле шарниров Birfield и, что главное, компактнее, причем сохраняется вполне достаточный угол между валами, а также высокий КПД. Сепаратор в таких конструкциях почти полностью разгружен и в дешевых исполнениях может отсутствовать. Но износ обоймы и тела шарнира в этом случае достаточно большой, поэтому шарнир требует более качественных материалов.
Удивительно, но факт: все три производителя, создавшие свои конструкции шарниров равных угловых скоростей, на данный момент принадлежат компании GKN. Разумеется, под этой маркой можно встретить шарниры всех трех типов, а также карданные и трипоиды. Классическая конструкция подразумевала пять или шесть шаров для передачи момента, но сейчас на тяжелых и мощных машинах используется восемь и больше шаров. В остальном прогресс касается оптимизации материалов и профиля канавок, что позволяет компенсировать естественный износ или предотвратить его.
Еще в одном типе ШРУСа для передачи момента не используются шары. Конструкция «трипоид» (или «тришип», если вы читали советские книги) была запатентована Мишелем Орэном в 1963 году. В ней момент передается через крестовину и ролики на шарикоподшипниках. Конструкция оказалась очень удачной, если применяется «перевернутая» компоновка со свободным перемещением валов.
Высокий КПД и высокая долговечность обеспечиваются за счет применения шарикоподшипников, а приемлемая цена — за счет технологичности и простоты обработки всех деталей. Но в более дешевой и распространенной версии с нефиксируемыми валами рабочий угол у шарнира сравнительно небольшой, с его ростом растет износ, а значит, и требования к качеству материалов шарнира, особенно роликов и наружной обоймы. Сейчас шарниры этого типа применяются в основном в паре с шарнирами Loebro/Birfield как внутренние на приводах. Однако шарниры с внутренней вилкой и фиксированными валами могли применяться и как наружные шарниры управляемых колес.
Постепенный прогресс в этой области сильно изменил конструкцию такого шарнира. Обычный шарнир с прямой канавкой для ролика при больших углах скрещивания валов создавал вибрации из-за скольжения ролика по поверхности канавки при вращении. Использование арочного кольца на ролике позволило уменьшить вибрации и колебания момента. Следующим шагом стало применение эллиптического скользящего кольца на наружной поверхности ролика для оптимизации передачи момента и увеличение площади его контакта с внешней обоймой для увеличения ресурса.
История
В первых переднеприводных автомобилях, например Cord и Citroen TA, использовались двойные карданные шарниры для передачи момента на ведущие колеса. Уже известные к тому времени ШРУС Вейсса и кулачковые конструкции не обеспечивали нужной долговечности, а с местом на больших легковых машинах особых проблем не было. К концу 30-х годов конструкция типа Вейсс и кулачковые передачи получили реальную «прописку» на целом ряде конструкций за счет улучшения металлообработки. Достигнутый ресурс в 15–30 тыс. км под нагрузкой позволял иметь на машинах с подключаемым передним мостом общий ресурс узла, сравнимый со сроком службы автомобиля, при приемлемых габаритах и КПД.
Развитие конструкции переднеприводных автомобилей потребовало новых решений — и компания Hardy-Spicer профинансировала создание шарниров Birfield, имеющих высокие характеристики и разумную стоимость. Именно эти шарниры сделали возможным создание малолитражек Austin Mini и других машин BMC с передним приводом к 1959-м. В Японии на переднеприводных машинах Suzuki Suzulight в 1963 году применяли ШРУС производства NTN.
К 1965 году конструкцию оптимизировали. На машинах Subaru появились приводные валы, которые сочетали шарнир с жесткой фиксацией в осевом направлении типа Birfield, и шарнир типа GKN со свободным перемещением. Это решило последние проблемы с вибрациями и геометрией передней подвески переднеприводных машин, избавив их от сложных приводных валов составной конструкции.
Прогресс компоновочных схем автомобилей позволил применить ШРУС вместо карданных шарниров в приводе задней оси. К началу 80-х годов увеличение точности ШРУСов и уменьшение люфтов позволили применять их вместо карданных шарниров для валов с высокой скоростью вращения, например карданного.
Не стоит думать, что прогресс остановился. Так, переднеприводные машины с АКПП потребовали создания малошумных конструкций ШРУСа с минимальными люфтами при вращении в обоих направлениях, поскольку на заторможенной машине ШРУС классической конструкции создавал неприятные вибрации. Проблема выявилась с широким распространением переднеприводных машин с АКПП со второй половины 70-х.
С 1998 года стали внедряться были восьмишариковые шарниры для легковых автомобилей, что позволило уменьшить размеры узла. Оптимизация формы канавок дала возможность улучшить точность позиционирования шаров, а значит, улучшить КПД и снизить шумность конструкции.
Новые варианты шарниров уже не получают имена компаний в качестве наименования — разве что буквенные обозначения типа. Продолжается и оптимизация шарниров типа трипоид, в первую очередь с целью уменьшения колебаний угловой скорости при вращении и уменьшения шумности.
Постепенно увеличивался рабочий угол шарниров по сравнению с изначальными 43 градусами у шарниров NTN в 1963-м. К 1980 году они получили 44,5 градуса, а сейчас шариковые шарниры укороченной конструкции обеспечивают уже все 50 градусов поворота, что заметно улучшает эксплуатационные характеристики автомобилей. Даже не фиксированные шарниры типа GKN заметно улучшили рабочие углы, от 23 градусов у оригинальной патентованной конструкции до 30,5 у современных вариантов.
Рост продаж кроссоверов и внедорожников потребовал создания приводов с большим эффективным углом передачи, в том числе современных конструкций вала с двумя шарнирами с фиксируемыми от продольного перемещения валами и компенсатором.
Продолжается повышение КПД передачи, и достигнутые в 80-е годы 99% КПД уже не кажутся идеалом. Современные ШРУСы имеют более чем в два раза меньшие потери.
Карданные шарниры неравных (асинхронный) и равных угловых скоростей (синхронный). Схема вращения, формула расчета
Одновальные и двухвальные карданные передачи, используемые для соединения коробки передач, раздаточной коробки и ведущих мостов автомобилей, имеют карданные шарниры неравных угловых скоростей. Карданные передачи с шарнирами равных угловых скоростей на автомобилях применяются для привода передних управляемых и одновременно ведущих колес.
Карданным шарниром, или карданом, называется подвижное соединение, обеспечивающее передачу вращения между валами, оси которых пересекаются под углом. В автомобилях применяются карданные шарниры неравных и равных угловых скоростей.
Карданный шарнир неравных угловых скоростей (асинхронный) состоит из вилки 1 (рисунок 1, а) ведущего вала, вилки 3 ведомого вала и крестовины 2, соединяющей вилки с помощью игольчатых подшипников. Вилка 3 может поворачиваться относительно оси ОО крестовины и одновременно с крестовиной поворачиваться относительно оси О1О1 при передаче вращения с ведущего вала на ведомый при изменяющемся угле γ между валами.
Рисунок 1 — Карданные шарниры
а — неравных угловых скоростей; б — равных угловых скоростей; 1, 3 — вилки; 2 — крестовина; 4, 5 — валы; 6, 7 — шарики; ω1, ω2 — угловые скорости ведущего и ведомого валов соответственно; γ, Θ — углы между валами
Если ведущий вал повернется на некоторый угол α, то ведомый вал за это время повернется на какой-то другой угол β и соотношение между углами поворота валов будет:
tg α = tg β cos γ.
Следовательно, валы вращаются с разными скоростями (ω1 ≠ ω2), а ведомый вал — еще и неравномерно. Неравномерность вращения валов тем больше, чем больше угол γ между валами. При этом неравномерное вращение валов вызывает дополнительную динамическую нагрузку на детали трансмиссии и увеличивает их изнашивание.
Для устранения неравномерного вращения используют два карданных шарнира неравных угловых скоростей, которые устанавливают на концах карданного вала. При этом вилки карданных шарниров, соединенные с карданным валом, располагаются в одной плоскости. Тогда неравномерность вращения, создаваемая первым карданным шарниром, выравнивается вторым карданным шарниром, и ведомый вал вращается равномерно со скоростью ведущего вала.
Карданные шарниры неравных угловых скоростей допускают передачу вращения при углах γ между валами до 15…20º.
Карданный шарнир равных угловых скоростей (синхронный) состоит из фасонных вилок (рисунок 1, б), изготовленных за одно целое с ведущим 4 и ведомым 5 валами. Вилки имеют овальные делительные канавки, в которых находятся рабочие шарики 6. Центрирование вилок осуществляется шариком 7, размещенным в сферических углублениях внутренних торцов вилок.
Вращение с вала 4 на вал 5 передается через рабочие шарики 6. Канавки вилок имеют специальную форму, которая независимо от изменения угла γ между валами обеспечивает расположение рабочих шариков в плоскости АА, делящей угол Θ пополам. В результате этого оба вала вращаются с равными скоростями (ω1 = ω2).
Шариковый шарнир такого типа может передавать вращение при углах γ между валами, достигающих 30…32º.
Шарнир прост по конструкции и сравнительно недорог при изготовлении. Однако он имеет ускоренное изнашивание из-за наличия скольжения рабочих шариков относительно канавок и высокого давления между шариками и канавками.
Другие статьи по карданной передаче
Карданная передача и карданный вал – в чём разница? — Информация о запчастях
«Карданная передача» многозначна. Так, часто в определенных каталожных номерах трансмиссии путают понятие механизма «карданная передача» и непосредственно автодетали «карданная передача». Например, трансмиссия 651669-2200000 обозначает «карданную передачу» в «установке карданных валов» а/м МАЗ-651669 и состоит из «карданной передачи привода среднего моста 651669-2205006-000 и также (!) карданного вала привода заднего моста 54341-2201010-10»
В общем смысле «карданная передача» — это один из механизмов (способов) передачи крутящего момента (трансмиссии), как правило, от силового агрегата (двигатель) на рабочий орган (движитель: колесо, шестерня, шнек, винт, муфта, …).
Карданная передача встречается также во всех случаях, где необходимо передать крутящий момент под углом (например, рулевые карданные валы от рулевого колеса водителя до рулевого или углового редуктора).
Иногда этот способ называют еще «шарнир Гука», «ШНРУС (шарнир НЕравных угловых скоростей)» и даже «крестовина» (примечание: помимо «карданной передачи» существуют также другие механизмы трансмиссии, например, «шарнир Рцеппа — ШРУС (шарнир равных угловых скоростей)», «трипод», «зубчатая муфта», «механизм Олдема (кулачково-дисковая муфта)» и другие).
В наиболее распространенном виде карданная передача как автодеталь (в народе «кардан«) представляет собой карданные шарниры с крестовинами, объединенные одним или несколькими валами (трубными либо беструбными, как неподвижными, так и с возможностью изменения длины).
В узком смысле «карданный вал» представляет собой два таких шарнира, соединенные между собой трубой и/или механизмом изменения длины («скользящая шлицевая»), часто также обозначается как «2-опорный».
В свою очередь «карданная передача» (автодеталь) представляет собой совокупность двух и более карданных валов, дополнительно оборудованных подвесным подшипником на каждый дополнительный неподвижный вал, часто также обозначается как «3-опорная, 4-опорная, …». Разбиение «карданной передачи» обусловлено ограничением максимальной длины трубы одного карданного вала при необходимости передачи трансмиссии на большие расстояния.
Что такое соединение с постоянной скоростью?
Практически каждый приводной вал и ведущая ось оснащены как минимум двумя гибкими шарнирами, которые позволяют двигателю и трансмиссии передавать крутящий момент под углом. В идеале крутящий момент должен передаваться по прямой, но это приведет к чрезвычайно жесткой поездке.
Вместо этого подвеска и рулевое управление обеспечивают комфортное вождение, равно как и передний привод и рулевое управление передними колесами. Однако для этой системы также требуются гибкие приводные валы для обеспечения движения.Без гибких шарниров карданные валы не прослужили бы долго, а передний привод был бы невозможен. Рассмотрим подробнее, как работают шарниры, такие как шарнир равных угловых скоростей.
Постоянная скорость или переменная скоростьЕсть несколько шарниров, которые могут помочь передавать крутящий момент под углом, но немногие из них можно квалифицировать как шарниры равных угловых скоростей или CVJ. Универсальный шарнир или карданный шарнир, который вы обычно найдете на приводных валах, может передавать крутящий момент на небольшие углы, но большие углы и скорости быстро обнаруживают тот факт, что они не обеспечивают постоянную скорость.
Карданный шарнир передает среднюю скорость на противоположный конец, но колеблется через каждые 180 градусов вращения. Это циклическое изменение осевой скорости вызывает вибрацию, и чем больше угол, тем хуже вибрация. Сохранение этих углов и использование второго универсального шарнира со смещением на 90 градусов обеспечивает более плавную работу, но не может полностью устранить колебания осевой скорости и вибрацию.
С другой стороны, шарнир равных угловых скоростей может передавать крутящий момент с нулевым изменением угловой скорости и почти нулевой вибрацией под большими углами, чем универсальные шарниры.Ранние конструкции CVJ включали двойной карданный шарнир (два комбинированных карданных шарнира), шарнир Weiss, шарнир треноги и шарнир Tracta. Шарнир Rzeppa чаще всего встречается в переднеприводных автомобилях на колесах, так как они допускают углы вала до 54 градусов. ШРУСы из-за слабой вибрации можно найти на карданных валах и ведущих мостах всех типов транспортных средств.
Общие проблемы шарниров постоянной скоростиТрение — самый большой враг, с которым должен столкнуться шарнир равных угловых скоростей, несмотря на его прочность и стабильность.Вот почему ШРУСы Rzeppa и треноги заполнены консистентной смазкой и запечатаны в гибких резиновых чехлах. Со временем воздействие элементов приводит к трещинам на башмаке CVJ, что может привести к утечке жизненно важной смазки. Что еще более важно, трещины могут позволить воде и грязи проникнуть в стык, что ускоряет коррозию и износ.
К сожалению, если не обращать внимания на изношенные ботинки или они внезапно порвутся, вся смазка может вытечь, что значительно увеличивает износ. Изношенные шарниры равных угловых скоростей чаще всего идентифицируются по щелчку, который усиливается при повороте.При сильном износе вы также можете почувствовать вибрацию, которая приходит и уходит с определенной скоростью.
К счастью, регулярные осмотры должны выявить утечку смазки CVJ, первый признак износа ботинок. На этом этапе простой замены старого пыльника и смазки должно быть достаточно для восстановления оси. Однако, если CVJ начал щелкать или вибрировать, единственное средство — замена. Вот совет по замене: обязательно используйте новую гайку оси и затяните ее должным образом, чтобы защитить колесный подшипник.
Ознакомьтесь со всеми деталями трансмиссии
Фото любезно предоставлено Wikimedia Commons.
Как работают соединения с постоянной скоростью (CV)
Если вы когда-либо заглядывали под автомобиль Jeep, вы видели приводные валы и крестообразные устройства, которые соединяют их с осями или раздаточными коробками.Эти крестообразные объекты являются универсальными шарнирами или обычно называемыми простыми двутавровыми шарнирами. Этот тип соединения подходит для многих приложений, поскольку они просты и позволяют приводному валу работать под разными углами, чем та часть, которую они поворачивают, или от того, что их поворачивает. Однако у них есть свои недостатки, когда речь идет о рабочих углах и их способности тихо выполнять свою работу. Обычные универсальные шарниры карданного типа вызывают изменение скорости между ведущим и ведомым валами всякий раз, когда шарнир работает под углом.По мере увеличения рабочего угла шарнира скорость ведомого вала изменяется все больше и больше при каждом обороте валов. Если бы вы нарисовали это, это выглядело бы так, как если бы суставы двигались по двум разным овальным путям, а не по круглым путям, как можно было бы ожидать. Чем больше рабочий угол, тем больше изменяется скорость ведомого вала и тем больше вибрация, которую он производит. В джипах использование приводного вала типа Double Cardian часто устраняет проблему вибрации трансмиссии
, но только за счет уменьшения вдвое углов на одном конце вала.В новых моделях, где необходимо устранить вибрацию для более плавной езды и более комфортного вождения, используются другие типы шарниров равных угловых скоростей. Более подробно это объясняется в статье «Геометрия трансмиссии 101».
Чтобы вал передавал мощность без вибрации, работал под большим углом и обеспечивал одинаковую скорость на ведомом и ведущем валах, необходимо было бы использовать соединение с истинной постоянной скоростью. Они используются во многих приложениях, таких как передняя или задняя независимая подвеска или даже в некоторых приложениях с неразрезными мостами с постоянным полным приводом.CV могут работать под большими углами в течение большего времени без каких-либо проблем, однако обычно они должны быть погружены в специальную высокотемпературную смазку и окружены специальным чехлом. Многие CV выходят из строя из-за загрязнения водой и других примесей из-за поврежденной обуви.
Когда CV используется в приводном валу, они часто герметизируются внутри металлического кожуха в приложениях, где может быть замечено злоупотребление. В более новых автомобилях использование CV с приводным валом становится все более распространенным, поскольку ожидания клиентов растут, а их устойчивость к вибрациям и отвлекающим факторам при вождении уменьшается.Настоящее резюме — это дизайн шара и детеныша. Самым распространенным типом подвесных ШРУСов является тип «Рзеппа». Инженер Dana по имени Альфред Х. Рзеппа изобрел этот тип шарнира в 1920 году. Его конструкция позволяла передавать мощность через шесть сферических шариков, расположенных между внутренней и внешней обоймами. В этой конструкции шары удерживаются на месте маленькими окнами в узле клетки, которая помещается между внутренней и внешней обоймами. Конструкция соединения такова, что положение шариков всегда делит (разрезает пополам) рабочий угол соединения.Конструкция работает как коническая передача; но вместо того, чтобы зубья шестерни передают крутящий момент через шарнир, шарики нажимают на соответствующие дорожки во внутреннем и внешнем корпусах. Обратной стороной этого является то, что при перенапряжении шарнира шарики могут быть вытолкнуты
из своих направляющих и растянутся и раскололся, что приведет к поломке. Эта конструкция очень распространена и используется во многих различных вариантах, таких как шарниры Birfield и Marfield, во многих импортных полноприводных автомобилях. Существуют и другие конструкции, в которых используются различные конфигурации клеток и мячей, но все они практически одинаковы.
Видео: ШРУС в действии
В продолжение очень популярного видео о работе карданного вала и карданного шарнира, вот небольшая анимация, которая показывает, как работают шарниры равных угловых скоростей.
Мы были немного удивлены, но порадованы огромным откликом на недавнее видео о карданных валах и карданных шарнирах. Там мы узнали пару вещей. Во-первых: считыватели Motor City Garage от Mac — настоящие руководители, искренне интересующиеся основами автомобильных технологий.Во-вторых: надежная техническая информация, представленная в простой, несерьезной форме, всегда востребована.
Главный вывод из видео заключался в том, что стандартные универсальные шарниры крестового типа (официальные названия включают шарнир Гука и карданный шарнир) не вращаются с постоянной скоростью. Скорее, они различаются по скорости в зависимости от угла и фазировки, что накладывает ограничения на их установку и использование.
Однако: есть другой, более сложный тип муфты, известный как шарнир равных угловых скоростей или, для краткости, ШРУС.И, как следует из названия, этот тип шарнира обеспечивает более равномерную скорость движения, что делает его полезным в более сложных приложениях — например, на ведущей и управляемой осях переднеприводных автомобилей.
Хотя существует множество вариаций основной темы, наиболее известная форма ШРУСа известна как шарнир Rzeppa в честь его изобретателя Альфреда Р. Рзеппа. Между прочим, Рзеппа был одним из величайших невоспетых инженерных умов раннего Motor City. Его компания, Детройтская компания по производству шлифовальных машин, привела к появлению множества инноваций и дополнительных предприятий, от высокоточных станков до тандемных осей грузовиков и муфт сцепления для автоматических трансмиссий.
В универсальном шарнире типа Rzeppa крутящий момент передается от внутреннего кольца к внешнему посредством концентрической группы сферических подшипников, обеспечивая постоянную скорость вала за счет большего диапазона шарнирного сочленения…. давай остановимся прямо здесь. Это еще один случай, когда демонстрация намного эффективнее, чем рассказ. Видео ниже.
Связанные
Шарниры постоянной скорости (ШРУС) Руководство по выбору
Шарниры постоянной скорости (ШРУС) представляют собой компоненты механической передачи энергии, которые обеспечивают вращательную силу под разными углами.Они обеспечивают одинаковую выходную скорость по отношению к входной скорости, независимо от угла, под которым они работают. Это контрастирует с большинством других шарниров, которые могут обеспечивать другую выходную скорость под более острыми углами даже при той же входной скорости.
Операция
ШРУС может эффективно работать при отклонении до 80 ° от прямой. При работе попарно возможны большие углы. Эффективный срок службы ШРУСа обычно сокращается по мере увеличения угла шарнира.ШРУСы эффективны для передачи мощности на высоких скоростях при больших рабочих углах. ШРУСы обычно тяжелее и дороже универсальных шарниров и выходят из строя быстрее.
ШРУСычасто соединяют два пересекающихся вращающихся вала, которые образуют угол друг с другом, особенно когда этот угол регулярно меняется в процессе эксплуатации. Распространенный пример встречается в автомобилях с передним приводом при соединении полуоси с передним колесом, где ШРУС обеспечивает равномерную передачу крутящего момента, когда колесо движется из-за рулевого управления.Другой пример — заднеприводные автомобили с независимой задней подвеской, где полуоси задней оси соединяются с задними колесами.
ШРУС представляет собой комплект подшипников и сепараторов, который позволяет вращать ось и передавать мощность под разными углами. ШРУСы состоят из клетки, шариков и внутренней дорожки качения, заключенных в кожух, покрытый резиновым чехлом, и все они заполнены консистентной смазкой. Смазка нужна для уменьшения трения всех крутящихся частей ШРУСа.Трещины в пыльнике допускают попадание загрязнений, которые могут вызвать нагревание из-за трения и привести к быстрому износу соединения.
Следующее видео, хотя и несколько устарело, лаконично иллюстрирует функцию ШРУСов.
ШРУС на автомобили Buick
Видео предоставлено: Buick / GM (опубликовано RivLanta через YouTube)
Изображение предоставлено:
Викимедиа
Патент США на уплотнение для шарнира равных угловых скоростей Патент (Патент №10,634,195, выданный 28 апреля 2020 г.)
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СООТВЕТСТВУЮЩУЮ ЗАЯВКУВ этой заявке испрашивается приоритет в отношении U.S. Предварительная заявка на патент, сер. № 62/336,471, поданной 13 мая 2016 г., включенной в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯРазличные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к муфтам между ведущей и ведомой осями и, кроме того, к универсальным шарнирам и, в частности, к универсальным шарнирам равных угловых скоростей, используемым для передачи мощности в наземных, воздушных или морских транспортных средствах.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯШарниры постоянной скорости используются во многих транспортных средствах, где колебания скорости вращения обычного карданного шарнира недопустимы.Например, в передней подвеске переднеприводного автомобиля будет два шарнира равных угловых скоростей на каждую ось. Они также используются в тяжелом внедорожном оборудовании, в грузовиках и высокопроизводительных транспортных средствах для отдыха.
Шарниры равных угловых скоростей идеально подходят для случаев, когда применение не является чрезмерно неблагоприятным для окружающей среды. Однако в экологически неблагоприятных условиях они менее желательны из-за проблем, связанных с предотвращением попадания грязи и мусора в стык. Лучшее понимание этого будет оценено при рассмотрении фиг.1, на котором показан шарнир равных угловых скоростей известного уровня техники.
В обычной автомобильной среде уплотнение этого типа может защитить соединение на многие тысячи миль работы. В отличие от обычных карданных шарниров, это не простой вторичный пылезащитный экран, а первичное уплотнение для предотвращения попадания посторонних материалов в работу шарнирного механизма. Таким образом, когда уплотнение выходит из строя, вскоре после этого, без внимания, соединение выйдет из строя.
Желательно использовать шарниры равных угловых скоростей в приложениях с более высокими требованиями к окружающей среде, и способность уплотнения выдерживать жесткие условия окружающей среды является важным фактором.Например, в условиях бездорожья камни и мусор, выбрасываемые шинами или по которым автомобиль может скользить, легко доступны, чтобы повредить уплотнение.
Для других развлекательных приложений, таких как полноприводные автомобили, вездеходы, альпинисты и т. Д., Где универсальные шарниры изогнуты до предела из-за неровностей местности, шарниры равных угловых скоростей также будут выгода. Но, опять же, существует также возможность износа уплотнения с почти определенным отказом соединения, особенно при движении по песку, воде и т.п.
Здесь будут показаны и описаны различные новые и неочевидные усовершенствования уплотнений для универсальных шарниров.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯНекоторые аспекты настоящего изобретения относятся к адаптации карданного шарнира к более агрессивной среде за счет обеспечения более надежного первичного уплотнения, чем было предусмотрено ранее.
Другие аспекты относятся к тому, чтобы сделать уплотнение относительно недорогим, простым в установке и обслуживании, а также с возможностью значительного изгиба порядка 40 градусов.
Еще один аспект различных вариантов осуществления относится к их использованию на различных дорожных транспортных средствах (легковые автомобили, грузовики, автобусы), внедорожниках (квадроциклах, мотоциклах) и самолетах (как для обеспечения движущей силы, так и для питания аксессуаров). и водный транспорт.
Дополнительные описания различных вариантов осуществления настоящего изобретения можно найти в параграфах с X1 по Xn (включая параграфы, которые изменяют эти параграфы с X1 по Xn), расположенных ближе к концу описания.
Следует принять во внимание, что различные устройства и способы, описанные в этом сводном разделе, а также где-либо еще в этой заявке, могут быть выражены как большое количество различных комбинаций и субкомбинаций. Все такие полезные, новые и изобретательные комбинации и субкомбинации рассматриваются здесь, при этом признается, что явное выражение каждой из этих комбинаций не требуется.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙНекоторые из представленных здесь фигур могут включать размеры.Кроме того, некоторые из представленных здесь фигур могут быть созданы из масштабируемых чертежей или из фотографий, которые можно масштабировать. Понятно, что такие размеры или относительное масштабирование внутри фигуры приведены в качестве примера и не должны рассматриваться как ограничивающие.
РИС. 1 представляет собой линию поперечного сечения узла шарнира равных угловых скоростей предшествующего уровня техники.
РИС. 2 представляет собой масштабированный чертеж линии поперечного сечения узла шарнира равных угловых скоростей согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
РИС. 3 — увеличенный вид части сборки, показанной на фиг. 2.
РИС. 4 — фотографическое изображение шарнира равных угловых скоростей согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
РИС. 5 — вид сбоку снаружи шарнира равных угловых скоростей согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.
РИС. 6 — разрез устройства по фиг. 5.
РИС. 7 — увеличенный вид устройства по фиг. 6.
РИС.8 — увеличенный вид части устройства, показанного на фиг. 7.
РИС. 9 — вид с торца в разрезе узла уплотнения и кольца согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
РИС. 10 — вид сбоку в разрезе уплотнения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
НУМЕРАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВНиже приводится список номеров элементов и по крайней мере одно существительное, используемое для описания этого элемента. Понятно, что ни один из вариантов осуществления, раскрытых в данном документе, не ограничен этими существительными, и эти номера элементов могут дополнительно включать в себя другие слова, которые будут понятны специалисту с обычной квалификацией, читающему и рассматривающему это раскрытие во всей его полноте.
В целях содействия пониманию принципов изобретения, ссылки на конкретные варианты осуществления будут даны в чертежах и на чертежах. использоваться, чтобы описать то же самое.Тем не менее, следует понимать, что тем самым не предполагается ограничение объема изобретения, такие изменения и дальнейшие модификации в проиллюстрированном устройстве и такие дальнейшие применения принципов изобретения, как проиллюстрировано в нем, предполагаются, что обычно приходит в голову квалифицированному специалисту. в области техники, к которой относится изобретение. По крайней мере, один вариант осуществления настоящего изобретения будет описан и показан, и эта заявка может показать и / или описать другие варианты осуществления настоящего изобретения, а также позволит сделать разумный и логический вывод о еще других вариантах осуществления, которые будут понятны обычным людям. мастерство в искусстве.
Подразумевается, что любая ссылка на «изобретение» является ссылкой на вариант воплощения семейства изобретений, без единого воплощения, включающего устройство, процесс или композицию, которые должны быть включены во все варианты воплощения, если не указано иное. Кроме того, хотя может быть обсуждение «преимуществ», обеспечиваемых некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что все же другие варианты осуществления могут не включать в себя те же самые преимущества или могут включать в себя еще разные преимущества.Любые преимущества, описанные в данном документе, не следует рассматривать как ограничение какой-либо формулы изобретения. Использование слов, указывающих на предпочтение, таких как «предпочтительно», относится к признакам и аспектам, которые присутствуют по меньшей мере в одном варианте осуществления, но являются необязательными для некоторых вариантов осуществления, поэтому следует понимать, что использование слова «предпочтительно» подразумевает термин «по желанию.»
Использование префикса серии N для номера элемента (NXX.XX) относится к элементу, который совпадает с элементом без префикса (XX.XX), за исключением случаев, показанных и описанных. Например, элемент 1020.1 будет таким же, как элемент 20.1, за исключением тех различных характеристик элемента 1020.1, показанных и описанных. Кроме того, общие элементы и общие признаки связанных элементов могут быть нарисованы одинаковым образом на разных фигурах и / или использовать одну и ту же символику на разных фигурах. Таким образом, нет необходимости описывать одинаковые функции 1020.1 и 20.1, поскольку эти общие особенности очевидны для специалиста с обычной квалификацией в соответствующей области техники.Кроме того, понятно, что функции 1020.1 и 20.1 могут быть обратно совместимыми, так что функция (NXX.XX) может включать в себя функции, совместимые с другими различными вариантами осуществления (MXX.XX), как будет понятно специалистам с обычной квалификацией в данной области. Изобразительное искусство. Это соглашение об описании также применяется к использованию суффиксированных номеров элементов с простыми (‘), двойными (″) и тройными (‘ ″) штрихами. Следовательно, нет необходимости описывать идентичные признаки 20.1, 20.1 ‘, 20.1 и 20.1’ ″, поскольку эти общие особенности очевидны для специалистов в соответствующей области техники.
Хотя здесь могут быть указаны различные конкретные величины (пространственные размеры, температура, давление, время, сила, сопротивление, ток, напряжение, концентрации, длины волн, частоты, коэффициенты теплопередачи, безразмерные параметры и т. Д.), Такие конкретные величины представлены только в качестве примеров и, кроме того, если иное явно не указано, являются приблизительными значениями, и их следует рассматривать так, как если бы слово «примерно» предшествовало каждой величине. Кроме того, с обсуждением, относящимся к конкретной композиции вещества, это описание является только примером и не ограничивает применимость других видов этой композиции, а также не ограничивает применимость других композиций, не связанных с цитируемой композицией.
Можно сделать различные ссылки на один или несколько способов производства. Понятно, что они приведены только в качестве примера, и различные варианты осуществления изобретения могут быть изготовлены различными способами, такими как литье, спекание, напыление, сварка, электроэрозионная обработка, фрезерование, в качестве примеров. Кроме того, различные другие варианты осуществления могут быть изготовлены любым из различных способов аддитивного производства, некоторые из которых относятся к трехмерной печати.
В этом документе могут использоваться разные слова для описания одного и того же номера элемента или для обозначения номера элемента в определенном семействе функций (NXX.XX). Понятно, что такое многократное использование не предназначено для переопределения какого-либо языка в данном документе. Понятно, что такие слова демонстрируют, что конкретный признак может рассматриваться различными лингвистическими способами, причем такие способы не обязательно являются дополнительными или исключающими.
РИС. 1 представляет собой разрез узла шарнира равных угловых скоростей 10 ‘в соответствии с конструкцией предшествующего уровня техники. Это соединение 10 дополнительно описано в патенте США No. № 7,229,358, выдан июн.12, 2007, и включены здесь для описания работы шарнира равных угловых скоростей. Входной вал 28 ‘соединен с выходным валом 24 ‘ посредством шарнира равных угловых скоростей 30 ‘. ШРУС 30 ‘включает внешнюю дорожку качения 36 , содержащую множество отдельных дорожек качения шариков. Крутящий момент передается через дорожку качения 35 ′ к отдельным дорожкам качения внутренней дорожки качения 34 ′, которая по внутреннему диаметру соединена шлицами с выходным валом 24 ′.Полужесткий пыльник 40 ‘обеспечивает герметичное покрытие ШРУСа 30 ‘ от сферической формы корпуса 32 ‘до цилиндрического внешнего диаметра выходного вала 24 ‘.
На фиг. На фиг.1 внешний корпус или корпус 32 ‘особой конфигурации охватывает остальные элементы шарнира равных угловых скоростей 10 ‘. Корпус имеет внутреннее кольцо 34 ‘, внешнее кольцо 38 ‘, ведущие шарики 35 ‘и сепаратор 37 ‘.Внутреннее кольцо 34 ‘имеет шлицевое отверстие для приема шлицевого конца 29 ‘ выходного вала 28 ‘. Таким образом, вал 24 ‘может изгибаться под любым углом по отношению к входному валу 28 ‘. Максимальный угол, который можно разместить без помех, составляет порядка 40 градусов.
Наружная поверхность 38 ‘корпуса 32 ‘ сформирована в виде гладкой сферической поверхности. Предусмотрен полужесткий пластиковый чехол 40 ′.Ботинок имеет гладкую внутреннюю сферическую поверхность, размер которой соответствует сферической внешней поверхности тела. Под согласованием внешней поверхности подразумевается, что, когда пыльник защелкивается на корпусе, между сопрягаемыми сферическими поверхностями обеспечивается скользящая посадка, так что один вал может перемещаться под углом по отношению к другому, в то время как пыльник просто скользит по сферической поверхности. тела для поддержания уплотнения.
РИС. 2-10 изображены различные виды агрегатов CV 20 и 120 согласно различным вариантам осуществления настоящего изобретения.Как отмечалось выше, для описания узлов 20 и 120 используется в целом согласованная система нумерации элементов. Кроме того, понятно, что обозначение штрихом (‘), используемое на фиг. 1 относится к узлу карданного шарнира 10 ‘предшествующей конструкции, хотя специалисты в данной области техники поймут, что части описания, относящиеся к узлу карданного шарнира 10 ′, относятся также к основной работе узлов карданного шарнира 20 и 120 , но не в отношении пломбирования.
РИС. 2-4 показаны различные виды узла шарнира равных угловых скоростей 20 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Узел 20 содержит входной вал 24 , получающий энергию от источника движения (не показан), и выходной вал 28 , который передает мощность на ведомый компонент (не показан), и шарнир равных угловых скоростей 20 , который в рабочем состоянии соединяет вал 24 с валом 28 . По меньшей мере, в одном варианте осуществления узел 20 является одним из пары узлов в транспортном средстве, таком как автомобиль, автобус, грузовик или подобное транспортное средство, которое используется на дорогах, бездорожье или в гоночных приложениях.В таких вариантах осуществления источником движения обычно является зубчатая передача, приводимая в движение двигателем, а ведомый компонент представляет собой колесо.
Узел 20 обеспечивает плавную передачу мощности, поскольку источник движения и ведомый компонент изменяют свою относительную пространственную ориентацию. Входной вал передает мощность на входной вал 24 , который соединен посредством шлицев и стопорного кольца с внутренним кольцом 34 . Выходной вал 28 включает в себя секцию сферического тела 32 , которая включает в себя внешнее кольцо 36 .Множество подшипников (не показаны) контактируют как с внутренним кольцом 34 , так и с наружным кольцом 36 . Посредством различных характеристик привода на одной или нескольких дорожках качения подвод мощности от входного вала обеспечивается через внутреннее кольцо к подшипникам и от подшипников к внешнему кольцу. Такой перенос дополнительно обсуждается в патенте США No. № 7,229,358. Понятно, что эта передача мощности может быть выполнена любым способом и не ограничивается приведенным выше описанием.
Корпус 32 имеет в целом сферическую внешнюю поверхность 38 , которая простирается в осевом направлении от цилиндрической части выходного вала к входному валу до места, которое изгибается над наружным кольцом и вокруг него 36 . Узел 20 дополнительно включает в себя полужесткий гибкий пластиковый чехол 40 , который выступает из цилиндрической части входного вала 24 и имеет в основном сферическую форму. Эта сферическая часть пыльника 40 плотно закрывает конец вала 24 и среднюю часть корпуса 50 и обеспечивает средства для удержания смазки внутри ШРУСа 30 , а также для защиты внутренние механизмы передачи энергии от пыли, грязи и других загрязнений.
Пыльник 40 включает открытый конец 41 , который в сочетании со стопорным кольцом 50 и кольцевым уплотнением 42 обеспечивает надежную защиту от протирки и уплотнения между пыльником 40 и наружным поверхность 38 кузов 32 . Это уплотнение лучше всего показано на фиг. 3 и фиг. 5. Цельное алюминиевое стопорное кольцо L-образной формы 50 проходит вокруг открытого конца 41 . Кольцо 50 включает ведущую ножку 56 и уплотнительную ножку 54 , которые образуют между собой угол 58 .Внутренний угол 58 принимает внутрь внешний угол 46 пыльника 40 . Видно, что ведущая ножка 56 имеет переднюю кромку 57 , размер которой соответствует внутреннему диаметру, который предпочтительно немного больше максимального внешнего диаметра угла 46 пыльника 40 . ИНЖИР. 5 также видно, что как внутренний угол 58 , так и внешний угол 46 имеют формы, которые в значительной степени дополняют друг друга, так что соединение этих двух углов обеспечивает надежное удержание кольца 50 на чехле 40 .
При сборке пыльник 40 размещается по периферии и внешней поверхности 38 корпуса 30 . Кольцо 50 затем надевается с конца вала 28 вокруг открытого конца 41 пыльника. Передняя кромка 57 ножки 56 , имеющая больший диаметр, относительно легко проходит через внешний угол 46 . Однако по мере того, как кольцо 50 продвигается дальше к входному валу 24 , пандус 59 на внутренней поверхности ведущей ножки 56 толкает внутрь к углу 46 и сжимает внутрь открытый конец 41 из Пыльник 40 .По мере продолжения сборки наклонная внутренняя поверхность 59 уступает место внутреннему углу 58 , который обеспечивает геометрический рельеф. Это ослабление сжатия достигается за счет того, что внутренний диаметр внутреннего угла 58 больше, чем внешний диаметр наклонной поверхности 59 . Когда внешний угол 46 достигает разгруженного внутреннего угла, сжатый внешний угол «защелкивается» на месте во внутреннем углу.
Уплотнение пыльника 40 относительно корпуса 32 дополнительно включает уплотнительное кольцо 42 .Это уплотнительное кольцо удерживается канавкой, карманом или выемкой 52 , образованной в уплотнительной ножке 54 кольца 50 . Когда кольцо 50 помещается в положение на чехле 40 , размеры кольца и чехла адаптируются и конфигурируются так, чтобы карман 52 удерживал уплотнительное кольцо 42 в положении уплотнения по отношению к обеим наружным поверхностям 38 кузова 32 , а также перед торцом 44 пыльника 40 .Однако в других вариантах осуществления уплотнительное кольцо 42 прижимается к внешней поверхности, но не обязательно к передней поверхности.
РИС. 5-10 показаны различные виды узла шарнира равных угловых скоростей 120 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники заметят, что узел шарнира 120 аналогичен узлу шарнира 20 с точки зрения передачи мощности и скорости от входного вала к выходному валу.Узел 120 содержит входной вал 124 , получающий энергию от источника движения (не показан), и выходной вал 128 , который передает мощность на ведомый компонент (не показан), и шарнир равных угловых скоростей 120 , который в рабочем состоянии соединяет вал 124 с валом 128 .
По меньшей мере, в одном варианте осуществления узел 120 является одним из пары узлов в транспортном средстве, таком как автомобиль, автобус, грузовик или подобное транспортное средство, которое используется на дорогах, бездорожье или в гоночных приложениях.В таких вариантах осуществления источником движения обычно является зубчатая передача, приводимая в движение двигателем, а ведомый компонент представляет собой колесо. В различных других вариантах осуществления настоящего изобретения узлы 20 и 120 также могут быть использованы в других приложениях, включая самолет, например, для передачи мощности от газовой турбины к коробке передач воздушного винта, а также для передачи мощность от вспомогательного редуктора к подъемному вентилятору или другому движущему элементу, а также для вращения вспомогательного оборудования, включая те, которые вырабатывают электричество, перекачивают топливо и тому подобное.Кроме того, различные варианты осуществления могут найти применение в морских транспортных средствах, будь то в качестве силовой установки, силовых аксессуаров или по другим причинам.
Узел 120 обеспечивает плавную передачу мощности, поскольку источник движения и ведомый компонент изменяют свою относительную пространственную ориентацию. Входной вал передает мощность на входной вал 124 , который соединен посредством шлицев и стопорного кольца с внутренним кольцом 134 . Выходной вал 128 включает в себя секцию сферического тела 132 , которая включает в себя внешнее кольцо 136 .Множество подшипников (не показаны) контактируют как с внутренним кольцом 134 , так и с наружным кольцом 136 . Посредством различных характеристик привода на одной или нескольких дорожках качения подвод мощности от входного вала обеспечивается через внутреннее кольцо к подшипникам и от подшипников к внешнему кольцу. Кроме того, понятно, что обсуждаемые здесь универсальные шарниры могут относиться к типу с постоянной скоростью, но, кроме того, уплотнения могут использоваться в любом типе универсального шарнира, который позволяет поворачиваться между приводным валом и приводным валом.
Корпус 132 имеет в целом сферическую внешнюю поверхность 138 , которая простирается в осевом направлении от цилиндрической части выходного вала к входному валу до места, которое изгибается над и вокруг внешнего кольца 136 . Узел 120 дополнительно включает в себя полужесткий гибкий пластиковый чехол 140 , который выступает из цилиндрической части входного вала 124 и имеет в основном сферическую форму. Эта сферическая часть пыльника 40 плотно закрывает конец вала 124 и среднюю часть корпуса 150 и обеспечивает средства для удержания смазки внутри ШРУС 130 , а также для защиты внутренние механизмы передачи энергии от пыли, грязи и других загрязнений.
Пыльник 140 имеет открытый конец 141 , который в сочетании со стопорным кольцом 150 и уплотнением 160 обеспечивает надежную защиту от протирки и уплотнения между пыльником 140 и внешней поверхностью 138 кузова 132 . Это уплотнение лучше всего показано на фиг. 7 и фиг. 8. Цельное алюминиевое стопорное кольцо L-образной формы 150 проходит вокруг открытого конца 141 . Кольцо 150 включает ведущую ножку 156 и уплотнительную ножку 154 , которые определяют между собой камеру 152 .Уплотнение 160 и возбуждающая пружина 161 (не показана) расположены внутри камеры 152 .
В некоторых вариантах осуществления кольцо 150 удерживается в определенном месте с помощью пыльника 140 за счет взаимодействия фитингов 146 и 158 . Как лучше всего видно на фиг. 8 детали 158 и 146 обычно дополняют друг друга по форме. Фитинг 146 в одном варианте осуществления представляет собой выступ или выступ, который проходит рядом с передней поверхностью 144 открытого конца 141 пыльника 140 .Этот элемент фитинга 146 находится внутри соответствующего фитинга дополнительной формы 158 кольца 150 . Кольцо 150 и пыльник 140 связаны друг с другом за счет взаимодействия элементов 146 и 158 . Понятно, что пыльник и кольцо могут быть соединены друг с другом любыми способами.
Видно, что ведущая ножка 156 имеет переднюю кромку 157 , размер которой соответствует внутреннему диаметру, который предпочтительно немного больше максимального внешнего диаметра передней поверхности 144 пыльника 140 .Во время сборки пыльник 140 размещается по периферии и внешней поверхности 38 корпуса 130 . Кольцо 150 затем помещается с конца вала 128 вокруг открытого конца 141 пыльника. Передняя кромка 157 ножки 156 , имеющая больший диаметр, относительно легко проходит через внешний угол 146 . Однако по мере того, как кольцо 150 продвигается дальше к входному валу 124 , пандус 159 на внутренней поверхности ведущей ножки 156 толкает внутрь к углу 46 и сжимает внутрь открытый конец 141 . Пыльник 140 .По мере продолжения сборки наклонная внутренняя поверхность 59 уступает место соединению манжеты 146 с кольцевой установкой 158 . Когда фитинг 146 достигает фитинга 158 , сжатый внешний угол «защелкивается» на месте во внутреннем углу.
Ссылаясь на фиг. 8, 9 и 10 видно, что стопорное кольцо 150 и уплотнение 160 соединены вместе. Уплотнение 160 предпочтительно представляет собой неразъемное уплотнение, отлитое из упругого уплотнительного материала, такого как полиуретан, силиконовый каучук или другие эластомерные уплотнительные материалы.В некоторых вариантах осуществления уплотнение отливается в форму, но также может быть отформовано на месте в удерживающем кольце или экструдировано, как другие примеры.
Ссылаясь на ФИГ. 8 видно, что уплотнение 160 включает переднюю поверхность, которая упирается во внутреннюю поверхность уплотняющей ножки 154 . В некоторых вариантах осуществления внутренняя поверхность ножки , 154, и соответствующая поверхность уплотнения , 160 скреплены вместе с помощью клея или другими способами. Эта передняя поверхность уплотнения 160 проходит радиально внутрь к кромке 165 , которая действует как протирочная ножка уплотнения относительно внешней поверхности 138 корпуса 132 .
Ссылаясь на фиг. 8 видно, что кольцо 150 и пыльник 140 объединяются, образуя камеру 152 , которая принимает внутри собранное уплотнение 160 . Предпочтительно при установке уплотнение 160 сжимается между передней поверхностью 144 и внутренней поверхностью ножки 154 . ИНЖИР. 10 показаны противоположные сжатые поверхности 166 уплотнения 160 в свободном (несжатом) состоянии. В некоторых вариантах осуществления уплотнение , 160, включает гибкую среднюю секцию , 168, , которая эффективно разделяет поверхность , 138, , контактирующую с уплотнительной поверхностью, на 2 две очищающие части.кроме того, эта гибкая секция помогает управлять внутренними напряжениями уплотнения в результате его сжатия в двух направлениях (радиально внутрь относительно поверхности 138 пружиной 162 и в поперечном направлении между опорой 154 и лицевой стороной 144 ) и, кроме того, чтобы обеспечить пространство для размещения любого набухания из-за теплового расширения или поглощения жидкости.
В некоторых вариантах осуществления уплотнение 160 дополнительно включает в себя полость для пружины 160 , в которую входит пружина 162 .Предпочтительно пружина 162 является круглой, витой пружиной и прижимает очищающую поверхность 164 к поверхности 132 . Однако в других вариантах осуществления пружина включения не предусмотрена.
Различные аспекты различных вариантов осуществления настоящего изобретения выражены в параграфах X1, X2 и X3 следующим образом:
X1. Один аспект настоящего изобретения относится к универсальному шарниру. Универсальный шарнир предпочтительно включает в себя входной вал, включающий в себя корпус, имеющий первую внешнюю поверхность и внешнюю дорожку качения, множество шарикоподшипников, каждый из которых расположен внутри соответствующей дорожки указанной внешней дорожки качения, выходной вал, соединенный с указанной внутренней дорожкой качения и имеющий вторую внешнюю поверхность. .Универсальный шарнир предпочтительно включает в себя полужесткий пыльник, имеющий первый открытый конец, закрывающий часть первой внешней поверхности, и второй конец, закрывающий часть второй внешней поверхности, ближайшую к шлицам; и кольцо, которое прижимает первый открытый конец к первой внешней поверхности, причем кольцо удерживает уплотнительное кольцо в контакте с первой внешней поверхностью.
Х2. Другой аспект настоящего изобретения относится к универсальному шарниру. Универсальный шарнир предпочтительно включает в себя входной вал, включая корпус.Универсальный шарнир предпочтительно включает выходной вал, соединенный с внутренним валом для передачи мощности от входного вала к выходному валу. Универсальный шарнир предпочтительно включает пыльник, первый открытый конец которого герметично закрывает часть корпуса, а второй конец герметично закрывает часть выходного вала. Универсальный шарнир предпочтительно включает кольцо, соединенное с первым открытым концом указанного чехла, и отделяемое упругое уплотнение, имеющее уплотняющую поверхность, контактирующую с внешней поверхностью указанного корпуса.
Х3. Другой аспект настоящего изобретения относится к способу герметизации универсального шарнира. Способ предпочтительно включает обеспечение входного и выходного валов, соединенных вместе универсальным шарниром. Способ предпочтительно включает покрытие, по меньшей мере, части универсального шарнира гибким пыльником, первый конец которого находится в скользящем контакте с внешней поверхностью одного из входного вала или выходного вала, а второй конец находится в постоянном контакте с другим из выходной вал или входной вал.Способ предпочтительно включает размещение упругого уплотнения в камере из q кольца и сжатие упругого уплотнения с кольцом до скользящего контакта с входным валом или выходным валом.
Еще другие варианты осуществления относятся к любому из предыдущих утверждений X1, X2 или X3, которые объединены с одним или несколькими из следующих других аспектов. Также понятно, что любой из вышеупомянутых X-абзацев включает в себя списки отдельных функций, которые могут быть объединены с отдельными функциями других X-абзацев.
При этом упомянутое кольцо включает канавку, а уплотнительное кольцо частично расположено внутри канавки.
В том случае, когда открытый конец включает в себя внешний угол, упомянутое кольцо включает внутренний угол, а внешний угол входит во внутренний угол в окончательном собранном положении.
При этом первый открытый конец включает в себя один из охватывающего или охватываемого элемента посадки, указанное кольцо включает в себя другой элемент из охватываемого или охватывающего элемента, при этом посадка элемента посадки ботинка и элемент посадки кольца удерживают указанное кольцо в месте на указанном ботинок.
При этом упомянутое кольцо имеет L-образное поперечное сечение для установки вокруг двух смежных поверхностей первого открытого конца упомянутого ботинка.
При этом кольцо имеет L-образное поперечное сечение и подходит к башмаку.
При этом указанное кольцо и открытый конец указанного чехла взаимодействуют, образуя камеру.
При этом упомянутое уплотнение сжимается внутри камеры.
, причем каждое из упомянутого кольца и упомянутого башмака включает в себя установочные элементы дополняющей формы для соединения упомянутого кольца с упомянутым чехлом.
Где упомянутое уплотнение прикреплено к упомянутому кольцу.
При этом указанное уплотнение включает ножку, проходящую между указанным кольцом и указанным чехлом, при этом ножка приспособлена и сконфигурирована для очистки контакта с указанным чехлом.
, в котором дополнительно содержит пружину, расположенную в полости и приспособленную и сконфигурированную для прижатия указанного уплотнения к поверхности указанного чехла.
При этом упомянутый корпус в основном сферический, а упомянутый выходной вал соединен с упомянутой внутренней дорожкой качения посредством шлицевых соединений.
При этом сжатие осуществляется радиально внутрь, а скользящий контакт — радиально внутрь.
При этом сжатие осуществляется пружиной.
При этом сжатие осуществляется в осевом направлении к первому концу, а скользящий контакт — в радиальном направлении внутрь.
При этом установка уплотнения осуществляется путем приклеивания уплотнения к камере.
При этом установка уплотнения заключается в формовании уплотнения в камере.
При этом размещение кольца осуществляется путем совмещения первого элемента кольца со вторым элементом башмака дополнительной формы.
Хотя изобретения были проиллюстрированы и подробно описаны на чертежах и в предшествующем описании, их следует рассматривать как иллюстративные, а не ограничивающие по своему характеру, при этом следует понимать, что были показаны и описаны только определенные варианты осуществления и что все изменения и модификации, которые соответствуют духу изобретения, желательно защищать.
Integrated Publishing — Ваш источник военных спецификаций и образовательных публикаций
Integrated Publishing — Ваш источник военных спецификаций и образовательных публикаций
Администрация — Навыки, процедуры, обязанности военнослужащих и т. Д.
Продвижение — Военное продвижение по службе книги и др.
Аэрограф / Метеорология
— Метеорология
основы, физика атмосферы, атмосферные явления и др.
Руководство по аэрографии и метеорологии ВМФ
Автомобили / Механика — Руководства по обслуживанию автомобилей, механика дизельных и бензиновых двигателей, руководства по автомобильным запчастям, руководства по запчастям дизельных двигателей, руководства по запчастям для бензиновых двигателей и т. Д.
Автомобильные аксессуары |
Перевозчик, Персонал |
Дизельные генераторы |
Механика двигателя |
Фильтры |
Пожарные машины и оборудование |
Топливные насосы и хранилище |
Газотурбинные генераторы |
Генераторы |
Обогреватели |
HMMWV (Хаммер / Хаммер) |
и т.п…
Авиация — Принципы полета,
авиастроение, авиационная техника, авиационные силовые установки, руководства по авиационным деталям, руководства по деталям самолетов и т. д.
Руководства по авиации ВМФ |
Авиационные аксессуары |
Общее техническое обслуживание авиации |
Руководства по эксплуатации вертолетов AH-Apache |
Руководства по эксплуатации вертолетов серии CH |
Руководства по эксплуатации вертолетов Chinook |
и т.д …
Боевой — Служебная винтовка, пистолет
меткая стрельба, боевые маневры, органическое вспомогательное оружие и т. д.
Химико-биологические, маски и оборудование |
Одежда и индивидуальное снаряжение |
Инженерная машина |
и т.д …
Строительство — Техническое администрирование,
планирование, оценка, календарное планирование, планирование проекта, бетон, кладка, тяжелые
строительство и др.
Руководства по строительству ВМФ |
Агрегат |
Асфальт |
Битуминозный распределитель кузова |
Мосты |
Ведро, раскладушка |
Бульдозеры |
Компрессоры |
Обработчик контейнеров |
Дробилка |
Самосвалы |
Земляные двигатели |
Экскаваторы | и т.п…
Дайвинг — Руководства по дайвингу и утилизации разного оборудования.
Чертежник — Основы, приемы, составление проекций, эскизов и др.
Электроника — Руководства по обслуживанию электроники для базового ремонта и основ. Руководства по компьютерным компонентам, руководства по электронным компонентам, руководства по электрическим компонентам и т. Д.
Кондиционер |
Усилители |
Антенны и мачты |
Аудио |
Аккумуляторы |
Компьютерное оборудование |
Электротехника (NEETS) (самая популярная) |
Техник по электронике |
Электрооборудование |
Электронное общее испытательное оборудование |
Электронные счетчики |
и т.п…
Инженерное дело — Основы и приемы черчения, черчение проекций и эскизов, деревянное и легкое каркасное строительство и т. Д.
Военно-морское дело |
Программа исследования прибрежных заливных отверстий в армии |
так далее…
Еда и кулинария — Руководства по рецептам и оборудованию для приготовления пищи.
Логистика — Логистические данные для миллионов различных деталей.
Математика — Арифметика, элементарная алгебра, предварительное исчисление, введение в вероятность и т. д.
Книги медицинские — Анатомия, физиология, пациент
уход, оборудование для оказания первой помощи, аптека, токсикология и др.
Медицинские руководства военно-морского флота |
Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний
MIL-SPEC — Правительственные MIL-Specs и другие сопутствующие материалы
Музыка — мажор и минор масштабные действия, диатонические и недиатонические мелодии, ритм биения, пр.
Ядерные основы — Теории ядерной энергии,
химия, физика и др.
Справочники DOE
Фотография и журналистика
— Теория света,
оптические принципы, светочувствительные материалы, фотографические фильтры, копия
редактирование, написание статей и т.д.
Руководства по фотографии и журналистике военно-морского флота |
Армейская фотография Полиграфия и пособия по журналистике
Религия — Основные религии мира, функции поддержки поклонения, венчания в часовне и т. д.
НАЖМИТЕ ССЫЛКИ НИЖЕ ДЛЯ ФИЛЬТРА ПОИСКА
|