Карданный вал наземных транспортных средств

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ КАРДАННЫЙ ВАЛ НАЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ(71) Заявитель Гродненский завод карданных валов(73) Патентообладатель Гродненский завод карданных валов (ОАО Белкард)(57) Карданный вал наземных транспортных средств, содержащий два шарниракрестовинами и подшипниками, две фланец-вилки и подвижное шлицевое соединение, отличающийся тем, что крепление подшипников шарниров выполнено стопорными кольцами, а между донышком подшипника и торцом шипа крестовины установлены полимерные шайбы из углеродонаполненного полиамида, при этом радиальное уплотнение подшипников осуществлено двумя уплотнительными кромками и конусным переходом шипов в тело крестовины, изготовленной из стали пониженной прокаливаемости с закалкой ТВУ, крепление же карданного вала с агрегатами транспортного средства выполнено во фланец-вилках через крестообразные торцовые шлицы, являющиеся одновременно центрирующим элементом, шлицевое соединение, представленное шлицевой втулкой с внутренними шлицами и цилиндрической наружной поверхностью - их рабочие поверхности покрыты антифрикционным полимерным материалом, а уплотнение шлицевого соединения выполнено в виде телескопической защиты с двухкромочным уплотнением из полиуретановой композиции, работающим по покрытой полимером цилиндрической поверхности втулки. Фиг. 1 Полезная модель относится к области машиностроения, а именно, к изготовлению карданных валов, которые могут быть использованы в грузовых автомобилях. Известны конструкции карданных валов, в которых стопорение подшипников осуществляется стопорными кольцами, установленными не по торцу подшипника, а по кольцевой проточке, выполненной по корпусу 47 подшипника, торцы крестовин работают по донышку подшипника без полимерных шайб, крестовины имеют конусный переход шипов в тело , который не является рабочим, а уплотнение в виде манжеты с поджимной пружиной осуществлено по вынесенной цилиндрической поверхности, фланцы же имеют плоскую торцевую поверхность с центрирующим буртиком и отверстиями под крепежные болты, а шлицевое соединение выполнено без полимерного покрытия с защитой в виде гофры 1. Недостатком известной конструкции является недолговечность шарнира, шлицевого соединения, большая трудоемкость сборки, монтажа и демонтажа карданного вала. Наиболее близким к предлагаемому является карданный вал, в котором стопорение подшипников произведено специальными крышками с двумя болтами, наличие в нем шарниров с игольчатыми подшипниками,для защиты которых применены радиальные резиновые самоотжимные (с помощью пружины) каркасные манжеты, крестовин, трение по торцу которых в паре крестовина-подшипник происходит сталь по стали, и изготовленных из цементуемых хромоникелесодержащих сталей. Крепление карданного вала к агрегатам автомобиля осуществлено с помощью плоских фланец-вилок посредством центрирующего буртика и восьми болтов. Шлицевое соединение выполнено прямобочным (контакт сталь по стали), защита шлицевого соединения осуществляется с помощью профильного резинового уплотнения, работающего по профилю шлицев и заключенного в специальную резьбовую обойму, которая заворачивается на вилку 2. Недостатком этой конструкции является также низкая долговечность шарнира, шлицевого соединения,трудоемкость сборки, монтажа и демонтажа карданного вала. Задачей полезной модели является повышение долговечности шарнира, шлицевого соединения, снижение трудоемкости сборки, монтажа и демонтажа карданного вала. Поставленная задача решается следующим образом. Карданный вал наземных транспортных средств содержит два шарнира с крестовинами и подшипниками, две фланец-вилки и подвижное шлицевое соединение. Крепление подшипников шарниров выполнено стопорными кольцами, а между донышком подшипника и торцом шипа крестовины установлены полимерные шайбы из углеродонаполненного полиамида, при этом радиальное уплотнение подшипника осуществлено двумя уплотнительными кромками и конусным переходом шипов в тело крестовины, изготовленной из стали пониженной прокаливаемости с закалкой ТВУ, крепление же карданного вала с агрегатами транспортного средства выполнено во фланец-вилках через крестообразные торцовые шлицы, являющиеся одновременно центрирующим элементом, а шлицевое соединение представлено шлицевой втулкой с внутренними шлицами и цилиндрической наружной поверхностью, покрытых антифрикционным полимерным материалом, а уплотнение шлицевого соединения выполнено в виде телескопической защиты с двухкромочным уплотнением из полиуретановой композиции, работающим по покрытой полимером цилиндрической поверхности втулки. Крепление подшипников шарниров производится стопорными пальцами вместо болтов через крышки подшипников, что дает возможность обеспечить в процессе сборки шарниров минимальные осевые зазоры в пределах до 0,06 мм вместо существующих 0,2 мм (сокращение более чем в три раза). За счет минимальных осевых зазоров в шарнирах карданных валов обеспечивается высокая точность при балансировке и повышается долговечность шарнира на 20 - 30 . Углеродонаполненные полиамидные шайбы устанавливаются между донышком подшипника и торцом шипа крестовины, что уменьшает влияние возникающих в процессе работы осевых сил, действующих вдоль шипа крестовины, значительно уменьшает коэффициент трения, исключаются явления схватывания торца шипа крестовины и донышка подшипника. Новый тип уплотнения подшипников с двумя уплотнительными кромками и конусным переходом шипов в тело крестовины защищает внутреннюю полость подшипника от загрязнения и повышает прочностные характеристики узла. Увеличен диаметр роликов, что повышает несущую способность шарнира. Это позволяет увеличить долговечность шарнира с более точной регулировкой осевого зазора в шарнире при тех же условиях эксплуатации в 1,5 - 2 раза. Шлицы и наружный диаметр втулки, по которому работает уплотнение, покрываются антифрикционным полимерным покрытием, что обеспечивает высокую износостойкость и уменьшает коэффициент трения в 2 - 3 раза, снижает осевые нагрузки на подшипниковые узлы коробки передач и заднего моста автомобиля примерно на 50 . Это техническое решение требует минимального технического обслуживания шлицевого соединения в процессе эксплуатации. Выполнение передач крутящего момента через крестообразные торцевые шлицы, являющиеся одновременно центрирующим элементом в известном решении позволяют крепление фланцев сократить с 8 - 12 болтов до 4-х болтов. Причем болты разгружены от усилий на срез. Полезная модель поясняется чертежом. На фиг. 1 представлен продольный разрез карданного вала, на фиг. 2 - шарнир карданного вала в разрезе, на фиг. 3 показан фланец карданного вала с элементами крепления. Карданный вал содержит стопорные кольца 1 крепления подшипников шарниров, полимерную торцовую шайбу 2 из углеродонаполненного полиамида УПА-6/30 между крестовиной и донышком подшипника, ра 2 47 диальное уплотнение 3 с двумя уплотнительными кромками 4, работающими по конусному переходу 5 шипов в тело крестовины 6, изготовленной из стали 60 ПП пониженной прокаливаемости с закалкой ТВУ, фланец-вилки 7 с крестообразными торцовыми шлицами 8 и отверстиями 9 для крепежных болтов, эвольвентное шлицевое соединение 10 со шлицевой втулкой 11, рабочие поверхности 12 и 13 которой покрыты антифрикционным покрытием, телескопическую защиту 14 с двухкромочным уплотнением 15 из полиуретановой композиции. Карданный вал наземных транспортных средств работает следующим образом. При изготовлении карданного вала установка стопорных колец 1 позволяет значительно уменьшить осевые зазоры в шарнире (в пределах 0,010,05 мм) за счет их подбора по толщине, что оказывает положительный эффект как на процесс балансировки, так и на работоспособность карданного вала в целом. Применение крестовины 6 из стали 60 ПП постоянной прокаливаемости с закалкой ТВУ позволяет значительно уменьшить затраты на ее изготовление и одновременно создать эффект значительного упрочнения поверхностного слоя (сопротивление износу) и вязкой сердцевины (сопротивление изгибающим нагрузкам). Установка карданного вала на автомобиль или другое транспортное средство осуществляется через крестообразные торцовые шлицы 8 на фланцах-вилках, которые одновременно являются и центрирующими элементами, и крепятся 4-мя болтами через отверстия 9. Крутящий момент передается торцовыми шлицами 8 и болты оказываются полностью разгруженными от передачи крутящего момента, т.е. на срез болты не работают, что позволяет уменьшить их количество. Уменьшение количества крепежных элементов позволяет значительно облегчить и ускорить монтаж и демонтаж карданных валов и применить болты с более низким классом прочности. При передаче крутящего момента от КПП на задний мост при движении автомобиля в карданном вале возникают переменные углы ( движение подвески на сжатие и отбой). При этом крестовина совершает пульсирующие вращательные движения. В этом случае трение торца крестовины 6 по донышку подшипника осуществляется через торцовую полимерную шайбу 2 из углеродонаполненного полиамида УПА-6/30, сочетание антифрикционных свойств и прочности которой позволяет снизить коэффициент трения, позволяет воспринимать большие удельные давления и исключить процесс схватывания. Применение радиального уплотнения 3 с двумя уплотнительными кромками 4, работающими по конусному переходу 5 шипов в тело крестовины 6 позволяет даже при износе рабочих уплотнительных кромок 4 сохранить его работоспособность за счет самоподжатия уплотнительной кромки 4 по поверхности конусного перехода 5. При ходах подвески (сжатие-отбой) карданный вал будет растягиваться или сжиматься, т.е. происходит движение эвольвентного шлицевого соединения 10 и элемента двухкромочного уплотнения 15. Применение антифрикционного полимерного покрытия на рабочих поверхностях 12 и 13 шлицевой втулки 11 позволяет снизить коэффициент трения в 3,55 раз по сравнению с трением сталь по стали и позволит увеличить долговечность шлицевого соединения в 23 раза. Кроме того, данное техническое решение снижает осевое усилие на 3040 , что в свою очередь повышает долговечность подшипников шарниров и в 1,52 раза повышает долговечность подшипников вторичного вала КПП и подшипников главных передач заднего и переднего мостов, а также деталей подвески силового агрегата автомобиля в целом. Соответственно происходит уменьшение осевых нагрузок на болты крепления карданных передач. Работа уплотнения 15 телескопической защиты 14 по полимерному покрытию практически не приводит к износу рабочих поверхностей и позволяет обеспечить герметичность на весь срок службы карданного вала. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.