Карданный вал наземных транспортных средств

КАРДАННЫЙ ВАЛ НАЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ(71) Заявители Открытое акционерное общество БЕЛКАРДЗакрытое акционерное общество ТЕХМАШ(72) Авторы Кравченко Виктор ИвановичКостюкович Геннадий АлександровичСеменяко Михаил МихайловичЛобозов Владимир ПетровичНикитин Сергей ИвановичКузнецов Анатолий Алексеевич(73) Патентообладатели Открытое акционерное общество БЕЛКАРДЗакрытое акционерное общество ТЕХМАШ(57) Карданный вал наземных транспортных средств, содержащий две фланец-вилки, каждая из которых имеет проушины с отверстиями и фланец с торцевыми шлицами, подвижное шлицевое соединение, состоящее из скользящей вилки, имеющей проушины с отверсти Фиг. 1 8028 1 2006.04.30 ями и хвостовик с наружными шлицами, и шлицевого вала, состоящего из соединенных между собой втулки с внутренними шлицами, трубы и приварной вилки, имеющей проушины с отверстиями, а также два шарнира, каждый из которых содержит крестовину и игольчатые подшипники, установленные на всех ее шипах и состоящие из наружного кольца и игольчатых роликов, причем игольчатые подшипники шарниров своими наружными кольцами размещены в отверстиях проушин фланец-вилок, скользящей вилки и приварной вилки шлицевого вала, при этом фланец-вилки, скользящая вилка, втулка и приварная вилка шлицевого вала выполнены из термообработанной стали, а крестовины,наружные кольца и игольчатые ролики выполнены из термообработанной стали пониженной прокаливаемости, отличающийся тем, что в качестве термообработанной стали для изготовления фланец-вилок, скользящей вилки и приварной вилки шлицевого вала применена сталь пониженной прокаливаемости, содержание углерода в которой выбрано от 0,40 до 0,65 мас. , подвергнутая предварительной термической обработке, заключающейся в использовании ковочного тепла, и окончательной термической обработке в виде объемно-поверхностной закалки с самоотпуском или отпуском в печи, причем средний условный диаметр действительного зерна аустенита составляет 0,0069 мм и 0,0049 мм с номером величины зерна 11 и 12 соответственно или составляет 0,0032 мм и 0,0027 мм с номером величины зерна 13 и 14 соответственно, при этом конечная микроструктура стали поверхностного слоя отверстий проушин фланец-вилок, скользящей вилки и приварной вилки шлицевого вала представляет собой скрытоигольчатый отпущенный мартенсит с твердостью 57-61 НСэ, а конечная микроструктура стали поверхностного слоя торцевых шлицов фланец-вилок, наружных шлицов хвостовика скользящей вилки и внутренних шлицов втулки шлицевого вала представляет собой скрытоигольчатый отпущенный мартенсит с твердостью 52-56 НСэ, кроме того конечная микроструктура всего объема и остальной поверхности фланец-вилок, скользящей вилки, а также втулки и приварной вилки шлицевого вала представляет собой троостит, троостосорбит или сорбит с твердостью 3045 НСэ. Изобретение относится к области машиностроения, а именно к карданным валам наземных транспортных средств и может быть использовано в трансмиссиях грузовых и легковых автомобилей, троллейбусов, трамваев и железнодорожных транспортных средствах. Кроме того, изобретение может быть использовано в прокатных станах. Известен шарнир карданного вала, содержащий крестовину и игольчатые подшипники, установленные на всех ее шипах и состоящие из наружного кольца и игольчатых роликов, причем крестовина, наружное кольцо и игольчатые ролики игольчатых подшипников выполнены из термообработанной стали пониженной прокаливаемости 1. Известен карданный вал наземных транспортных средств, содержащий две фланецвилки, каждая из которых имеет проушины с отверстиями и фланец с торцевыми шлицами, подвижное шлицевое соединение, состоящее из скользящей вилки, имеющей проушины с отверстиями и хвостовик с наружными шлицами, и шлицевого вала, состоящего из соединенных между собой втулки с внутренними шлицами, трубы и приварной вилки,имеющей проушины с отверстиями, а также два шарнира, каждый из которых содержит крестовину и игольчатые подшипники, установленные на всех ее шипах и состоящие из наружного кольца и игольчатых роликов, причем игольчатые подшипники шарниров своими наружными кольцами размещены в отверстиях проушин фланец-вилок, скользящей вилки и приварной вилки шлицевого вала, при этом фланец-вилки, скользящая вилка,втулка и приварная вилка шлицевого вала выполнены из термообработанной стали, а крестовины выполнены из термообработанной стали пониженной прокаливаемости 2. 8028 1 2006.04.30 Однако известный карданный вал наземных транспортных средств имеет следующие недостатки 1. Обладает недостаточной долговечностью шлицевых соединений. В случае, если фланец-вилки, скользящая вилка и втулка шлицевого вала подвергаются нормализации или улучшению, поверхность шлицов имеет малую твердость. В случае, если шлицы фланец-вилок, скользящей вилки и втулки шлицевого вала подвергаются закалке токами высокой частоты, то тело этих деталей по шлицам не упрочняется. 2. Имеет недостаточную долговечность отверстий проушин вилок, в которых размещены игольчатые подшипники, из-за воздействия на них рабочих динамических нагрузок. При этом увеличенный износ отверстий приводит к повышению уровня шума во время работы шарниров карданного вала. 3. Применение шлицевых соединений карданного вала с недостаточной твердостью,например, в незакаленном состоянии, ведет к увеличению габаритов карданного вала и к уменьшению передаваемого крутящего момента. 4. Все поковки карданного вала, т.е. вилки, втулки шлицевого вала, крестовины шарниров и наружные кольца игольчатых подшипников подвергаются термической обработке в виде нормализации или улучшения, что приводит в свою очередь к увеличению стоимости изготовления карданного вала в целом. Технической задачей изобретения является устранение перечисленных недостатков и создание карданного вала наземных транспортных средств, обладающего повышенной долговечностью шлицевых соединений и отверстий проушин вилок, уменьшенными размерами шлицевых соединений при передаче одинакового крутящего момента, что ведет к уменьшению расхода металла на карданный вал и, следовательно, к уменьшению его массы. Кроме того, ставится задача снижения стоимости изготовления предложенного карданного вала. Технический результат достигается тем, что предложен карданный вал наземных транспортных средств, содержащий две фланец-вилки, каждая из которых имеет проушины с отверстиями и фланец с торцевыми шлицами, подвижное шлицевое соединение, состоящее из скользящей вилки, имеющей проушины с отверстиями и хвостовик с наружными шлицами, и шлицевого вала, состоящего из соединенных между собой втулки с внутренними шлицами, трубы и приварной вилки, имеющей проушины с отверстиями, а также два шарнира, каждый из которых содержит крестовину и игольчатые подшипники,установленные на всех ее шипах и состоящие из наружного кольца и игольчатых роликов,причем игольчатые подшипники шарниров своими наружными кольцами размещены в отверстиях проушин фланец-вилок, скользящей вилки и приварной вилки шлицевого вала,при этом фланец-вилки, скользящая вилка, втулка и приварная вилка шлицевого вала выполнены из термообработанной стали, а крестовины, наружные кольца и игольчатые ролики выполнены из термообработанной стали пониженной прокаливаемости, отличительной особенностью которого является то, что в качестве термообработанной стали для изготовления фланец-вилок, скользящей вилки и приварной вилки щлицевого вала применена сталь пониженной прокаливаемости, содержание углерода в которой выбрано от 0,40 до 0,65 мас. , подвергнутая предварительной термической обработке, заключающейся в использовании ковочного тепла, и окончательной термической обработке в виде объемно-поверхностной закалки с самоотпуском или отпуском в печи, причем средний условный диаметр действительного зерна аустенита составляет 0,0069 мм и 0,0049 мм с номером величины зерна 11 и 12 соответственно или составляет 0,0032 мм и 0,0027 мм с номером величины зерна 13 и 14 соответственно, при этом конечная микроструктура стали поверхностного слоя отверстий проушин фланец-вилок, скользящей вилки и приварной вилки шлицевого вала представляет собой скрытоигольчатый отпущенный мартенсит с твердостью 57-61 э, а конечная микроструктура стали поверхностного слоя торцевых шлицов фланец-вилок, наружных шлицов хвостовика скользящей вилки и внутренних 3 8028 1 2006.04.30 шлицов втулки шлицевого вала представляет собой скрытоигольчатый отпущенный мартенсит с твердостью 52-56 э, кроме того конечная микроструктура всего объема и остальной поверхности фланец-вилок, скользящей вилки, а также втулки и приварной вилки шлицевого вала представляет собой троостит, троостосорбит или сорбит с твердостью 3045 э. Экспериментальные стендовые, а затем и натурные сравнительные испытания известного и предложенного карданных валов наземных транспортных средств показали, что с использованием всех отличительных признаков создана конструкция карданного вала наземных транспортных средств, обладающая повышенной на 15-20 долговечностью всех шлицевых соединений и всех рабочих отверстий проушин вилок, уменьшенными размерами шлицевых соединений при передаче одинакового крутящего момента, что в свою очередь привело к снижению на 8-10 расхода металла на карданный вал в целом и, как следствие, к снижению его массы. При этом одновременно достигнуто снижение стоимости изготовления деталей предложенной конструкции карданного вала наземных транспортных средств из-за упрощения и удешевления технологии термической обработки его деталей. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан карданный вал наземных транспортных средств, на фиг. 2 - разрез А-А по шарниру карданного вала, а на фиг. 3 - выносной элемент Б. Карданный вал наземных транспортных средств содержит две фланец-вилки 1, каждая из которых имеет проушины 2 с отверстиями 3 и фланец 4 с торцевыми шлицами 5, подвижное шлицевое соединение, состоящее из скользящей вилки 6, снабженной проушинами 2 с отверстиями 3 и хвостовиком 7 с наружными шлицами 8, и шлицевого вала,состоящего из соединенных между собой втулки 9 с внутренними шлицами 10, трубы 11 и приварной вилки 12, снабженной проушинами 2 с отверстиями 3, а также два шарнира,состоящих из крестовин 13, на шипах 14 которых установлены игольчатые подшипники 15 с игольчатыми роликами и наружным кольцом. Игольчатые подшипники 15 шарниров размещены в отверстиях 3 проушин 2 фланец-вилок 1, скользящей вилки 6 и приварной вилки 12 шлицевого вала, причем крестовины 13 выполнены из стали пониженной прокаливаемости, подвергнутой термической обработке. Фланец-вилки 1, скользящая вилка 6, а также шлицевая втулка 9 и приварная вилка 12 шлицевого вала также выполнены из стали пониженной прокаливаемости, подвергнутой предварительной термической обработке,заключающейся в использовании ковочного тепла и окончательной термической обработке, заключающейся в объемно-поверхностной закалке с самоотпуском или отпуском в печи. Средний условный диаметр действительного зерна аустенита составляет 0,0069 мм и 0,0049 мм (номер величины зерна 11 и 12) или составляет 0,0032 мм и 0,0027 мм (номер величины зерна 13 и 14). Содержание углерода в использованной стали выбрано от 0,40 до 0,65 мас. , при этом конечная микроструктура стали поверхностного слоя отверстий 3 проушин 2 фланец-вилок 1, скользящей вилки 6 и приварной вилки 12 шлицевого вала представляет собой скрытоигольчатый отпущенный мартенсит с твердостью 57-61 э,конечная микроструктура стали поверхностного слоя торцевых шлицов 4 фланца 5 фланец-вилок 1, наружных шлицов хвостовика скользящей вилки 6 и внутренних шлицов приварной втулки 12 шлицевого вала представляет собой скрытоигольчатый отпущенный мартенсит с твердостью 52-56 э, а микроструктура всего объема и остальной поверхности фланец-вилок 1, скользящей вилки 6, а также втулки 9 и приварной вилки 12 шлицевого вала представляет собой троостит, троостосорбит или сорбит с твердостью 30-45 э. Предложенный карданный вал имеет традиционную конструкцию, его установка на транспортное средство и эксплуатация является стандартной и не отличается от существующей в настоящее время. 8028 1 2006.04.30 Следует отметить, что изготовление предложенной конструкции карданного вала наземных транспортных средств из углеродистой конструкционной стали пониженной прокаливаемости целесообразнее изготовления известного карданного вала из традиционных материалов и по традиционной технологии из-за низкой стоимости стали пониженной прокаливаемости, значительно низких трудозатрат при термической обработке деталей карданного вала, а также за счет снижения его массы. Содержание химических элементов в стали пониженной прокаливаемости, а также технология изготовления деталей предложенного карданного вала наземных транспортных средств из нее является предметом НОУ-ХАУ, но при этом не требует для своего воплощения создания сложного технологического оборудования и привлечения больших материальных затрат. Технология изготовления деталей предложенного карданного вала наземных транспортных средств дает возможность получить их стабильную микроструктуру, которая и обеспечивает решение поставленной технической задачи с достижением заданного технического результата. Источники информации 1. Патент РФ 2176754, МПК 716 3/24, 3/26, В 60 К 17/22, 2001. 2. Патент на полезную модель РБ 47, МПК 7 В 60 К 17/22, 1999. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.