Модернизация кривошипного пресса КВ2132

4

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ульяновский государственный технический университет

Кафедра: “Материаловедение и ОМД”

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине

“Кузнечно-штамповочное оборудование”

Модернизация кривошипного пресса КВ2132

Выполнил студент группы ОМд-41

Бурмистров С.А.

Проверил преподаватель

Гудков И.Н.

Ульяновск 2015



Реферат

Курсовой проект по дисциплине «Кузнечно-штамповочное оборудование». Модернизация кривошипного пресса КВ2132 усилием 1,6МН . Бурмистров С.А.. - Ульяновск: УлГТУ, 2015.

В курсовом проекте представлен анализ и технические требования к кривошипному прессу для горячей и объемной штамповки КВ2132 усилием 1,6 МН и рассмотрены его основные узлы. Проведен патентный поиск, разработаны кинематическая и структурная схемы пресса, выбрана расчетная схема вала. Произведен расчет коленчатого вала, зубчатой передачи. Построены графики усилий по ползуну и усилий, допускаемых прочностью коленчатого вала и зубчатой передачи. Проведен расчет основных параметров пресса.

Оглавление

Введение

1. Патентный поиск

1.1 Патентный поиск

1.2 Патенты

2. Разработка структурной и кинематической схем пресса

2.1 Исходные данные для проектирования

2.2 Структурная схема пресса

2.3 Кинематическая сема пресса

3. Определение общего передаточного числа и разбивка его по ступеням передач

4. Выбор типа кривошипного вала

5. Расчет кривошипного вала

6. Определение приведенного относительного плеча

7. Расчет на прочность кривошипного вала и зубчатой передачи

8. Определение угла, усилия и момента заклинивания прочностью деталей

9. Определение параметров зубчатой передачи

10. Усилие по ползуну, допускаемое прочностью тихоходной передачи

11. Построение графика допускаемых усилий на ползуне прочностью оси и зубчатой передачи

12. Подбор типового графика рабочих нагрузок

13. Наложение графика рабочих нагрузок на график допускаемых усилий на ползуне

14. Кинематические параметры

Список литературы

Введение

В современном машиностроении до 80% всех деталей изготовляются методами обработки давлением на кузнечнопрессовом оборудовании. Детали тракторов и автомобилей, самолетов, турбин, тепловозов, телевизоров, холодильников, стиральных машин и т. д. - таков далеко не полный перечень машин, в производстве которых более половины деталей изготовляются ковкой и штамповкой. Технологические процессы штамповки применяются на металлообрабатывающих предприятиях как с массовым и крупносерийным, так и с мелкосерийным и единичным характером производства. Важнейшим элементом производственного процесса изготовления деталей методами обработки давлением являются кузнечнопрессовые машины (КПМ). В составе выпускаемого оборудования всё большее значение имеют автоматы, автоматизированные комплексы, оборудование для чистовой штамповки, а также кузнечнопрессовые машины с программным управлением.

Одна из главных задач при конструировании и изготовлении прессов состоит в повышении их надежности и долговечности. Современным машиностроением уже накоплен значительный опыт проектирования и обоснования выбора того или иного типа конструкции какого-либо узла пресса.

Важным вопросом при проектировании современных машин является выбор основных параметров. На основные параметры и размеры большинства универсальных кузнечно-штамповочных машин основные параметры выбираются на основании требований технологического процесса и опыта эксплуатации наиболее прогрессивного оборудования подобного типа. Очень важным при этом является характер изменения рабочих нагрузок на рабочем звене (бойке, ползуне, траверсе). Выбор кинематических схем машин, узлов и их конструкции в основном производят, используя рациональный опыт машиностроения и проектирования аналогичных машин.

Целью курсовой работы является модернизация однокривошипного пресса КВ2132.

1. Патентный поиск

1.1 Патентный поиск

1)№ 2548222-Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть применено в силовых передачах, а именно в быстроходных трансмиссионных валах с шарнирами равных угловых скоростей (подвижных в осевом направлении), передающих крутящий момент в направлении от силового агрегата транспортного средства к движителю. Технический результат заявляемого изобретения: улучшение технических характеристик карданного вала с шарнирами равных угловых скоростей трения качения, а именно увеличение максимальных рабочих углов его шарниров и увеличение относительного перемещения их корпусов и вала, что позволяет использовать карданный вал для транспортных средств с увеличенными клиренсом и ходом подвески.

2)№2547338-Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к быстроходным трансмиссионным валам силовой передачи с шарнирами равных угловых скоростей, подвижных в осевом направлении. Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в исключении возможности в шарнирах приводного вала соударения их металлических управляющих втулок об опоясывающие упорные бурты металлического вала, что исключает повреждения соударяющихся деталей и шум, и как следствие, повышает надежность в целом приводного вала (повышается и за счет изменений в герметизации каждого шарнира снаружи).

3)№71518- Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть применена в быстроходных трансмиссионных валах силовой передачи с шарнирами равных угловых скоростей, подвижных в осевом направлении.

Технический результат от использования полезной модели заключается в упрощении конструкции приводного вала при обеспечении ограничения продольной подвижности вала, надежности, долговечности чехла и в целом шарнира приводного вала при высоких оборотах.

4)№2216661- Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано в быстроходных трансмиссионных валах силовой передачи на шарнирах равных угловых скоростей, особенно на шарнирах, подвижных в осевом направлении. Задача изобретения: обеспечение надежности, долговечности чехла и в целом шарнира трансмиссионного вала при высоких оборотах, а также упрощение конструкции чехла.

Вывод по патентному поиску:

Из рассмотренных изобретений, позволяющих модернизировать кривошипный пресс, предпочтительным является изобретение №2, так как исключает возможность в шарнирах приводного вала соударения их металлических управляющих втулок об опоясывающие упорные бурты металлического вала, что исключает повреждения соударяющихся деталей и шум и, как следствие, повышает надежность в целом приемного вала

1.2 Патенты

На первом этапе мной был проведен патентный поиск подобных устройств среди разработок за последние 20 лет:



ГОФРИРОВАННЫЙ ЧЕХОЛ ШАРНИРА РАВНЫХ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ БЫСТРОХОДНОГО ТРАНСМИССИОННОГО ВАЛА

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано в быстроходных трансмиссионных валах силовой передачи на шарнирах равных угловых скоростей, особенно на шарнирах, подвижных в осевом направлении. Гофрированный чехол шарнира равных угловых скоростей быстроходного трансмиссионного вала содержит гофрированный участок, соединенный с установленными на корпусе шарнира и вала участками большего и меньшего диаметров. Участки большего и меньшего диаметров чехла соединены с гофрированным участком посредством малоподвижных в радиальном направлении элементов. При этом гофрированный участок содержит два гофра и каждый из гофр выполнен с наружным диаметром, не превышающим 0,058 м, на каждой же из впадин чехла выполнен усилительный прилив, обращенный к валу. Технический результат - обеспечение надежности и долговечности чехла, упрощение его конструкции. 1 ил.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть применено в быстроходных трансмиссионных валах силовой передачи на их шарнирах равных угловых скоростей, особенно на шарнирах равных угловых скоростей, подвижных в осевом направлении.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является гофрированный чехол быстроходного шарнира равной угловой скорости, заявка РСТ 93/06379, МПК 6 F 16 D 3/84, публикация 01.04.93 г., содержащий гофрированный чехол, установленный участком большего диаметра на корпусе шарнира, а участком меньшего диаметра - на валу. Гофрированный чехол содержит два участка гофр, которые связаны между собой армированным участком для придания чехлу прочности с целью предотвращения излишнего его раздувания в средней части при больших оборотах шарнира. Гофр, соединенный с участком большего диаметра чехла, выполнен с наружным диаметром, превышающим наружный диаметр корпуса шарнира. Обе стенки каждого гофра чехла выполнены почти параллельно друг другу, а одна из стенок гофра наименьшего наружного диаметра выполнена с плавным переходом ее в участок меньшего диаметра чехла, которым он установлен на валу.

Недостатками такой конструкции являются сложность конструкции чехла, так как он выполнен из двух гофрированных участков, соединенных армированным участком, что влечет при его изготовлении использование сложных разъемных пресс-форм; большая материалоемкость чехла, т.к. он имеет достаточно большие длину, диаметр и количество гофр; наличие у чехла армированного участка предотвращает его деформацию (раздувание), особенно его средней части, в радиальном направлении до определенного числа оборотов шарнира (примерно до 4000 об/мин) трансмиссионного вала, но так как гофр, соединенный с участком большего диаметра чехла, выполнен с наружным диаметром, превышающим наружный диаметр корпуса шарнира, и так как обе стенки этого гофра и обе стенки гофра, соединенного с участком меньшего диаметра чехла (которым он установлен на валу), имеют большую подвижность в радиальном направлении, то при большим повышении оборотов шарнира (например, до 6000 об/мин) происходит значительная деформация гофр в радиальном направлении, а это в конечном итоге приводит к снижению надежности и долговечности чехла и в целом шарнира трансмиссионного вала.

Задача изобретения: обеспечение надежности, долговечности чехла и в целом шарнира трансмиссионного вала при высоких оборотах, а также упрощение конструкции чехла.

Для этого в гофрированном чехле шарнира равных угловых скоростей быстроходного трансмиссионного вала, содержащим гофрированный участок, соединенный с установленными на корпусе шарнира и вала участками большего и меньшего диаметра, согласно изобретению, участки большего и меньшего диаметра чехла соединены с гофрированным участком посредством малоподвижных в радиальном направлении элементов, а гофрированный участок содержит не более двух гофр, у каждого из гофр одна из стенок расположена под углом от -3^o до +3^o относительно плоскости перпендикулярной к валу, а вторая его стенка, сопряженная с первой, расположена под углом не более 50^o к ней, причем каждый из гофр выполнен с наружным диаметром не превышающим 0,058 м, а на каждой из впадин чехла выполнен усилительный прилив, обращенный к валу.

Сравнение заявляемого технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета показывает, что совокупность существенных признаков этого решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

На чертеже показан фрагмент трансмиссионного вала с шарниром и установленным на нем гофрированным чехлом, продольный разрез.

Гофрированный чехол 1 шарнира 2 равных угловых скоростей быстроходного трансмиссионного вала 3 содержит гофрированный участок 4, который соединен посредством малоподвижных в радиальном направлении элементов 5 и 6 с соответствующими участками 7 и 8 большего и меньшего диаметра. Гофрированный чехол 1 установлен участком 7 большего диаметра на корпусе 9 шарнира 2, а участком 8 меньшего диаметра - на валу 3.

Гофрированный участок 4 чехла 1 выполнен не более чем из двух гофр, в частном случае исполнения - из двух соединенных между собой гофр 10 и 11. Одна из стенок 12 каждого из гофр 10 и 11 может быть выполнена с расположением под углом от -3^o до +3^o относительно плоскости, перпендикулярной к валу 3, в частном случае исполнения стенки 12 каждого из гофр 10 и 11 выполнены перпендикулярно к валу 3 (т.е. под углом 0^o к плоскости, перпендикулярной к валу 3). Вторая же стенка 13, сопряженная с первой стенкой 12, каждого из гофр 10 и 11 расположена под углом не более 50^o к ней (т.е. под углом 50^o и менее). Гофрированный участок 4 чехла 1 соединен с малоподвижным в радиальном направлении элементом 5 стенкой 13 гофра 10, а с малоподвижным в радиальном направлении элементом 6 - стенкой 12 гофра 11, причем элемент 6 в частном случае исполнения практически плавно (без каких-либо конструктивных переходов) переходит в стенку 12 гофра 11. Каждый из гофр 10 и 11 выполнен с наружным диаметром, не превышающим 0,058 м (т.е. 0,058 м и менее), в частном случае исполнения - наибольший гофр 10 из гофр 10 и 11 выполнен диаметром примерно равным 0,052 м. На каждой из впадин чехла 1 в частном случае исполнения на впадине 14 чехла 1, образованной стенкой 13 гофра 10 и малоподвижным в радиальном направлении элементом 5, и на впадине 15 чехла 1, образованной стенкой 12 гофра 10 и стенкой 13 гофра 11, выполнены усилительные приливы 16 и 17 соответственно, которые обращены в сторону вала 3, т.е. усилительные приливы 16 и 17 выполнены на вершинах впадин 14 и 15 чехла 1, на его внутренней поверхности. Усилительные приливы 16 и 17 впадин 14 и 15 выполняют функцию усилительных ребер.

Малоподвижность в радиальном направлении элементов 5 и 6 обеспечивается тем, что, во-первых, они выполнены с расположением практически почти перпендикулярно валу 3, во-вторых, они присоединены к таким местам участков 7 и 8 большего и меньшего диаметра чехла 1, которые надежно прижаты (закреплены) к корпусу 9 шарнира 2 и валу 3, в частном случае исполнения участки 7 и 8 чехла закреплены на корпусе 9 и валу 3 дополнительными устройствами 18 и 19 соответственно.

Указанные в заявляемом техническом решении на изобретение, в конструкции чехла диапазон количества гофр (один или два), диапазон наружного диаметра каждого из гофр (не превышающий 0,058 м, расположение стенки 12 каждого из гофр относительно вала 3 (точнее относительно плоскости, перпендикулярной к валу 3 под углом от -3^o до +3^o), взаимное расположение стенок 12, 13 каждого из гофр (стенка 13, каждого из гофр 10 и 11 расположена под углом не более 50^o к стенке 12), а также конструктивное выполнение и взаиморасположение малоподвижных в радиальном направлении элементов 5, 6 по отношению к составляющим гофрированного участка 4 и по отношению к участкам 7, 8 большего и меньшего диаметра, были определены и подтверждены расчетно-эксперементальным методом на многочисленных опытных образцах, подвергшихся испытаниям при максимально допустимых эксплутационных условиях, таких как максимальные обороты (до 6000 об/мин) шарнира 2 равных угловых скоростей быстроходного трансмиссионного вала 3, максимальные углы излома шарнира 2, широкий температурный диапазон.

Гофрированный чехол 1 обеспечивает надежную защиту шарнира 2 от вредно влияющих факторов (грязь, влага и т.д.) внешней среды во всем диапазоне эксплутационных характеристик быстроходного трансмиссионного вала 3. При вращении вала 3 с оборотами, близкими к номинальным, имеется тенденция к "раздуванию" чехла 1 от действия центробежных сил, т.е. гофры 10 и 11 стремятся раскрыться, что усугубляется наличием в их полостях смазки и перемещением (сжатием, растяжением) гофр, в случае, если шарнир является подвижным в осевом направлении. Это может привести к потере устойчивости чехла 1 в целом и его разрыву.

Выполнение же заявляемой конструкции чехла 1 с определенным количеством гофр (один или два гофра), выполнение каждого из них с определенными наружными диаметрами и с определенным расположением стенок 12 относительно вала 3 и с определенным взаимным расположением стенок 12, 13, а также определенное конструктивное выполнение и взаиморасположение малоподвижных в радиальном направлении элементов 5, 6 по отношению к составляющим гофрированного участка 4 и по отношению к участкам 7, 8 большего и меньшего диаметра, и к тому же выполнение усилительных приливов 16, 17 на каждой из впадин 14, 15 чехла 1 предотвращает "раздувание" чехла при вращении вала 3 с оборотами, близкими к номинальным, и обеспечивает надежность, долговечность чехла и в целом шарнира трансмиссионного вала, а также упрощает конструкцию чехла, по сравнению с конструкцией чехла прототипа.

Формула изобретения

Гофрированный чехол шарнира равных угловых скоростей быстроходного трансмиссионного вала, содержащий гофрированный участок, соединенный с установленными на корпусе шарнира и вала участками большего и меньшего диаметров, причем участок меньшего диаметра чехла соединен с гофрированным участком посредством малоподвижного в радиальном направлении элемента, отличающийся тем, что участок большего диаметра чехла соединен с гофрированным участком посредством малоподвижного в радиальном направлении элемента, а гофрированный участок содержит два гофра, причем каждый из гофр выполнен с наружным диаметром, не превышающим 0,058 м, на каждой же из впадин чехла выполнен усилительный прилив, обращенный к валу.

ПРИВОДНОЙ ВАЛ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к быстроходным трансмиссионным валам силовой передачи с шарнирами равных угловых скоростей, подвижных в осевом направлении. Приводной вал содержит кинематически связанные с концами вала шарниры равных угловых скоростей с гофрированными чехлами. Каждый гофрированный чехол соединен с корпусом шарнира и валом установочными участками большего и меньшего диаметров. Приводной вал содержит опоясывающие упорные бурты на каждом из концов вала перед управляющей втулкой каждого шарнира, полости которых снаружи герметизированы. На каждом конце вала, перед опоясывающим упорным буртом, выполнен с диаметром, превышающим внутренний диаметр управляющей втулки шарнира, посадочный участок, на котором установлено демпфирующее кольцо, ширина которого превышает ширину посадочного участка, а наружный диаметр которого составляет величину не менее величины наружного диаметра опоясывающего упорного бурта. Полость каждого шарнира герметизирована снаружи посредством выполненной в виде тела вращения пластмассовой заглушки, установленной с натягом установочной частью в полости шарнира и имеющей донную часть, состоящую из поперечно расположенного к оси вращения заглушки круглого центрального участка и наклонно расположенного к этой оси кольцевого участка. Достигается исключение возможности в шарнирах приводного вала соударения их металлических управляющих втулок об опоясывающие упорные бурты металлического вала, что исключает повреждения соударяющихся деталей и шум. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.



Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть применено в качестве быстроходного трансмиссионного вала силовой передачи с шарнирами равных угловых скоростей, подвижных в осевом направлении.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является приводной вал транспортного средства, патент РФ на ПМ 72518, МПК ⁷ F16D 3/26, публ. 20.04.2008 г., содержащий кинематически связанные с концами вала шарниры равных угловых скоростей подвижного типа и гофрированные чехлы, каждый из которых соединен с корпусом шарнира и валом установочными участками большего и меньшего диаметров соответственно посредством малоподвижных в осевом направлении элементов. Корпус каждого из шарниров выполнен полым и имеет дорожки качения на внутренней цилиндрической поверхности. Вал расположен внутри корпуса шарнира и на нем неподвижно закреплена обойма, на которой выполнены дорожки качения. Расположенные в дорожках качения шарики установлены в окнах сепаратора, подвижно соединенного через сферическое соединение с управляющей втулкой шарнира, которая свободно установлена на конце вала с возможностью вращения и осевого перемещения относительно него с упором в опоясывающий упорный бурт на этом конце вала. С наружной (задней) стороны корпус каждого шарнира герметизирован крышкой, обрезиненной на участке внутренней стороны и закрепленной отогнутым фланцем по наружному диаметру на установочном пояске у наружного (заднего) торца шарнира. Крышка ограничивает перемещения сепаратора шарнира путем упора в ее обрезиненный (демпфирующий) слой.

Одним из основных недостатков данного технического решения является большая вероятность при торможении или резком разгоне транспортного средства удара управляющей втулки одного из шарниров об опоясывающий упорный бурт вала, что сопровождается шумом, а точнее «щелчком» и, естественно, ухудшает комфортабельность транспортного средства. Другими недостатками данного технического решения являются: низкая технологичность изготовления крышки и корпуса шарнира, так как для этого надо использовать два разных материала, которые необходимо соединить (в частности, вулканизировать) на специальном оборудовании, и так как необходимо точно изготовить элементы крепления на крышке и корпусе шарнира, а именно необходимо точное соблюдение соответствующих размеров сопряженных поверхностей крышки и корпуса шарнира; недостаточно надежная установка крышки на шарнире из-за не всегда выполняемого условия соблюдения размеров сопряженных поверхностей крышки и корпуса шарнира, а это может привести в эксплуатации при определенных условиях, например, при неравномерном нагреве корпуса шарнира и крышки, к нарушению герметичности шарнира, что в конечном итоге приведет к преждевременному износу деталей шарнира.

Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в исключении возможности в шарнирах приводного вала соударения их металлических управляющих втулок об опоясывающие упорные бурты металлического вала, что исключает повреждения соударяющихся деталей и шум (так называемые «щелчки» при соударениях), и как следствие, повышает комфортабельность транспортного средства и повышает надежность в целом приводного вала, последняя из которых повышается и за счет изменений в герметизации каждого шарнира снаружи, сопровождающихся повышением надежности герметизации с сохранением функций ограничения перемещения сепаратора с исключением возможности соударения его о другие металлические элементы шарнира.

Указанный технический результат достигается тем, что в приводном вале транспортного средства, содержащем кинематически связанные с концами вала шарниры равных угловых скоростей с гофрированными чехлами, каждый из которых соединен с корпусом шарнира и валом установочными участками большего и меньшего диаметров, опоясывающие упорные бурты на каждом из концов вала перед управляющей втулкой каждого шарнира, полости которых снаружи герметизированы, согласно изобретения, на каждом конце вала, перед опоясывающим упорным буртом, выполнен с диаметром превышающем внутренний диаметр управляющей втулки шарнира посадочный участок, на котором установлено демпфирующее кольцо, ширина которого превышает ширину посадочного участка, а наружный диаметр которого составляет величину не менее величины наружного диаметра опоясывающего упорного бурта, причем полость каждого шарнира герметизирована снаружи посредством выполненной в виде тела вращения пластмассовой заглушки, установленной с натягом установочной частью в полости шарнира и имеющей донную часть, состоящую из поперечно расположенного к оси вращения заглушки круглого центрального участка и наклонно расположенного к этой оси кольцевого участка.

В частном случае, посадочный участок на каждом конце вала ограничен опоясывающим упорным буртом и участком образующей поверхности опоясывающей канавки.

В частном случае, каждое демпфирующее кольцо приводного вала выполнено цилиндрическим.

В частном случае, каждое демпфирующее кольцо приводного вала выполнено из термоэластопласта.

В частном случае, на наружной поверхности установочной части каждой заглушки приводного вала выполнено два выступающих наружу уплотняющих пояска.

В частном случае, диаметр круглого центрального участка донной части каждой заглушки приводного вала превышает половину наружного диаметра установочной части заглушки.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно оно соответствует условию патентоспособности «новизна».

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предлагаемое решение имеет признаки, отсутствующие в известных решениях, а их использование в заявляемой совокупности признаков дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется на чертежах:

Фиг.1. - приводной вал транспортного средства;

Фиг.2. - шарнир равных угловых скоростей с гофрированным чехлом приводного вала транспортного средства (отдельный вид);

Фиг.3. - вид А на фиг. 1 и 2.

Приводной вал 1 транспортного средства содержит кинематически связанные с концами 2 вала 1 шарниры равных угловых скоростей 3 с гофрированными чехлами 4, каждый из которых соединен с корпусом 5 шарнира 3 и валом 1 установочными участками большего 6 и меньшего 7 диаметров, опоясывающие упорные бурты 8 на каждом из концов 2 вала 1 перед управляющей втулкой 9 каждого шарнира 3, полости 10 которых снаружи герметизированы.

Каждый из шарниров равных угловых скоростей 3 содержит, кроме корпуса 5 с дорожками качения, шарики 11, расположенные в корпусе 5, в окнах сепаратора 12 и в дорожках качения обоймы 13, неподвижно закрепленной на конце 2 вала 1, причем сепаратор 12 подвижно соединен через сферическое соединение с управляющей втулкой 9 шарнира 3, которая свободно установлена на конце 2 вала 1.

На каждом конце 2 вала 1, перед опоясывающим упорным буртом 8 (т.е. со стороны этого конца 2 вала 1 до этого упорного бурта 8), выполнен с диаметром «d ₁» превышающем внутренний диаметр «d₂ » управляющей втулки 9 шарнира 3 посадочный участок 14, на котором установлено демпфирующее кольцо 15, ширина «S ₁» которого превышает ширину «S₂» посадочного участка 14, а наружный диаметр «d₃ » которого составляет величину не менее величины наружного диаметра «d₄» опоясывающего упорного бурта 8.

Полость 10 каждого шарнира 3 герметизирована снаружи посредством выполненной в виде тела вращения пластмассовой заглушки 16, установленной с натягом установочной частью 17 в полости 10 шарнира 3 и имеющей донную часть 18, состоящую из поперечно расположенного к оси вращения «L» заглушки круглого центрального участка 19 и наклонно расположенного к этой оси «L» кольцевого участка 20. В частном случае, заглушка 16 выполнена из термостойкой пластмассы.

В частном случае, показанном на фигурах, посадочный участок 14 на каждом конце 2 вала 1 ограничен опоясывающим упорным буртом 8 и участком 21 образующей поверхности опоясывающей канавки 22.

В частном случае, показанном на фигурах, каждое демпфирующее кольцо 15 приводного вала 1 выполнено цилиндрическим.

В частном случае, показанном на фигурах, каждое демпфирующее кольцо 15 приводного вала 1 выполнено из термоэластопласта.

В частном случае, показанном на фигурах, на наружной поверхности установочной части 17 каждой заглушки 16 приводного вала 1 выполнено два выступающих наружу уплотняющих пояска 23.

Каждый из уплотняющих поясков 23 установочной части 17 каждой заглушки 16 имеет в поперечном сечении треугольную форму с угловой вершиной и с наклонно и поперечно расположенными относительно оси вращения «L» заглушки 16 образующими наклонной и поперечной поверхностей соответственно.

В частном случае, показанном на фигурах, диаметр «D ₁» круглого центрального участка 19 донной части 18 каждой заглушки 16 приводного вала 1 превышает половину наружного диаметра «D₂» установочной части 17 заглушки 16.

Сборка и установка приводного вала осуществляется следующим образом.

На каждый конец 2 вала 1 установочным участком меньшего диаметра 7 устанавливают чехлы 4 с последующим закреплением этих участков 7 (посредством хомутов), а затем производят сборку шарниров 3 с валом 1. Затем шарниры 3 перемещают вдоль вала 1 к его середине и надевают на корпуса 5 шарниров 3 установочные участки больших диаметров 6 чехлов 4 с последующим закреплением этих участков 7 (посредством хомутов). Далее в полости 10 шарниров 3 закладывают смазку и устанавливают снаружи шарниров в полости 10 заглушки 16 методом запрессовки. В процессе запрессовки заглушки 16 в полость 10 шарнира 3 ее уплотняющие пояски 23 сжимаются своими вершинами и образуют лабиринтное уплотнение между поверхностями поясков 23 и внутренней поверхностью корпуса 5 шарнира 3, тем самым образуя герметичное надежное уплотнение с обеспечением надежной герметизации полости 10 шарнира 3. Потом собранный приводной вал устанавливают на транспортном средстве, причем чехлы 4 несколько растягиваются до напряженного состояния, это необходимо для возвращения вала 1 в исходное состояние после его осевых смещений при работе.

Работа конструкции приводного вала транспортного средства в эксплуатации заключается в следующем.

Крутящий момент, например, от коробки передач транспортного средства передается на корпус 5 одного из шарниров 3, например «левого» шарнира 3 на фиг.1, приводного вала, далее с корпуса 5 через шарики 11 на обойму 13 этого шарнира 3, а с нее на вал 1, и далее с обоймы 13 другого шарнира 3, в частности «правого» шарнира 3 на фиг.1, через шарики 11 на корпус 5 этого «правого» шарнира 3, а с него на ведущий мост транспортного средства.

При резком торможении (или разгоне) транспортного средства, вследствие действия прежде всего инерционной силы от вала 1, он перемещается влево (или вправо - при разгоне), т.е. входит в «левый» на фиг.1 шарнир 3 (или входит в «правый» на фиг.1 шарнир 3), что приводит к тому, что вал 1, двигаясь влево (или вправо), перемещает демпфирующее кольцо 15 и упирает его одним из торцов в управляющую втулку 9, которое (кольцо 15) вторым торцом контактирует с торцом упорного бурта 8, тем самым исключается, по сравнению с прототипом, непосредственный контакт «металл о металл» упорного бурта 8 вала 1 и управляющей втулки 9 шарнира 3, а далее, если ускорение замедления (или ускорения) окажется настолько значимым, что после сжатия демпфирующего кольца 15, при упоре его в управляющую втулку 9 шарнира 3 и после преодоления напряженного состояния чехлов 4 (эффекта пружинения чехлов 4), у вала 1 и внутренних деталей шарнира 3 останется еще энергия перемещения их влево (или вправо) сепаратор 12 упрется в заглушку 16, а именно в наклонно расположенный к ее оси «L» кольцевой участок 20 ее донной части 17, тем самым, как и у прототипа, заглушкой 16 обеспечивается функция ограничения перемещения сепаратора 12 с исключением возможности соударения его о другие металлические элементы шарнира, но в то же время, заглушка 16, по сравнению с герметизацией прототипа обрезиненной крышкой, закрепленной отогнутым фланцем на установочном пояске шарнира, обеспечивает герметичное надежное уплотнение между ней (заглушка 16) и корпусом 5 шарнира 3 с обеспечением надежной герметизации его полости 10, что повышает надежность в целом приводного вала. Выполнение герметизации каждого шарнира пластмассовой заглушкой 16, по сравнению с прототипом, повышает технологичность изготовления заглушки 16, так как она выполнена в виде детали из однородного материала - не требующей дополнительного оборудования для высокоточной обработки посадочных поверхностей.

В результате выполнения на каждом конце вала, перед опоясывающим упорным буртом, с диаметром, превышающим внутренний диаметр управляющей втулки шарнира посадочного участка, на котором установлено демпфирующее кольцо, ширина которого превышает ширину посадочного участка, а наружный диаметр которого составляет величину не менее величины наружного диаметра опоясывающего упорного бурта, и выполнение герметизации полости каждого шарнира снаружи посредством выполненной в виде тела вращения пластмассовой заглушки, установленной с натягом установочной частью в полости шарнира и имеющей донную часть, состоящую из поперечно расположенного к оси вращения заглушки круглого центрального участка и наклонно расположенного к этой оси кольцевого участка - технический результат, в заявляемом техническом решении приводного вала, заключающийся в исключении возможности в шарнирах приводного вала соударения их металлических управляющих втулок об опоясывающие упорные бурты металлического вала, что исключает повреждения соударяющихся деталей и шум и, как следствие, повышает комфортабельность транспортного средства и повышает надежность в целом приводного вала, последняя из которых повышается и за счет изменений в герметизации каждого шарнира снаружи, сопровождающихся повышением надежности герметизации с сохранением функций ограничения перемещения сепаратора с исключением возможности соударения его о другие металлические элементы шарнира, достигается.

Формула изобретения

1. Приводной вал транспортного средства, содержащий кинематически связанные с концами вала шарниры равных угловых скоростей с гофрированными чехлами, каждый из которых соединен с корпусом шарнира и валом установочными участками большего и меньшего диаметров, опоясывающие упорные бурты на каждом из концов вала перед управляющей втулкой каждого шарнира, полости которых снаружи герметизированы, отличающийся тем, что на каждом конце вала, перед опоясывающим упорным буртом, выполнен с диаметром, превышающим внутренний диаметр управляющей втулки шарнира, посадочный участок, на котором установлено демпфирующее кольцо, ширина которого превышает ширину посадочного участка, а наружный диаметр которого составляет величину не менее величины наружного диаметра опоясывающего упорного бурта, причем полость каждого шарнира герметизирована снаружи посредством выполненной в виде тела вращения пластмассовой заглушки, установленной с натягом установочной частью в полости шарнира и имеющей донную часть, состоящую из поперечно расположенного к оси вращения заглушки круглого центрального участка и наклонно расположенного к этой оси кольцевого участка.

2. Приводной вал по п. 1, отличающийся тем, что посадочный участок на каждом конце вала ограничен опоясывающим упорным буртом и участком образующей поверхности опоясывающей канавки.

3. Приводной вал по п. 1, отличающийся тем, что каждое демпфирующее кольцо выполнено цилиндрическим.

4. Приводной вал по пп. 1, 3, отличающийся тем, что каждое демпфирующее кольцо выполнено из термоэластопласта.

5. Приводной вал по п. 1, отличающийся тем, что на наружной поверхности установочной части каждой заглушки выполнено два выступающих наружу уплотняющих пояска.

6. Приводной вал по п. 1, отличающийся тем, что диаметр круглого центрального участка донной части каждой заглушки превышает половину наружного диаметра ее установочной части.

РИСУНКИ



КАРДАННЫЙ ВАЛ С ШАРНИРАМИ РАВНЫХ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ ТРЕНИЯ КАЧЕНИЯ

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть применено в силовых передачах, а именно в быстроходных трансмиссионных валах с шарнирами равных угловых скоростей. Карданный вал с шарнирами равных угловых скоростей трения качения (1) содержит кинематически связанные с концами (2) вала (3) шарниры (1), каждый из которых включает в себя полый корпус (4), герметизированный сзади и имеющий дорожки качения (5), на конце (2) вала (3) посредством шлицевого соединения (6) установлена обойма (7) с дорожками качения (8), управляющую втулку (9) с возможностью скольжения по валу (3) и с возможностью контакта первым из своих торцов (10) с упором (11), а вторым торцом (12) - с торцом (13) обоймы (7), шарики (14), установленные в дорожках качения (5, 8) и в окнах (15) сепаратора (16), имеющего сферические участки (17, 18). Шарниры (1) герметизированы спереди гофрированными чехлами (20), каждый из которых установлен на посадочных участках (21, 22) корпуса (4) и конце (2) установочными участками большего (23) и меньшего (24) диаметров соответственно. Втулка (9) каждого шарнира (1) зафиксирована от возможности поворота относительно конца (2) выполненными в ней и на конце (2) соответствующими взаимодействующими элементами (25) и (26) и выполнена с выемками (27) для шариков (14) и расположенными соответственно напротив дорожек качения (8) с образованием между ними в теле втулки (9) выступающих клювиков (28), на которых выполнены участки сферической поверхности (19), контактирующей со сферическим участком (18). Донные части (29) образующих поверхностей выемок (27) втулки (9) каждого шарнира (1) расположены между плоскостями ( ) и ( ) ее первого (10) и второго (12) торцов соответственно. Технический результат: улучшение технических характеристик карданного вала, а именно увеличение максимальных рабочих углов его шарниров и увеличение относительного перемещения их корпусов и вала, что позволяет использовать карданный вал для транспортных средств с увеличенными клиренсом и ходом подвески. 8 з.п. ф-лы, 12 ил.



Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть применено в силовых передачах, а именно в быстроходных трансмиссионных валах с шарнирами равных угловых скоростей (подвижных в осевом направлении), передающих крутящий момент в направлении от силового агрегата транспортного средства к движителю.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является приводной вал транспортного средства, патент РФ на ПМ 72518, МПК 7 F16D 3/26, публ. 20.04.2008 г., содержащий кинематически связанные с концами вала шарниры равных угловых скоростей подвижного типа и гофрированные чехлы, каждый из которых соединен с корпусом шарнира и валом установочными участками большего и меньшего диаметров соответственно. Установочный участок большего диаметра каждого гофрированного чехла установлен на ровной поверхности наружной проточки корпуса шарнира и выполнен с кольцевыми канавками на внутренней поверхности, образующими в продольном сечении чехла эту поверхность изогнутой в виде чередующихся обращенных внутрь и наружу выступов. Установочный участок меньшего диаметра каждого гофрированного чехла установлен на ровной поверхности проточки вала, начинающейся от упорного бурта на его конце до его ступеньки, от которой до ступеньки второго конца вала образован средний участок вала большего диаметра, причем при установке чехла на вал торец его установочного участка меньшего диаметра располагают с упором в ступеньку, а затем фиксируют хомутом. Установочный участок меньшего диаметра каждого гофрированного чехла выполнен с ровной внутренней поверхностью. Корпус каждого из шарниров выполнен полым и имеет дорожки качения на внутренней цилиндрической поверхности. Вал расположен внутри корпуса шарнира, и на нем (на вале) посредством шлицевого соединения установлена обойма, которая закреплена на вале распорным кольцом. На обойме выполнены дорожки качения, а шлицевое соединение ее с валом образовано эвольвентными прямыми шлицами на обеих деталях. Расположенные в дорожках качения шарики установлены в окнах сепаратора, подвижно соединенного через сферическое соединение с управляющей втулкой шарнира, которая свободно установлена на конце вала с возможностью вращения и осевого перемещения относительно него с упором в опоясывающий упорный бурт на этом конце вала. Сепаратор каждого шарнира выполнен по наружной поверхности конусообразным с расположением основания к наружной (задней) стороне корпуса шарнира, а усеченной вершины - к внутренней стороне корпуса (к середине вала). С наружной (задней) стороны корпус каждого шарнира герметизирован крышкой, обрезиненной на участке внутренней стороны и закрепленной отогнутым фланцем по наружному диаметру на установочном пояске у наружного (заднего) торца шарнира. Крышка ограничивает перемещения сепаратора шарнира путем упора в ее обрезиненный (демпфирующий) слой.

Используемые в данном техническом решении карданного вала шарниры равных угловых скоростей подвижного типа относительно просты в изготовлении и надежны в работе, что обеспечивает надежную работу в эксплуатации вала в целом, но конструкция этих шарниров не позволяет увеличить в них рабочий угол и относительное осевое перемещение корпусов и вала, что не позволяет изменить характеристики вала в целом и не позволяет использовать его в более жестких условиях с повышенными требованиями к максимальным рабочим углам каждого шарнира и максимальному относительному перемещению корпусов шарниров и вала, например при использовании вала в транспортных средств с увеличенными клиренсом и ходом подвески - так, в автомобилях повышенной проходимости.

Технический результат заявляемого изобретения: улучшение технических характеристик карданного вала с шарнирами равных угловых скоростей трения качения, а именно увеличение максимальных рабочих углов его шарниров и увеличение относительного перемещения их корпусов и вала, что позволяет использовать карданный вал для транспортных средств с увеличенными клиренсом и ходом подвески.

Указанный технический результат достигается тем, что в карданном вале с шарнирами равных угловых скоростей трения качения, содержащем кинематически связанные с концами вала шарниры равных угловых скоростей, каждый из которых включает в себя полый корпус, герметизированный сзади и имеющий дорожки качения на внутренней цилиндрической поверхности, расположенный внутри корпуса конец вала, на котором посредством шлицевого соединения установлена обойма с дорожками качения на наружной поверхности, управляющую втулку, установленную на вале за обоймой с возможностью скольжения по нему и с возможностью контакта первым из своих торцов с упором, расположенным на вале, а вторым торцом - с торцом обоймы, шарики, установленные в дорожках качения корпуса, обоймы и в окнах установленного между корпусом и концом вала сепаратора, имеющего на наружной поверхности сферический участок, контактирующий с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, и сферический участок на внутренней поверхности, контактирующий со сферической поверхностью, выполненной на управляющей втулке, причем шарниры герметизированы спереди гофрированными чехлами, каждый из которых установлен на посадочных участках корпуса шарнира и конце вала установочными участками большего и меньшего диаметров соответственно,

согласно изобретению управляющая втулка каждого шарнира зафиксирована от возможности поворота относительно конца вала выполненными в ней и на конце вала взаимодействующими элементами и выполнена с выемками, предназначенными для возможности вхождения в них шариков и расположенными соответственно напротив дорожек качения обоймы с образованием между ними в теле управляющей втулки выступающих клювиков, на которых выполнены участки сферической поверхности, причем донные части образующих поверхностей выемок управляющей втулки расположены между плоскостями ее первого и второго торцов.

В частном случае, каждый шарнир карданного вала выполнен с восемью шариками и с соответствующим количеством дорожек качения в корпусе, обойме и соответствующим количеством окон в сепараторе и выемок в управляющей втулке.

В частном случае, в каждом шарнире карданного вала взаимодействующие элементы управляющей втулки и конца вала выполнены в виде двух пар лысок.

В частном случае, в каждом шарнире карданного вала упор на конце вала выполнен в виде торцевых участков конца вала, образующих внутренние кромки взаимодействующих элементов в виде лысок.

В частном случае, в каждом шарнире карданного вала шлицы шлицевого соединения обоймы и конца вала выполнены эвольвентными, причем шлицы вала выполнены эвольвентными спиральными.

В частном случае, в каждом шарнире карданного вала взаимодействующие элементы управляющей втулки и конца вала выполнены в виде прямых шлицов, причем на конце вала взаимодействующие элементы выполнены в виде единых прямых шлицов и под шлицевое соединение с управляющей втулкой и под шлицевое соединение с обоймой.

В частном случае, в каждом шарнире карданного вала упор на конце вала выполнен в виде опоясывающего упорного бурта.

В частном случае, в поперечном сечении корпуса и обоймы каждого шарнира карданного вала профили их дорожек качения выполнены в виде эллипса.

В частном случае, на посадочном участке корпуса каждого шарнира карданного вала выполнен по меньшей мере один опоясывающий установочный бурт, предназначенный для расположения в одной из кольцевых канавок внутренней поверхности установочного участка большего диаметра чехла.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предлагаемое решение имеет признаки, отсутствующие в известных решениях, а их использование в заявляемой совокупности признаков дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, так как может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется на чертежах:

Фиг.1 - карданный вал с шарнирами равных угловых скоростей трения качения, общий вид;

Фиг.2 - шарнир равных угловых скоростей трения качения карданного вала, общий вид (показан без заглушки);

Фиг.3 - корпус шарнира равных угловых скоростей трения качения карданного вала, общий вид (разрез по продольной оси);

Фиг.4 - обойма шарнира равных угловых скоростей трения качения карданного вала, общий вид (разрез по продольной оси);

Фиг.5 - сепаратор шарнира равных угловых скоростей трения качения карданного вала, общий вид (разрез по продольной оси);

Фиг.6 - управляющая втулка шарнира равных угловых скоростей трения качения карданного вала, общий вид (разрез по продольной оси);

Фиг.7 - один из концов вала шарнира равных угловых скоростей трения качения карданного вала, общий вид (местный разрез по продольной оси);

Фиг.8 - шарнир равных угловых скоростей трения качения карданного вала, общий вид в разобранном состоянии в аксонометрии (взаимодействующие элементы управляющей втулки шарнира выполнены в виде прямых шлицов);

Фиг.9 - схемы работы отдельного шарнира равных угловых скоростей трения качения карданного вала (осевое перемещение при нулевом рабочем угле), общий вид (разрез по продольной оси);

Фиг.10 - схемы работы отдельного шарнира равных угловых скоростей трения качения карданного вала (при определенном рабочем угле), общий вид (разрез по продольной оси);

Фиг.11 - схемы работы отдельного шарнира равных угловых скоростей трения качения карданного вала, общий вид (разрез по продольной оси, вариант шарнира без хвостовика с заглушкой и взаимодействующие элементы управляющей втулки и конца вала шарнира выполнены в виде прямых шлицов);

Фиг.12 - схема работы отдельного шарнира равных угловых скоростей трения качения карданного вала, общий вид (разрез по продольной оси, вариант шарнира без хвостовика с заглушкой и взаимодействующие элементы управляющей втулки и конец вала шарнира выполнены в виде прямых шлицов).

Карданный вал с шарнирами равных угловых скоростей трения качения 1 содержит кинематически связанные с концами 2 вала 3 шарниры равных угловых скоростей 1, каждый из которых включает в себя полый корпус 4, герметизированный сзади и имеющий дорожки качения 5 на внутренней цилиндрической поверхности, расположенный внутри корпуса 4 конец 2 вала 3, на котором посредством шлицевого соединения 6 установлена обойма 7 с дорожками качения 8 на наружной поверхности, управляющую втулку 9, установленную на валу 3 за обоймой 7 с возможностью скольжения по нему (по концу 2 вала 3) и с возможностью контакта первым из своих торцов 10 с упором 11, расположенным на вале 3, а вторым торцом 12 - с торцом 13 обоймы 7, шарики 14, установленные в дорожках качения 5 корпуса 4, в дорожках качения 8 обоймы 7 и в окнах 15 установленного между корпусом 4 и концом 2 вала 3 сепаратора 16, имеющего на наружной поверхности сферический участок 17, контактирующий с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 4, и сферический участок 18 на внутренней поверхности, контактирующий со сферической поверхностью 19, выполненной на управляющей втулке 9. Шарниры 1 герметизированы спереди гофрированными чехлами 20, каждый из которых установлен на посадочных участках 21 и 22 корпуса 4 шарнира 1 и конце 2 вала 3 установочными участками большего 23 и меньшего 24 диаметров соответственно.

Управляющая втулка 9 каждого шарнира 1 зафиксирована от возможности поворота относительно конца 2 вала 3 выполненными в ней и на конце 2 вала 3 соответствующими взаимодействующими элементами 25 и 26 и выполнена с выемками 27, предназначенными для возможности вхождения в них шариков 14 и расположенными соответственно (в строгом соответствии - точно) напротив дорожек качения 8 обоймы 7 с образованием между ними (выемками 27) в теле управляющей втулки 9 выступающих клювиков 28, на которых выполнены участки сферической поверхности 19, контактирующей со сферическим участком 18 на внутренней поверхности сепаратора 16. Донные части 29 образующих поверхностей выемок 27 управляющей втулки 9 каждого шарнира 1 расположены между плоскостями «» и « » ее первого 10 и второго 12 торцов соответственно.

...