Карданная передача

 

Использование: в карданных передачах в машиностроении и может быть использована преимущественно в трансмиссиях грузовых транспортных средств. Сущность б изобретения: карданная передача содержит карданный вал с осевым компенсатором в виде шлицевого соединения и два асинхронных карданных шарнира, один из которых образован шарнирными соединениями 5 и 6 фланца-вилки 7 и шлицевой вилки 8, а другой - шарнирными соединениями фланца-вилки и приварной вилки. Шарнирные соединения 5 и 6 взаимодействуют через крестовину 13. Шарнирное соединение 6 шлицевой вилки 8 выполнено с габаритом, превышающим габарит шарнирного соединения приварной вилки, габарит которого превышает габарит шарнирного соединения 5 фланца-вилки. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. СП С 00 со ю о 00 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 60 K 17/22

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4911227/11 (22) 02.01.91 (46) 07.08.93. Бюл, М 29 (71) Институт проблем надежности и долговечности машин АН БССР (72) П.А.Удовидчик, Н.T.Mèí÷åíÿ, В.Г.Головатенко и К.П.Удовидчик (56) Авторское свидетельство СССР

hh 1249218, кл. F 16 D 3/26, 1986, (54) КАРДАННАЯ ПЕРЕДАЧА (57) Использование: в карданных передачах в машиностроении и может быть использована преимущественно в трансмиссиях грузовых транспортных средств, Сущность

„„ „„1832883 А1 изобретения: карданная передача содержит карданнь,й вал с осевым компенсатором в виде шлицевого соединения и два асинхронных карданных шарнира, один из которых образован шарнирными соединениями

5 v, 6 фланца-вилки 7 и шлицевой вилки 8, а другой — шарнирными соединениями фланца-вилки и приварной вилки. Шарнирные соединения 5 и 6 взаимодействуют через крестовину 13. Шарнирное соединение б шлицевой вилки 8 выполнено с габаритом, превышающим габарит шарнирного соединения приварной вилки, габарит которого превышает габарит шарнирного соединения 5 фланца-вилки, 3 з.п. ф-лы, 4 ил, 1832083

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано преимущественно в трансмиссиях грузовых транспортных средств.

Цель изобретения — обеспечение ресурсосбережения, путем достижения эксплуатационной равнопрочности шарнирных соединений карданной передачи.

Такое выполнение карданной передачи с различными габаритами шарнирных соединений, при котором наибольший габарит имеет шарнирное соединение шлицевой вилки, имеющей наименьший ресурс в эксплуатации, а наименьший габарит имеют шарнирные соединения фланцев — вилок, которые в эксплуатации имеют наибольшую долговечность, позволяет обеспечить в реальных условиях эксплуатации равномерное по шарнирным соединениям израсходование ресурса работоспособности, при котором, при нормальном выходе из строя в результате износа одного из шарнирных соединений, остальные шарнирные соединения имеют минимальный остаточный ресурс работоспособности. При этом при выборе в качестве базового габарита— габарита шарнирного соединения фланцавилки и увеличении габаритов шарнирных соединений приварной и шлицевой вилок, долговечность карданной передачи увели-. чивается и достигает долговечности шарнирных соединений фланцев †вил, при этом вес карданной передачи увеличивается. При выборе в качестве базового --габарита шлицевого соединения и уменьшения габаритов шарнирных соединений фланцев-вилок и приварной вилки долговечность карданной передачи не увеличивается и остается на уровне наиболее слабого элемента — шарнирного соединения шлицевой вилки, но снижается металлоемкость и вес карданной передачи.

Таким образом достигается ресурсосбережение при эксплуатации и изготовлении карданных передач.

На фиг.1 показан общий вид карданной передачи; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1, где увеличение габарита шлицевой вилки достигнуто за счет увеличения диаметра шипов крестовины; на фиг.3 -- разрез А-А на фиг.1, где увеличение габарита шарнирного соединения шлицевой вилки достигнуто за счет увеличения длины игольчатых роликов подшипников; на фиг.4 -разрез А-А на фиг. 1, где увеличение габарита шарнирного соединения шлицевой вилки достигнуто за счет увеличения расстояния между торцами соосных шипов крестовины. образующих указанное шарнирное соединение.

Карданная передача содержит карданный вал 1 (фиг.1) с осевым компенсатором 2 в виде шлицевого соединения и два асинхронных карданных шарнира 3 и 4 (фиг.1, 2, 3, 4), один из которых образован шарнирными соединениями 5 и 6 фланца — вилки 7 и шлицевой вилки 8., а другой — шарнирными соединениями 9 и 10 фланца-вилки 11 и приварной вилки 12. Шарнирные соединения 5 и 6 взаимодействуют через крестовину

13, а шарнирные соединения 9 и 10 — крестовину 14. Шарнирное соединение 6 шлицевой вилки 8 выполнено с габаритом, превышающим габарит шарнирного соединения 10 приварной вилки 12, габарит которого превышает габарит шарнирных соединений 5 и 9 фланцев — вилок 7 и 11.

В процессе работы карданная передача . нагружена крутящим моментом, при этом номинально все шарнирные соединения передают один и тот же крутящий момент, Однако внутренняя нагруженность шарнирных соединений от крутящего момента (контактные напряжения на поверхности шипов крестовины) неодинаковы вследствие конструктивных особенностей вилок (характеристики жесткости), которые оказывают влияние на равномерность распределения нагруженности по длине контакта игольчатых роликов с поверхностью крестовины.

Кроме того, место установки шарнирного соединения в карданной передаче и трансмиссии оказывает влияние на динамическую нагруженность шарнирных соединений как крутящим моментом, так и радиальными и осевыми силами. Это приводит к различной интенсивности изнашивания шарнирных соединений, Экспериментальные наблюдения показали, что с наибольшей интенсивностью изнашивается шарнирное соединение шлицевой вилки, большую долговечность имеет шарнирное соединение приварной вилки, наибольший срок службы имеет шарнирные соединения фланцев — вилок.

Для количественной оценки различия в договечности шарнирных соединений карданной передачи введением понятия коэффициентов ресурса работы шарнирного

50 соединения, равного отношению среднего ресурса работы шарнирного соединения рассматриваемой вилки к среднему ресурсу работы шарнирного соединения, имеющего наибольшую среднюю долговечность, в нашем случае шарнирного соединения фланцев-вилок, при этом имеем

Kn = Ьпп/Lmy = Ln .

Кш = Lmm/4тир = Еш где Кл — коэффициент ресурса работы шарнирного соединения приварной вилки;

1832083

Кш — коэффициент ресурса работы шарнирного соединения шлицевой вилки;

Lmn — средняя долговечность шарнирного соединения приварной вилки, полученная экспериментально, км пробега, Lmm — средняя долговечность шарнирного соединения шлицевой вилки, полученная экспериментально, км пробега;

Lmy — средняя долговечность шарнирного соединения фланца-вилки, полученная экспериментально. км пробега;

Ln — безразмерная относительная долговечность шарнирного соединения приварной вилки, Lm — безразмерная относительная долговечность шарнирного соединения шлицевой вилки; бф = 1,т.е. безразмерная относительная долговечность шарнирного соединения фланца-вилки равна единице, По данным, полученным автором для грузовых автомобилей грузоподъемностью до 10 т вышеуказанные величины равны:

Lmy = 225 т. км,. Lmn = 160 т. км., Ь„ш = 90 т. км., тогда при Кф = Сф = 1,0, имеем Кп = Ь, = 0,7, а Кш = Lw = 0,4, Реализацию условия равнопрочности шарнирных соединений может идти по двум направлениям: повышение эксплуатационной долговечности за счет увеличения габаритов шарнирных соединений приварной и шлицевой вилок до уровня долговечности шарнирных соединений фланцев-вилок, при этом увеличивается металлоемкость карданной передачи и срок ее службы, или снижение ресурсов работы шарнирных соединений фланца-вилки и приварной вилки, за счет уменьшения их габаритов до уровня ресурса работы шарнирного соединения шлицевой вилки, при этом долговечность кардэнной передачи не изменяется, а вес и металлоемкость уменьшаются.

При повышении ресурса работы шарнирных соединений приварной и шлицевой вилок до уровня ресурса работы шарнирного соединения фланца-вилки, путем увеличения их габаритов, требуемая увеличенная относительная долговечность шарнирных соединений приварной и шлицевой вилок равна

1 n = 1/Kn, (1) - ш = 1/Кш

При Kn = 0.7 и Кш = 0,4 имеем Ln = 1.4, Lm =

=2,5.

При снижении ресурса работы шарнир..ных соединений фланцев-вилок и приварных вилок, требуемое уменьшение долговечности указанных шарнирных соединений равна:

L* n = Кш/Kn;

1 ф =Кш.

При Kn = 0,7 и Кш = 0,4 имеем L ф = 0,4 и

1 л =057, Уравнение связи между требуемой от5 носительной долговечностью шарнирного соединения и габаритом шарнирного соединения может быть получена на основе известных формул.

10 Lz ок1)6.

L1 тк2 тк 053 10 (Г (3) где L> и б2 — долговечности сравниваемых

15 шарнирных соединений, Ок1 И Oz — КОНтаКтНЫЕ НаПряжЕНИя На поверхностях шипов крестовин сравниваемых шарнирных соединений;

М вЂ” номинальный крутящий момент в шарнирных соединениях;

à — габарит шарнирного соединения, равный

Н вЂ” 1

Г = 0(= 1/2 DLHm

2 (4) С=Г илиГ=Т (5) В соответствии с формулами (1) и (5) для первого варианта обеспечения равнопрочности имеем

Г n =(L n) =(1/Kn) - 1,13;

«Г,ш =JL*w) = {1/Кш)1 = 1,36 где Г*л = Г и /Г ф, Г ш = L /f" (6) 55

Увеличение габарита шарнирных соединений приварной и шлицеволй вилок обеспечивает увеличение их фактической долговечности соответственно в (Гn)3 и (Гш) раз, чем и достигается их равнопрочность. где 0 — диаметр шипа крестовины шарнирного соединения, — длина игольчатого ролика карданного подшипника рассматриваемого шарнирного соединения;

Н вЂ” расстояние между торцами соосных шипов крестовины;

Hm — расстояние между центрами роликов по длине соосных шипов крестовины.

Поставляя выражение для % из (3) в формулу (2) связи долговечности и контактных напряжений, получиформулу связи долговечности и габарита для шарнирных

40 соединений: -2 Г2 3 — =(— ) о Г1 или в относительных единицах

1832083

На основании формул (4) и (6) может написать уравнение связи геометрических параметров шарнирных соединений карданной передачи, отражающее равнопрочность всех шарнирных соединений вала: 5

Рф фНф =

Dn Ln Hmn Рщ 1.щ Нщщ

< за. Р i i . ) или D@L@Hmy =

Рп 1.п Hmn Рщ -щ Нвщ

1, 13 1.36 где Оф, ф, Hmn геометрические параметры шарнирного соединения фланца-вилки;

Ðn, Ln, Hmn — геометрические параметры шарнирного соединения приварной вилки;

Dm, Lw, Hmm — геометрические параметры шарнирного соединения шлицевой вилки.

Для второго варианта достижения равнопрочности. путем уменьшения габаритов шарнирных соединений фланцев-вилок и приварных вилок аналогично имеем

* 25

Г и

)1/3 (Ku) з (0,4)v3 083

Гф =(3 ф ) =Кщ =04 =074

Уравнение связи герметических параметров шарнирных соединений карданной передачи при этом имеет вид

DmLmHmm =

Р. Lnн. О Н

35 з. з или ОщЬиНтщ

Dn Ь Hmn О Нр

0,83 0,74

Таким образом, изменением одного или нескольких геометрических параметров шарнирных соединений: диаметра соосных шипов, длины игольчатого ролика или расстояния между торцами соосных шипов кре- 45 стовины обеспечивает получение требуемого габарита шарнирного соединения, увеличенного или уменьшенного по сравнению с базовым для обеспечения равнопрочности всех шарнирных соединений 50 карданной передачи. Геометрические размеры базового габариты определяются по известным формулам, номограмм в зависимости от заданного срока службы и номинальной нагрузки. 55

Использование заявляемого изобретения позволит повысить долговечность карданных передач или снизить их вес и металлоемкость, снизить расходы по эксплуатации и ремонту.

Пример. В качестве примера конкретного выполнения рассмотрим равнопрочную карданную передачу на основе базового шарнира размерности МА3-500, равнопрочность которой достигается эа счет увеличения габаритов шарнирных соединения приварной и шлицевой вилок.

Геометрические данные базового шарнирного соединения фланца-вилки размерности МАЗ вЂ” 500;

Рф = 33,65 мм = 0,03365 м;

Ly = 17 мм = 0,017 м;

Нщф = 0,127 — 0,017 = 0,110 м.

Габарит базового шарнирного соединения фланца-вилки размерности МАЗ-500 равен:

Гф = 1/2 х 0.03365 х 0,017 х 0,110 = 31,46 х 10в мз

В соответствии с фрмулами (6) габариты приварной и шлицевой вилок равны;

Гл = 1,13 х Гф = 1,13 х 31,46 х 10 = 35,54 х 10в мз;

Гщ = 1,35 х Гф = 1,36 х 31,46 х 10 б = 42,78 х х1P6 мм3

В саответствии.с формулой (4) имеем

1!2(Рп(п.Нпзп) = 25.54 х 10 6 мз

1/2(DmLш Hmm) = 42,78 х 10 6 м .

Для шарнирного соединения приварной.вилки принимаем

Dn = 0,03365 м (размерность МА3-500), Ln = 0,017 м (размерность МАЗ вЂ” 500), при этом равна

Hn =

1п 35,54 10 я ЙззБ б:Вт

=0,124 м.

Расстояние между торцами шипов крестовины шарнирного соединения приварной вилки равно;

Н = 0,124 + 0,017 = 0,141 м.

Может быть сделана оригинальная крестовина с размером 0,141 м или может быть использован размер 0,147 м (размерность

МАЗ вЂ” 500А). с-.

Для шарнирного соединения шпицевой вилки принимаем

Рщ = 0,03365 м (размерность. МАЗ-500)

Н<щ =0,110(размерность МА3-500), при этом длина игольчатых роликов должна быть равна

1832083

Гш . 42 78 10

Ъ6 0 Нщ тг 0.03365 0,110

0,023 м, Принимаем L = 0,024 м (размерность . MA3-500A).

Используя формулы (7) и (8), зная геометрические размеры базового шарнирного соединения, можно задаваясь одним или двумя геометрическими размерами рассчитываемых шарнирных соединений определять .неизвестные размеры. При этом полученные размеры можно округлять до существующих в настоящее время типоразмеров элементов карданных шарниров и таким образом производить компоновку карданной передачи. При этом целесообразно диаметры шипов крестовин и длины роликов игольчатых подшипников принимать из существующего в натуре ряда размеров. а расстояние между торцами шипов крестовин можно изменять в необходимых пределах, так как изготовление крестовин с разными расстояниями между торцами шипов (соосные шипы имеют одинаковое расстояние между торцами) не представляет трудности в массовом производстве.

Формула изобретения

1. Карданная передача, содержащая карданный san с осевым компенсатором в виде шлицевого .соединения и два асинхронных карданных шарнира, один из которых образован шарнирными соединениями фланца-вилки и приварной вилки, а другой — фланца-вилки и шлицевой вилки, связан35 ными соответствующими крестовинами, о тличающаяся тем,что,сцелью обеспечения ресурсосбережения путем достижения эксплуатационной равнопрочно% 40 сти шарнирных соединений, последние выполнены с различными габаритами, при этом с наибольшим габаритом выполнено шарнирное соединение шлицевой вилки, а с наименьшим габаритом выполнены шарнирные соединения фланцев-вилок.

2. Передача по п.1, отличающаяся тем, что в качестве базового габарита принят габарит шарнирного соединения фланца-вилки, при этом габариты шарнирных соединений приварной и шлицевой вилок определяют по формулам ,- „„(1/К )1!З

Г*ш = Г*(1/Кц) = 1,36 Г*

Ф я где Г = Г ф — габарит шарнирного соединения фланца-вилки;

Ф

Г и — габарит шарнирного соединения приварной вилки;

Г*ш — габарит шарнирного соединения шлицевой вилки;

Кл — коэффициент ресурса работы шарнирного соединения приварной вилки (для грузовых автомобилей грузоподъемностью до 10 т коэффициент ресурса Кп = 0.7);

Кш — коэффициент ресурса работы шарнирного соединения шлицевой вилки (для грузовых автомобилей грузоподъемностью до 10 т коэффициент ресурса Ко = 0.4), 3. Передача поп,1, отл ича ю щая ся тем, что в качестве базового габарита принят габарит шарнирного. соединения шлицевой вилки, при этом габариты шарнирных соединений приварной вилки и фланцавилки определяют по фоомулам

Г ш = Г (Кщ/Кп) = 0,83 Г *

Г *p = Г** (Кш) = 0,74 Г **, где Г = Г* ш — базовый габарит, равный габариту шарнирного соединения шлицевой вилки.

4. Передача по пп.1 — 3, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что шарнирные соединения фланцев-вилок, приварной и шлицевой вилок, выполненные с различными габаритами, имеют разные геометрические размеры элементов шарнира: диаметр шипов крестовин, длина игольчатого ролика подшипника или расстояние между торцами соосных шипов крестовины.

1832083

1Я32083

Составитель H.Íèêîëàåâà

Техред M,Ìîðãåíòàë КоРРектоР С.Пекарь

Редактор Б.Федотов

Заказ 2602 Тираж Подписное

ВНИИПИ Гасударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород, ул.Гагарина, 101