Шарнирная передача привода колеса автотранспортного средства

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к приводам колес автотранспортных средств. Шарнирная передача автотранспортного средства включает промежуточный вал с выполненными на его концах шлицами, посредством которых промежуточный вал соединен с шарнирами. Каждый из шарниров выполнен шариковым или карданным, при этом шариковый шарнир содержит корпус, выполненный в виде чаши, имеющий с одной стороны цилиндрический шлицевой хвостовик, а с другой - глухое сферическое отверстие, на меридианах которого выполнены беговые дорожки эллипсовидной формы, обойму с наружной сферической поверхностью и центральным шлицевым отверстием. Карданный шарнир содержит корпус, выполненный в виде стакана, имеющего цилиндрический шлицевой хвостовик, а с другой - глухое цилиндрическое центральное отверстие, а также параллельные ему три равномерно расположенных паза круглого поперечного сечения, трехшиповую крестовину, на шипах которой расположены игольчатые подшипники с наружными сферическими кольцами и игольчатыми роликами. Технический результат - повышение долговечности и надежности, снижение стоимости изготовления. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к приводам колес автотранспортных средств Известна шарнирная передача привода колеса автотранспортного средства, включающая промежуточный вал с выполненными на его концах шлицами, посредством которых промежуточный вал соединен с шарнирами, каждый из которых выполнен шариковым или карданным (см. патент СССР 1083903, МПК В 60 К 17/22, 1978 г.).

Однако известная шарнирная передача привода колеса автотранспортного средства обладает недостаточной долговечностью, недостаточной надежностью из-за низкой статической и контактной усталостной прочности ее деталей. Так, при статических испытаниях момент предела текучести составляет не менее 1055 Н. м, а момент предела прочности (до появления первой трещины) не менее 1225 Н.м. Циклическая прочность на кручение при нагружении крутящим моментом плюс-минус 440 Н. м составляет 100000 циклов. Кроме того, известная шарнирная передача привода колеса автотранспортного средства имеет высокую стоимость изготовления ее деталей, для которых используются подшипниковые стали, например сталь ШХ-15, подвергнутые закалке при печном нагреве с последующим охлаждением в масле, также используются низколегированные конструкционные стали, например 14ХГН, 20ХГНТР и др., подвергнутые цементации с последующей закалкой при печном нагреве и охлаждении в масле, используются углеродистые конструкционные стали, например сталь 40, сталь 50 и др., подвергнутые нормализации с последующей закалкой токами высокой частоты. Кроме того, детали известной шарнирной передачи привода колеса автотранспортного средства коробит в процессе цементации, что приводит к необходимости их дополнительного шлифования.

Технической задачей изобретения является устранение перечисленных недостатков и создание шарнирной передачи привода колеса автотранспортного средства, обладающей повышенной долговечностью и надежностью, а также пониженной стоимостью изготовления ее деталей.

Технический результат достигается тем, что предложена шарнирная передача привода колеса автотранспортного средства, включающая промежуточный вал с выполненными на его концах шлицами, посредством которых промежуточный вал соединен с шарнирами, каждый из которых выполнен шариковым или карданным, при этом шариковый шарнир содержит корпус, выполненный в виде чаши, имеющей с одной стороны цилиндрический шлицевой хвостовик, а с другой - глухое сферическое отверстие, на меридианах которого выполнены беговые дорожки эллипсовидной формы, обойму в виде диска с наружной сферической поверхностью, на меридианах которой выполнены беговые дорожки эллипсовидной формы, и центральным шлицевым отверстием, а также установленный внутри сферического отверстия корпуса на обойме сепаратор в виде сферического кольца с прямоугольными гнездами, в которых размещены с возможностью их качения по беговым дорожкам корпуса и обоймы шарики, а карданный шарнир содержит корпус, выполненный в виде стакана, имеющего с одной стороны цилиндрический шлицевой хвостовик, а с другой - глухое цилиндрическое центральное отверстие, а также параллельные ему три равномерно расположенных паза круглого поперечного сечения, центры которых совпадают с диаметром центрального отверстия корпуса карданного шарнира, крестовину с центральным шлицевым отверстием и тремя шипами, на которых установлены игольчатые подшипники с наружными сферическими кольцами и игольчатыми роликами, причем кольца расположены в пазах корпуса карданного шарнира, при этом корпус шарикового шарнира, корпус карданного шарнира, обойма, сепаратор, шарики, трехшиповая крестовина, наружное кольцо игольчатых подшипников и игольчатые ролики игольчатых подшипников, а также промежуточный вал шарнирной передачи выполнены из конструкционной углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью, содержание углерода в которой выбрано от 0,40 до 0,88 мас.%. При этом все детали шарнирной передачи, выполненные из конструкционной углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью, подвергнуты термической обработке, например объемно-поверхностной закалке с самоотпуском или отпуском в печи. При этом микроструктура поверхностного слоя корпуса шарикового шарнира, его обоймы и шариков, микроструктура всего объема сепаратора шарикового шарнира, микроструктура поверхностного слоя корпуса карданного шарнира и его крестовины, микроструктура всего объема наружных колец и игольчатых роликов игольчатых подшипников карданного шарнира, а также микроструктура поверхностного слоя промежуточного вала представляет собой отпущенный мартенсит с размером действительного зерна аустенита 11-14 баллов. При этом микроструктура поверхностных слоев шлицов и сферического отверстия с беговыми дорожками корпуса шарикового шарнира, микроструктура поверхностных слоев шлицов и пазов круглого поперечного сечения корпуса карданного шарнира, а также шлицов промежуточного вала представляет собой отпущенный мартенсит с размером действительного зерна аустенита 11-14 баллов, а микроструктура сердцевины и остальной наружной поверхности корпусов и промежуточного вала представляет собой троостит, троостосорбит или сорбит с твердостью 34-42 НRСэ. При этом микроструктура поверхностного слоя сепаратора шарикового шарнира и наружных колец игольчатых подшипников карданного шарнира представляет собой отпущенный мартенсит с размером действительного зерна аустенита 11-14 баллов, а микроструктура их сердцевины представляет собой троостит с твердостью 44-47 НRСэ. При этом микроструктура сердцевины обоймы и шариков шарикового шарнира, а также шипов и тела крестовины карданного шарнира представляет собой троостит, троостосорбит или сорбит. При этом твердость поверхности шариков превышает твердость поверхности беговых дорожек корпуса и обоймы, а также гнезд сепаратора шарикового шарнира на 2-3 HRC_э, а твердость поверхности игольчатых роликов превышает твердость поверхности шипов крестовины и отверстия наружного кольца игольчатых подшипников карданного шарнира на 2-3 HRC_э.

Экспериментальные стендовые, а затем и натурные сравнительные испытания предложенной и известной шарнирных передач привода колеса автотранспортного средства показали, что с использованием всех отличительных признаков создана конструкция шарнирной передачи привода колеса автотранспортного средства, обладающая повышенной долговечностью и надежностью, а также пониженной стоимостью изготовления ее деталей. Так, достигнуто увеличение момента предела текучести при статических испытаниях на 17-25%, момента предела прочности (до появления первой трещины) при статических испытаниях на 10-20%, а циклическая прочность на кручение при нагружении крутящим моментом плюс-минус 440 Н. м увеличена на 15-30%. При этом одновременно достигнуто снижение стоимости изготовления деталей предложенной шарнирной передачи привода колеса автотранспортного средства из-за упрощения и удешевления технологии термической обработки ее деталей.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид шарнирной передачи привода колеса автотранспортного средства (вариант: промежуточный вал с шариковым шарниром на одном конце и карданным шарниром на другом), на фиг.2 показан шариковый шарнир, на фиг.3 показан карданный шарнир, на фиг.4 дан разрез В - В фиг.2 и на фиг.5 - разрез Г - Г фиг.3.

Шарнирная передача привода колеса автотранспортного средства содержит промежуточный вал 1 с шариковым шарниром 2 и карданным шарниром 3. Шариковый шарнир 2 содержит корпус 4, обойму 5, сепаратор 6 и шарики 7. Карданный шарнир 3 содержит корпус 8, трехшиповую крестовину 9, игольчатые подшипники 10 с наружными сферическими кольцами 11 и игольчатые ролики 12. Шарниры закрыты непроницаемой упругой предохранительной гармошкой.

Шарнирная передача привода колеса автотранспортного средства работает следующим образом. Крутящий момент от двигателя (не показан) через ведущую полуось передается на ведущий шарнир и затем через промежуточный вал и ведомый шарнир - на ведомую полуось, связанную с колесом автотранспортного средства.

Предложенная шарнирная передача привода колеса автотранспортного средства имеет следующие преимущества: повышенную долговечность и надежность, а также пониженную стоимость изготовления ее деталей из-за упрощения и удешевления технологии термической обработки ее деталей. Содержание остальных элементов (кремния, марганца, хрома, никеля, меди и др.) в стали с пониженной прокаливаемостью, а также конкретное содержание углерода в деталях предложенной шарнирной передачи привода колеса автотранспортного средства является предметом Ноу-Хау. Технология изготовления деталей предложенной шарнирной передачи привода колеса автотранспортного средства является предметом Ноу-Хау и не требует для своего воплощения создания сложного технологического оборудования и привлечения больших материальных затрат.

Формула изобретения

1. Шарнирная передача привода колеса автотранспортного средства, включающая промежуточный вал с выполненными на его концах шлицами, посредством которых промежуточный вал соединен с шарнирами, отличающийся тем, что каждый из шарниров выполнен шариковым или карданным при этом шариковый шарнир содержит корпус, выполненный в виде чаши, имеющей с одной стороны цилиндрический шлицевой хвостовик, а с другой - глухое сферическое отверстие, на меридианах которого выполнены беговые дорожки эллипсовидной формы, обойму с наружной сферической поверхностью, на меридианах которой выполнены беговые дорожки эллипсовидной формы, и центральным шлицевым отверстием, а также установленный внутри сферического отверстия корпуса на обойме сепаратор в виде сферического кольца с прямоугольными гнездами, в которых размещены шарики с возможностью их качения по беговым дорожкам корпуса, и обоймы, а карданный шарнир содержит корпус, выполненный в виде стакана, имеющего цилиндрический шлицевой хвостовик, а с другой - глухое цилиндрическое центральное отверстие, а также параллельные ему три равномерно расположенных паза круглого поперечного сечения, трехшиповую крестовину, на шипах которой расположены игольчатые подшипники с наружными сферическими кольцами и игольчатыми роликами, причем кольца расположены в пазах корпуса карданного шарнира, при этом корпус шарикового шарнира, корпус карданного шарнира, обойма, сепаратор, шарики, трехшиповая крестовина, наружное кольцо игольчатых подшипников и игольчатые ролики игольчатых подшипников, а также промежуточный вал шарнирной передачи выполнены из конструкционной углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью, при этом содержание углерода в стали выбрано от 0,40 до 0,88 мас.%.

2. Шарнирная передача по п.1, отличающаяся тем, что все ее детали подвергнуты термической обработке - объемно-поверхностной закалке с самоотпуском или отпуском в печи.

3. Шарнирная передача по п.1, отличающаяся тем, что микроструктура поверхностного слоя корпуса шарикового шарнира, его обоймы и шариков, микроструктура всего объема сепаратора шарикового шарнира, микроструктура поверхностного слоя корпуса карданного шарнира и его крестовины, микроструктура всего объема наружных колец и игольчатых роликов игольчатых подшипников карданного шарнира, а также микроструктура поверхностного слоя промежуточного вала представляет собой отпущенный мартенсит с размером действительного зерна аустенита 11-14 баллов.

4. Шарнирная передача по п.1, отличающаяся тем, что микроструктура поверхностных слоев шлицов и сферического отверстия с беговыми дорожками корпуса шарикового шарнира, микроструктура поверхностных слоев шлицов и пазов круглого поперечного сечения корпуса карданного шарнира, а также шлицов промежуточного вала представляет собой отпущенный мартенсит с размером действительного зерна аустенита 11-14 баллов, а микроструктура сердцевины и остальной наружной поверхности корпусов и промежуточного вала представляет собой троостит, трооститосорбит или сорбит с твердостью 34-42 HRC_Э.

5. Шарнирная передача по п.1, отличающаяся тем, что микроструктура поверхностного слоя сепаратора шарикового шарнира и наружных колец игольчатых подшипников карданного шарнира представляет собой отпущенный мартенсит с размером действительного зерна аустенита 11-14 баллов, а микроструктура их сердцевины представляет собой троостит с твердостью 44-47 HRC_Э.

6. Шарнирная передача по любому из пп. 1 - 5, отличающаяся тем, что микроструктура сердцевины обоймы и шариков шарикового шарнира, а также шипов и тела крестовины карданного шарнира представляет собой троостит, трооститосорбит или сорбит.

7. Шарнирная передача по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что твердость поверхности шариков превышает твердость поверхности беговых дорожек корпуса и обоймы, а также гнезд сепаратора шарикового шарнира на 2-3 HRC_Э, а твердость поверхности игольчатых роликов превышает твердость поверхности шипов крестовины и отверстия наружного кольца игольчатых подшипников карданного шарнира на 2-3 HRC_Э.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5