ПОЛУОСЕВАЯ ПОВОРОТНАЯ ТРАНСМИССИЯ Российский патент 1995 года по МПК B60K17/24 

Изобретение относится к области автомобилестроения, является частью комплексного технического решения под названием "Автомобиль с реакторным двигателем", силовые узлы которого размещены на внутренних концах полуосей, и представляет собой в объеме одной полуоси поворотный привод двигателя к колесу, совмещенный с механизмом автоматизированного управления сцеплением, выведенным за колесный диск.

Цель данной направленной компактной разработки осуществляется структурным нововведением в вопросах соединения разъединения колес с силовой частью.

Общеизвестные и широко применяемые поворотные карданные узлы равных угловых скоростей и комбинированные с ними трансмиссионные связи не могут из-за ограниченных возможностей выполнять целевых функций упомянутого принципиально нового автомобиля.

Описываемое коренное переустройство экономическо-экологического плана продиктовано требованиями времени с учетом удорожания энергоносителей, ужесточения норм на выбросы продуктов сгорания и возросших потребностей, а отсюда выполнено упрощенным, малогабаритным с надежностью торможения машины рекуперативным и фрикционным способами.

На фиг. 1 в боковом разрезе изображено устройство полуосевой поворотной трансмиссии без опор и шкворней, при этом диск сцепления изображен отсоединенным в режиме качения колеса накатом; на фиг.2 колесо с выведенным наружу диском сцепления, совмещенным с декоративной накладкой.

Трансмиссия выполнена следующим образом.

Карданный ее узел состоит из шарового опорного шарнира 1, выполненного с диаметральным шлицевым отверстием, тремя поперечными отверстию осевыми выступами 2 на поверхности с установленными на них шарнирно коническими телами качения 3 и шарообразного стакана, выполненного заодно со стороны днища с втулочным выступом 4 и криволинейными, радиально суженными в середине долевыми прорезями 5 на охватывающих шарнир сферических стенках 6. Снаружи, между втулочным выступом и сферической частью стакана, днище выполнено цилиндрическим 7 с опорой упомянутым выступом на подшипник 8, зафиксированный от осевого смещения стопорным кольцом 9, и со свободным шлицевым соединением 10 с внутренней полуосью. Противоположный конец полуоси выполнен на торце со спиральными зубьями одностороннего зацепления (храповиком) и запасован в центровое углубление ротора силового узла, где на внутреннем торце размещены аналогичные встречные зубья. На выходе из ротора полуось выполнена с венцом и торцевыми на нем зубьями одностороннего зацепления, обращенными противоположно торцевым, для самоблокировки полуоси с кожухом 11 во время осевых ее смещений при обратных от колеса к двигателю (неработающему) крутящих моментах, создающихся торможением.

Диаметральным отверстием шаровой шарнир свободно посажен на шлицевой конец 12 внешней полуоси, где на другом ее конце закреплен выведенный за диск колеса конический диск сцепления 13, выполненный со стороны полости с центральной шлицевой втулкой, а по окружности с конической стенкой обратной конусности, на которой закреплено фрикционное кольцо. Шарообразный стакан шарнира углублен в торцевые края цапфы 14 и состоит с ее сферическими стенками 15 в круговом контакте, при этом торцевые его стенки скошены внутрь (на фиг. 1 показано пунктиром) для обеспечения поворотных положений наружной полуоси на 40^о. Кардан закрыт гофрированным резиновым чехлом 16, который заправлен одним концом на стенки цапфы, другим, выполненным заодно с сальником, запрессован в подшипниковое гнездо с торца кожуха полуоси. Цапфа и кожух объединены вертикальными скобообразными опорами, проходящими поверх гофрированного чехла. Для осевого смещения наружного диска сцепления с зазором на фрикционе 3 2 мм на полуось посажена спиральная пружина 17, запасованная с опорной шайбой и обоймами 18, 19 упорного подшипника, который внутренней обоймой 19 запрессован на ось со стороны кардана, где обращенная к кардану обойма выполнена по окружности с диаметрально противоположными выступами 20, которыми установлена в продольных пазах цапфы, выполненных изнутри, с торца сферических стенок. Выступы обоймы прижаты к кулачкам 21 и состоят с их боковыми скосами 22 в опорном контакте. Кулачки выполнены с осями и размещены в кольцевой полости фланца цапфы с проходом осей через его стенки в сторону кардана и соединением их с внешними рычагами 23 гидропривода.

Ступица 24 выполнена с боковым монтажным окном и утолщениями на концах, цилиндрическое из которых имеет внутреннюю торцевую проточку и запасовано окружной стенкой в кольцевую полость размещения кулачков с возможностью контакта по периферии с окружной стенкой фланца цапфы, а на конической поверхности другого размещены резьбовые отверстия для соединения с диском колеса. На цапфе размещена с кольцевыми звеньями 25 раздвижная по резьбе с возможностью фиксации боковыми болтами 26 трубчатая распорка 27 подшипников, регулировка и крепление которой выполнены через боковое монтажное отверстие в ступице, закрытое резьбовой пробкой 28. Гофрированный по форме диска сцепления диск колеса 29 выполнен с развальцованными внутрь стенками центрового отверстия и радиальными крепежными отверстиями на наклонных стенках центральной части для соединения с коническим утолщением ступицы.

Стенками развальцованного отверстия диск углублен внутрь цапфы с моментом сжатия спиральной пружины через ее опорную шайбу, где между развальцованных стенок и осью запасован сальник. С внешней стороны диск сцепления совмещен с декоративной накладкой 30 и закреплен со стороны резьбового конца оси гайкой 31, размещенной в углублении на вершине диска, закрытой сферической крышкой 32. Гидроприводы 33 рычагов закреплены на фланце цапфы. Диск колеса в конструкции данной трансмиссии выполнен разборным, соединен с ободом болтами и для этого выполнен по внутренней окружности обода с кольцеобразной стенкой и размещенными на ней отверстиями для прохода крепежных болтов, а по краям диска размещены выступы с резьбовыми отверстиями.

Полуосевая поворотная трансмиссия работает следующим образом.

Поскольку педаль акселератора полуосевых силовых узлов связана с гидроцилиндрами 33, то в полностью отжатом положении перед началом движения автомобиля открываются впускные и перекрываются выпускные каналы гидропроводов, отходящих от пневмогидронасоса постоянного давления. Давление поршней гидроцилиндров перемещает рычаги 23, закрепленные на осевых выступах кулачков 21, которые скосами 22 надавливают на окружные выступы 20 боковой обоймы подшипника 19 и смещают его, а с ним и наружную полуось в шарообразном шарнире 1 к выходу. Боковой обоймой 18 подшипник сжимает пружину 17, опирающуюся другим концом через опорную шайбу на торцевые края стенок развальцованного центрового отверстия диска колеса 29. Осевым смещением наружной полуоси произойдет отжим диска сцепления 13 и разъединение колеса с силовым узлом. В момент начального нажима на акселераторную педаль при трогании автомобиля с места перекроются впускные и откроются выпускные каналы гидроцилиндров. Под действием пружины 17 упомянутые механизмы переместятся по оси в обратном порядке, вытеснив жидкость из гидроцилиндров, и диск сцепления соединится с диском колеса. Следует иметь в виду, что начальный момент нажима на акселераторную педаль при неработающих силовых узлах может выполнять функции стояночного тормоза. При работе силовых узлов дальнейший нажим на акселераторную педаль создаст тяговые усилия на колесах, которые будут увеличиваться соответственно ходу педали, после чего, т.е. после разгона автомобиля, при полном ее отжиме произойдет обратный процесс: в гидроцилиндрах откроются впускные и перекроются выпускные каналы, поршни надавят на рычаги, которые повернут на смежных осях кулачки, а те скосами надавят на выступы обойм подшипников и последние сместят наружные полуоси с дисками сцеплений до разъединения колес с силовыми узлами. Одновременно произойдет отключение энергопитания с прекращением их работы и автомобиль автоматически перейдет на режим движения свободным ходом (накатом). Для поддержания выбранной скорости силовые узлы в периодических нажимах на акселераторную педаль будут включаться незамедлительно (таково преимущество реакторных двигателей, к которым относятся упоминаемые силовые узлы).

Торможение при свободном качении автомобиля осуществляется полуосевыми поворотными трансмиссиями другой оси, соединенной с пневморекуператорами. Под действием тормозной педали при полностью отжатой акселераторной педали в гидроцилиндрах между впускным и выпускным каналами будет происходить дросселирование жидкости с регулируемой степенью прижима диска сцепления к диску колеса и мягким антиблокировочным компрессорным торможением машины, а при полном нажиме на тормозную педаль в процессе пневмоторможения подключатся фрикционы ведущей оси, где в силовом вращении от колес к неработающим силовым узлам произойдет разъединение полуосей с осевым смещением в силу распорного скольжения по спиральным зубьям торцевого зацепления и сцепление их с кожухами зубчатыми венцами.

Управление движением автомобиля акселераторной и тормозной педалями дает возможность повышения динамики движения с уменьшением опасности аварийных ситуаций.

В прямолинейном движении автомобиля осевые выступы 2 шарового шарнира 1 устанавливаются в долевых криволинейных прорезях 5 стакана 6 по центру серединных радиально-суженных стенок, где центры их радиальных контуров проходят по осевым линиям выступов. По мере увеличения угла поворотов колес (в данном случае колеса) произойдет скатывание осевых выступов с телами качения с центров в углубленные края прорезей и поочередный частичный (не контактный) выход их за торцевой край стакана: половинный (максимальный) их выход соответствует повороту колеса на угол 40^о. Герметизация внутренних полостей полуосевой поворотной трансмиссии способствует надежной, долговечной смазке шарнирных механизмов и смазке подшипников в кольцевой полости ступицы под центробежным давлением.

Использование: в области автомобилестроения. Устройство представляет собой передаточно-сцепную связь между полуосевым силовым узлом и колесом, выполняющую на автоматизированной основе расширенные функции сцепления, свободного качения и торможения рекуперативным и фрикционным способами, что удовлетворяет требованиям времени и возросшим эксплуатационным потребностям, связанным с дефицитом материалоресурсов, удорожанием энергоносителей, ужесточением норм на выбросы продуктов сгорания (экологические вопросы), реализацией неиспользованных резервов передвижения и др. Предложенным комплексом нестандартных решений предусмотрено: вывод диска сцепления за диск колеса с периодической его работой в режимах силовых потоков от двигателя к колесу и от колеса к неработающему двигателю с самопереходом между этими режимами на свободное качение, оснашение полуосевыми поворотными трансмиссиями передней и задней осей автомобиля с автономными силовыми узлами, одноклейное качение колес на поворотах с максимальным общим углом 50° и возможность использования силовых узлов по отдельности в зависимости от условий и рельефа проезжей магистрали. Учитывая наличие в известных, широко применяемых в трансмиссиях шаровых карданах равных угловых скоростей нежелательных распорных сил, влияющих на повышенный износ контактных поверхностей, а также подшипников и шарнирных соединений опор, в изобретении разработан трехшиповой кардан равных угловых скоростей, исключающий упомянутые недостатки и обеспечивающий компакность новой механической связи, которая способствует реализации перспективных, экономически выгодных транспортных средств нового поколения. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ПОЛУОСЕВАЯ ПОВОРОТНАЯ ТРАНСМИССИЯ, содержащая диск сцепления, внутреннюю и наружную полуоси, соединенные через кардан равных угловых скоростей, поворотную цапфу и опоры шарнирного соединения по оси кардана, отличающаяся тем, что кардан состоит из шарового опорного шарнира, выполненного с диаметральным отверстием, тремя поперечными отверстию осевыми выступами на поверхности с установленными на них шарнирно коническими телами качения, и шарообразного стакана, охватывающего шаровой опорный шарнир сферическими стенками и установленного в подвижном контакте криволинейными в стенках радиально суженными в серединах долевыми прорезями с выступами шарнира, при этом стакан имеет в плоскости днища внешнюю цилиндрическую поверхность, выполнен на днище с втулочным выступом, которым связан в шлицевом соединении с внутренней полуосью, и углублен шарообразной частью в торцевые края цапфы с возможностью кругового контакта с ее сферическими стенками, где на втулочном конце цапфы закреплена с кольцевыми звеньями раздвижная по резьбе трубчатая распорка подшипников ступицы, смонтированная через боковое в ступице отверстие, а диаметральным отверстием шаровой шарнир кардана посажен на шлицевой конец наружной полуоси с возможностью осевого смещения, противоположный конец которой соединен с выведенным за диск колеса коническим диском сцепления, выполненным по окружности с конической кольцевой стенкой обратной конусности, причем со стороны кардана на упомянутой полуоси закреплен двусторонний упорный подшипник, между которым и опорной шайбой размещена спиральная пружина с упором диаметральными, выполненными по окружности боковой обоймы подшипника выступами в скосы кулачков, размещенных во внутренней кольцевой проточке фланца цапфы и соединенных через фланец осевыми выступами с рычагами гидроуправления. 2. Трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя полуось на соединенном с силовым узлом конце выполнена со спиральными торцевыми зубьями одностороннего зацепления с аналогичными зубьями, размещенными в центровом углублении силового узла, а на выходе из углубления выполнена с венцом и торцевыми на нем аналогичными зубьями для сцепления в противоположном направлении с кожухом на режимах торможения колеса. 3. Трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что ступица выполнена с утолщениями на краях, цилиндрическое из которых имеет внутреннюю проточку, а на конической поверхности другого размещены резьбовые отверстия для соединения конических стенок диска колеса, гофрированного по форме диска сцепления. 4. Трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что кардан закрыт гофрированным чехлом, выполненным за одно с концевым сальником, запасованным в подшипниковое гнездо кожуха с возможностью контакта с цилиндрической поверхностью стакана. 5. Трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что для поворотных положений наружной полуоси под углом 40^o торцевые стенки шарообразного стакана скошены внутрь. 6. Трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что центры радиально суженых стенок прорезей шарообразного стакана кардана размещены на осевых линиях выступов. 7. Трансмиссия по п.1, отличающаяся тем, что со стороны сферических стенок цапфы выполнены внутренние продольные пазы для диаметрально противоположных выступов боковой обоймы подшипника.