КАРДАННЫЙ ВАЛ НАЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2004 года по МПК B60K17/22 F16D3/24 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к карданным валам наземных транспортных средств, и может быть использовано в трансмиссиях грузовых и легковых автомобилей, троллейбусов, трамваев и железнодорожных транспортных средствах. Кроме того, изобретение может быть использовано в прокатных станах.

Известен шарнир карданного вала, содержащий крестовину и игольчатые подшипники, установленные на всех ее шипах и состоящие из наружного кольца и игольчатых роликов, причем крестовина, наружное кольцо и игольчатые ролики игольчатых подшипников выполнены из термообработанной стали пониженной прокаливаемости (см. патент РФ № 2176754, МПК F 16 D 3/24,3/26, В 60 К 17/22, 2001).

Известен карданный вал наземных транспортных средств, содержащий две фланец-вилки, каждая из которых имеет проушины с отверстиями и фланец с торцевыми шлицами, подвижное шлицевое соединение, состоящее из скользящей вилки, имеющей проушины с отверстиями и хвостовик с наружными шлицами, и шлицевого вала, состоящего из соединенных между собой втулки с внутренними шлицами, трубы и приварной вилки, имеющей проушины с отверстиями, а также два шарнира, каждый из которых содержит крестовину и игольчатые подшипники, установленные на всех ее шипах и состоящие из наружного кольца и игольчатых роликов, причем игольчатые подшипники шарниров своими наружными кольцами размещены в отверстиях проушин фланец-вилок, скользящей вилки и приварной вилки шлицевого вала, при этом фланец-вилки, скользящая вилка, втулка и приварная вилка шлицевого вала выполнены из термообработанной стали, а крестовины выполнены из термообработанной стали пониженной прокаливаемости (см. свидетельство на полезную модель РФ № 17894, МПК 7 В 60 К 17/22, 2000).

Однако известный карданный вал наземных транспортных средств имеет следующие недостатки:

1. Обладает недостаточной долговечностью шлицевых соединений. В случае, если фланец-вилки, скользящая вилка и втулка шлицевого вала подвергаются нормализации или улучшению, поверхность шлицов имеет малую твердость. В случае, если шлицы фланец-вилок, скользящей вилки и втулки шлицевого вала подвергаются закалке токами высокой частоты, то тело этих деталей по шлицам не упрочняется.

2. Имеет недостаточную долговечность отверстий проушин вилок, в которых размещены игольчатые подшипники, из-за воздействия на них рабочих динамических нагрузок. При этом увеличенный износ отверстий приводит к повышению уровня шума во время работы шарниров карданного вала.

3. Применение шлицевых соединений карданного вала с недостаточной твердостью, например в незакаленном состоянии, ведет к увеличению габаритов карданного вала и к уменьшению передаваемого крутящего момента.

4. Все поковки карданного вала, т.е. вилки, втулки шлицевого вала, крестовины шарниров и наружные кольца игольчатых подшипников, подвергаются термической обработке в виде нормализации или улучшения, что приводит, в свою очередь, с увеличению стоимости изготовления карданного вала в целом.

Технической задачей изобретения является устранение перечисленных недостатков и создание карданного вала наземных транспортных средств, обладающего повышенной долговечностью шлицевых соединений и отверстий проушин вилок, уменьшенными размерами шлицевых соединений при передаче одинакового крутящего момента, что ведет к уменьшению расхода металла на карданный вал и, следовательно, к уменьшению его массы. Кроме того, ставится задача снижения стоимости изготовления предложенного карданного вала.

Технический результат достигается тем, что предложен карданный вал наземных транспортных средств, содержащий две фланец-вилки, каждая из которых имеет проушины с отверстиями и фланец с торцевыми шлицами, подвижное шлицевое соединение, состоящее из скользящей вилки, имеющей проушины с отверстиями и хвостовик с наружными шлицами, и шлицевого вала, состоящего из соединенных между собой втулки с внутренними шлицами, трубы и приварной вилки, имеющей проушины с отверстиями, а также два шарнира, каждый из которых содержит крестовину и игольчатые подшипники, установленные на всех ее шипах и состоящие из наружного кольца и игольчатых роликов, причем игольчатые подшипники шарниров своими наружными кольцами размещены в отверстиях проушин фланец-вилок, скользящей вилки и приварной вилки шлицевого вала, при этом фланец-вилки, скользящая вилка, втулка и приварная вилка шлицевого вала выполнены из термообработанной стали, а крестовины, наружные кольца и игольчатые ролики выполнены из термообработанной стали пониженной прокаливаемости, отличительной особенностью которого является то, что в качестве термообработанной стали для изготовления фланец-вилок, скользящей вилки и приварной вилки щлицевого вала применена сталь пониженной прокаливаемости, содержание углерода в которой выбрано от 0,40 до 0,65 мас.%, подвергнутая предварительной термической обработке, заключающейся в использовании ковочного тепла, и окончательной термической обработке в виде объемно-поверхностной закалки с самоотпуском или отпуском в печи, причем средний условный диаметр действительного зерна аустенита составляет 0,0069 и 0,0049 мм (номер величины зерна 11 и 12) или составляет 0,0032 и 0,0027 мм (номер величины зерна 13 и 14), при этом конечная микроструктура стали поверхностного слоя отверстий проушин фланец-вилок, скользящей вилки и приварной вилки шлицевого вала организована в виде скрытоигольчатого отпущенного мартенсита с твердостью 57-61 НКСэ, а конечная микроструктура стали поверхностного слоя торцевых шлицов фланец-вилок, наружных шлицов хвостовика скользящей вилки и внутренних шлицов втулки шлицевого вала организована в виде скрытоигольчатого отпущенного мартенсита с твердостью 52-56 HRСэ, кроме того, конечная микроструктура всего объема и остальной поверхности фланец-вилок, скользящей вилки, а также втулки и приварной вилки шлицевого вала организована в виде троостита, троосто-сорбита или сорбита с твердостью 30-45 НКСэ.

Экспериментальные стендовые, а затем и натурные сравнительные испытания известного и предложенного карданных валов наземных транспортных средств показали, что с использованием всех отличительных признаков создана конструкция карданного вала наземных транспортных средств, обладающая повышенной на 15-20% долговечностью всех шлицевых соединений и всех рабочих отверстий проушин вилок, уменьшенными размерами шлицевых соединений при передаче одинакового крутящего момента, что, в свою очередь, привело к снижению на 8-10% расхода металла на карданный вал в целом и, как следствие, к снижению его массы. При этом одновременно достигнуто снижение стоимости изготовления деталей предложенной конструкции карданного вала наземных транспортных средств из-за упрощения и удешевления технологии термической обработки его деталей.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан карданный вал наземных транспортных средств, на фиг.2 - разрез А-А по шарниру карданного вала; на фиг.3 - выносной элемент Б.

Карданный вал наземных транспортных средств содержит две фланец-вилки 1, каждая из которых имеет проушины 2 с отверстиями 3 и фланец 4 с торцевыми шлицами 5, подвижное шлицевое соединение, состоящее из скользящей вилки 6, снабженной проушинами 2 с отверстиями 3 и хвостовиком 7 с наружными шлицами 8, и шлицевого вала, состоящего из соединенных между собой втулки 9 с внутренними шлицами 10, трубы 11 и приварной вилки 12, снабженной проушинами 2 с отверстиями 3, а также два шарнира, состоящих из крестовин 13, на шипах 14 которых установлены игольчатые подшипники 15 с игольчатыми роликами и наружным кольцом. Игольчатые подшипники 15 шарниров размещены в отверстиях 3 проушин 2 фланец-вилок 1, скользящей вилки 6 и приварной вилки 12 шлицевого вала, причем крестовины 13 выполнены из стали пониженной прокаливаемости, подвергнутой термической обработке. Фланец-вилки 1, скользящая вилка 6, а также шлицевая втулка 9 и приварная вилка 12 шлицевого вала также выполнены из стали пониженной прокаливаемости, подвергнутой предварительной термической обработке, заключающейся в использовании ковочного тепла, и окончательной термической обработке, заключающейся в объемно-поверхностной закалке с самоотпуском или отпуском в печи. Средний условный диаметр действительного зерна аустенита составляет 0,0069 и 0,0049 мм (номер величины зерна 11 и 12) или составляет 0,0032 и 0,0027 мм (номер величины зерна 13 и 14). Содержание углерода в использованной стали выбрано от 0,40 до 0,65 мас.%, при этом конечная микроструктура стали поверхностного слоя отверстий 3 проушин 2 фланец-вилок 1, скользящей вилки 6 и приварной вилки 12 шлицевого вала организована в виде скрытоигольчатого отпущенного мартенсита с твердостью 57-61 НКСэ, конечная микроструктура стали поверхностного слоя торцевых шлицов 4 фланца 5 фланец-вилок 1, наружных шлицов хвостовика скользящей вилки 6 и внутренних шлицов приварной втулки 12 шлицевого вала организована в виде скрытоигольчатого отпущенного мартенсита с твердостью 52-56 НКСэ, а микроструктура всего объема и остальной поверхности фланец-вилок 1, скользящей вилки 6, а также втулки 9 и приварной вилки 12 шлицевого вала представляет собой троостит, троостосорбит или сорбит с твердостью 30-45 НКСэ.

Предложенный карданный вал имеет традиционную конструкцию, его установка на транспортное средство и эксплуатация является стандартной и не отличается от существующей в настоящее время.

Следует отметить, что изготовление предложенной конструкции карданного вала наземных транспортных средств из углеродистой конструкционной стали пониженной прокаливаемости целесообразнее изготовления известного карданного вала из традиционных материалов и по традиционной технологии из-за низкой стоимости стали пониженной прокаливаемости, значительно низких трудозатрат при термической обработке деталей карданного вала, а также за счет снижения его массы.

Содержание химических элементов в стали пониженной прокаливаемости, а также технология изготовления деталей предложенного карданного вала наземных транспортных средств из нее является предметом ноу-хау, но при этом не требует для своего воплощения создания сложного технологического оборудования и привлечения больших материальных затрат. Технология изготовления деталей предложенного карданного вала наземных транспортных средств дает возможность получить их стабильную микроструктуру, которая и обеспечивает решение поставленной технической задачи с достижением заданного технического результата.

Карданный вал включает две фланец-вилки, каждая из которых имеет проушины с отверстиями и фланец с торцевыми шлицами, подвижное соединение, состоящее из скользящей вилки, имеющей проушины с отверстиями, хвостовик с наружными шлицами, и шлицевого вала, состоящего из соединенных между собой втулки с внутренними шлицами, трубы и приварной вилки, имеющей проушины с отверстиями, а также два шарнира, каждый из которых содержит крестовину и игольчатые подшипники. В качестве стали для изготовления фланец-вилок, скользящей вилки и приварной вилки шлицевого вала применена термообработанная сталь пониженной прокаливаемости, подвергнутая предварительной термической обработке, заключающейся в использовании ковочного тепла, и окончательной термической обработке в виде объемно-поверхностной закалки с самоотпуском или отпуском в печи. В результате повышается долговечность карданного вала, уменьшается его масса и стоимость изготовления. 3 ил.

Карданный вал наземных транспортных средств, содержащий две фланец-вилки, каждая из которых имеет проушины с отверстиями и фланец с торцевыми шлицами, подвижное шлицевое соединение, состоящее из скользящей вилки, имеющей проушины с отверстиями и хвостовик с наружными шлицами, и шлицевого вала, состоящего из соединенных между собой втулки с внутренними шлицами, трубы и приварной вилки, имеющей проушины с отверстиями, а также два шарнира, каждый из которых содержит крестовину и игольчатые подшипники, установленные на всех ее шипах и состоящие из наружного кольца и игольчатых роликов, причем игольчатые подшипники шарниров своими наружными кольцами размещены в отверстиях проушин фланец-вилок, скользящей вилки и приварной вилки шлицевого вала, при этом фланец-вилки, скользящая вилка, втулка и приварная вилка шлицевого вала выполнены из термообработанной стали, а крестовины, наружные кольца и игольчатые ролики выполнены из термообработанной стали пониженной прокаливаемости, отличающийся тем, что в качестве термообработанной стали для изготовления фланец-вилок, скользящей вилки и приварной вилки щлицевого вала применена сталь пониженной прокаливаемости, содержание углерода в которой выбрано от 0,40 до 0,65 мас.%, подвергнутая предварительной термической обработке, заключающейся в использовании ковочного тепла, и окончательной термической обработке в виде объемно-поверхностной закалки с самоотпуском или отпуском в печи, причем средний условный диаметр действительного зерна аустенита составляет 0,0069 и 0,0049 мм (номер величины зерна 11 и 12) или составляет 0,0032 и 0,0027 мм (номер величины зерна 13 и 14), при этом конечная микроструктура стали поверхностного слоя отверстий проушин фланец-вилок, скользящей вилки и приварной вилки шлицевого вала организована в виде скрытоигольчатого отпущенного мартенсита с твердостью 57-61 НКСэ, а конечная микроструктура стали поверхностного слоя торцевых шлицов фланец-вилок, наружных шлицов хвостовика скользящей вилки и внутренних шлицов втулки шлицевого вала организована в виде скрытоигольчатого отпущенного мартенсита с твердостью 52-56 НКСэ, кроме того, конечная микроструктура всего объема и остальной поверхности фланец-вилок, скользящей вилки, а также втулки и приварной вилки шлицевого вала организована в виде троостита, троостосорбита или сорбита с твердостью 30-45 НКСэ.