ПОДШИПНИК КРЕСТОВИНЫ ШАРНИРА КАРДАННОГО ВАЛА Российский патент 2006 года по МПК F16C33/78 F16D3/38 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к карданным шарнирам.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является подшипник крестовины карданного вала, заявка ЕР №1225355, F 16 C 33/78, F 16 D 3/41 публ. 24.07.2002 г., содержащий установленный в одной из вилок шарнира точеный корпус в виде стакана с донно-боковой окружной выборкой, между внутренней боковой поверхностью которого и боковой поверхностью шипа крестовины расположены ролики, установленные торцами с поджатием между опорной шайбой и упорной частью каркаса радиального уплотнителя, установленного посредством установочной части своего каркаса с натягом по внутреннему диаметру корпуса подшипника и контактирующим одной из поверхностей наружного отгиба этой части каркаса с торцом корпуса подшипника, а другой поверхностью этого отгиба установочной части каркаса с торцевым уплотнителем, который установлен на основании шипа крестовины. Опорная шайба выполнена металлической, конусной, одинаковой толщины в поперечном сечении и имеет наружный диаметр меньше чем внутренний диаметр корпуса подшипника, причем ее центральное отверстие выполнено такого диаметра, что между торцом шипа крестовины и донной поверхностью корпуса подшипника образован зазор. Упорная и установочная части каркаса радиального уплотнителя подшипника выполнены в виде отдельных металлических деталей, соединенных с его упругой составляющей методом вулканизации, причем его установка с натягом внутри корпуса подшипника осуществлена через слой его упругой составляющей. Торцевой уплотнитель подшипника выполнен из двух составляющих: пластмассовой, которая установлена с фиксацией на корпусе подшипника, и резиновой, которая своими рабочими кромками контактирует с основанием шипа крестовины, а именно с конусной поверхностью заплечика основания шипа крестовины.

Недостатками данного технического решения являются сложная конструкция подшипника крестовины шарнира карданного вала и, как следствие, трудоемкая технология изготовления подшипника крестовины шарнира карданного вала, а именно применение опорной шайбы конусной, малых размеров, и из достаточно тонкого металла вызывает дополнительные трудности при ее изготовлении, кроме того, применение каркаса радиального уплотнителя состоящим из двух раздельных частей (таких как упорная и установочная), усложняет конструкцию уплотнителя и вызывает дополнительные трудности в его изготовлении, так как в процессе вулканизации его упругой составляющей и раздельных частей каркаса, последние достаточно сложно заданно ориентировать перед данным процессом, сложность конструкции подшипника и трудоемкость его изготовления также усложняется из-за сложной конструкции торцевого уплотнителя, состоящего из двух составляющих: пластмассовой и резиновой, которые в процессе изготовления данного уплотнителя необходимо соединить, что достаточно трудоемко для разнородных материалов; повышенная сложность и, как следствие, повышенная трудоемкость при сборке подшипника крестовины шарнира карданного вала и при его монтаже на крестовине шарнира карданного вала из-за выполнения опорной шайбы с наружным диаметром, меньшим, чем внутренний диаметр корпуса подшипника, что может при сборке вызывать смещение ее в зону донно-боковой окружной выборки, а это влечет к невозможности ее центровки относительно внутреннего отверстия корпуса подшипника и к возможности вылета роликов, особенно при транспортировке подшипников до места их монтажа на крестовину шарнира карданного вала, тем более что конусность опорной шайбы (мнимая вершина конусности опорной шайбы расположена за донной поверхностью корпуса подшипника) способствует этому; недостаточный срок эксплуатации из-за того, что во-первых, применение опорной шайбы из металла влечет за собой большие пружинящие усилия на ней, которые вызывают большие осевые усилия на роликах, что приводит к повышенному трению их торцов о опорную шайбу и упорную часть каркаса радиального уплотнителя, а значит и к повышенному износу, чему к тому же способствует и сам материал (материал опорной шайбы металл, а металл о металл (контакт с роликами) по сравнению, например, с парой трения, состоящей из металла и синтетики, дает трение в десять раз большее), и то, что в контакте роликов и выполненной в виде шайбы упорной части каркаса радиального уплотнителя участвует излишне большая площадь последней, также способствующие присутствию излишнего трения с повышенным износом, во-вторых, наличие зазора между торцом шипа крестовины и донной поверхностью корпуса подшипника, образованного в результате наличия большого центрального отверстия в опорной шайбе, предполагает, что торец шипа крестовины периодически будет контактировать с донной поверхностью корпуса подшипника крестовины шарнира карданного вала, создавая тем самым дополнительную пару трения, а кроме того, перекрывая доступ смазки из центрального отверстия шипа крестовины к роликам, что также умешает срок эксплуатации подшипника крестовины шарнира карданного вала, в-третьих, примененный торцевой уплотнитель подшипника из двух составляющих: пластмассовой, которая установлена с фиксацией на корпусе подшипника, и резиновой, которая своими рабочими кромками контактирует с основанием шипа крестовины, не обеспечивает достаточной герметизации (защищенности) внутреннего пространства подшипника и в итоге не достигается достаточный срок службы подшипника крестовины шарнира карданного вала.

Задача изобретения - упрощение конструкции подшипника крестовины шарнира карданного вала и на основе этого улучшение технологичности его изготовления, и как следствие, упрощение его сборки и монтажа, а также увеличение его срока эксплуатации.

Указанная задача решается тем, что в подшипнике крестовины шарнира карданного вала, содержащем установленный в одной из вилок шарнира точеный корпус в виде стакана с донно-боковой окружной проточкой, между внутренней боковой поверхностью которого и боковой поверхностью шипа крестовины расположены ролики, установленные торцами с поджатием между опорной шайбой и упорной частью каркаса радиального уплотнителя, установленного посредством установочной части своего каркаса с натягом внутри корпуса подшипника и контактирующим одной из поверхностей наружного отгиба этой части каркаса с торцом корпуса последнего, а другой - с торцевым уплотнителем, расположенным на основании шипа крестовины, согласно изобретению, опорная шайба выполнена из синтетического материала с наружным диаметром по наружной боковой поверхности, соответствующим диаметру корпуса подшипника по его внутренней боковой поверхности, и выполнена с кольцевым выступом, ограниченным торцом контактирующим с торцами роликов, наружной боковой поверхностью, расположенной на окружности с диаметром, равным диаметру расположения окружности наружной боковой поверхности опорной шайбы, и внутренней боковой поверхностью, граничащей на опорной шайбе с ее средней частью, которая расположена между торцом шипа крестовины и донной поверхностью корпуса подшипника, на торцевой же поверхности опорной шайбы, обращенной к донной поверхности корпуса подшипника, выполнено окружное углубление с выходом своей образующей торцевой поверхностью на наружную боковую поверхность опорной шайбы и с диаметром окружности расположения образующей боковой поверхности, по крайней мере не превышающим диаметр окружности расположения образующей боковой поверхности донного участка донно-боковой окружной проточки корпуса подшипника, образующая торцевая поверхность бокового участка которой расположена напротив наружной боковой поверхности кольцевого выступа опорной шайбы, а упорная и установочная части каркаса радиального уплотнителя выполнены в виде единой детали, причем к внутренней поверхности установочной части его каркаса привулканизирован направляющий кольцевой прилив его упругой составляющей, заходный торец которого, при установке подшипника на шип крестовины, предназначен для захода по нему на наружный отгиб установочной части каркаса этого уплотнителя рабочей кольцевой кромки торцевого уплотнителя, выполненного цельным из однородного упругого материала.

В частном случае, диаметр окружности расположения образующей боковой поверхности окружного углубления на торцевой поверхности опорной шайбы подшипника крестовины шарнира карданного вала меньше диаметра окружности расположения образующей боковой поверхности донного участка донно-боковой окружной проточки корпуса подшипника.

В частном случае, диаметр окружности расположения внутренней боковой поверхности кольцевого выступа опорной шайбы подшипника крестовины шарнира карданного вала соответствует диаметру шипа крестовины.

В частном случае, установочная часть каркаса радиального уплотнителя подшипника крестовины шарнира карданного вала непосредственно контактирует наружной боковой поверхностью с внутренней боковой поверхностью корпуса подшипника.

В частном случае, в продольном осевом сечении подшипника крестовины шарнира карданного вала образующая контактирующего с роликами торца кольцевого выступа опорной шайбы выполнена в виде прямого отрезка, поперечно расположенного к продольной оси подшипника.

В частном случае, в продольном осевом сечении подшипника крестовины шарнира карданного вала образующая контактирующего с роликами торца кольцевого выступа опорной шайбы выполнена в виде прямого отрезка, наклонно расположенного к продольной оси подшипника.

В частном случае, в продольном осевом сечении подшипника крестовины шарнира карданного вала образующая контактирующего с роликами торца кольцевого выступа опорной шайбы выполнена вогнутой.

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 - подшипник крестовины шарнира карданного вала, местный разрез;

Фиг.2 - вид А на фиг.1;

Фиг.3 - опорная шайба, вид сбоку;

Фиг.4 - опорная шайба, вид сверху.

Подшипник 1 крестовины 2 шарнира 3 карданного вала 4 содержит установленный в одной из вилок 5 шарнира 3 точеный корпус 6 в виде стакана с донно-боковой окружной проточкой 7, между внутренней боковой поверхностью 8 которого и боковой поверхностью 9 шипа 10 крестовины 2 расположены ролики 11, установленные торцами 12 с поджатием между опорной шайбой 13 и упорной частью 14 каркаса 15 радиального уплотнителя 16, установленного посредством установочной части 17 своего каркаса 15 с натягом внутри корпуса 6 подшипника 1 и контактирующим одной из поверхностей наружного отгиба 18 этой части 17 каркаса 15 с торцом 19 корпуса 6 последнего (подшипника 1), а другой - с торцевым уплотнителем 20, расположенным на основании шипа 10 крестовины 2.

Опорная шайба 13 выполнена из синтетического материала с наружным диаметром «d₁» по наружной боковой поверхности 21, соответствующим диаметру «d₂» корпуса 6 подшипника 1 по его внутренней боковой поверхности 8, и выполнена с кольцевым выступом 22, ограниченным торцом 23, контактирующим с торцами 12 роликов 11, ограниченным наружной боковой поверхностью 24, расположенной на окружности «d₃» с диаметром, равным диаметру «d₁» расположения окружности наружной боковой поверхности 21 опорной шайбы 13, и ограниченным внутренней боковой поверхностью 25, граничащей на опорной шайбе 13 с ее средней частью 26, которая расположена между торцом 27 шипа 10 крестовины 2 и донной поверхностью 28 корпуса 6 подшипника 1, на торцевой же поверхности 29 опорной шайбы 13, обращенной к донной поверхности 28 корпуса 6 подшипника 1, выполнено окружное углубление 30 с выходом своей образующей торцевой поверхностью 31 на наружную боковую поверхность 21 опорной шайбы 13 и с диаметром «D₁» окружности расположения образующей боковой поверхности 32, по крайней мере не превышающим диаметр «D₂» окружности расположения образующей боковой поверхности 33 донного участка 34 донно-боковой окружной проточки 7 корпуса 6 подшипника 1. Образующая торцевая поверхность 35 бокового участка 36 донно-боковой окружной проточки 7 корпуса 6 подшипника 1 расположена напротив наружной боковой поверхности 24 кольцевого выступа 22 опорной шайбы 13.

А упорная 14 и установочная 17 части каркаса 15 радиального уплотнителя 16 выполнены в виде единой детали, причем к внутренней поверхности установочной части 17 его каркаса 15 привулканизирован направляющий кольцевой прилив 37 его упругой составляющей 38, заходный торец 39 которого, при установке подшипника 1 на шип 10 крестовины 2, предназначен для захода по нему на наружный отгиб 18 установочной части 17 каркаса 15 этого радиального уплотнителя 16 рабочей кольцевой кромки 40 торцевого уплотнителя 20, выполненного цельным из однородного упругого материала.

В частном случае, диаметр «D₁» окружности расположения образующей боковой поверхности 32 окружного углубления 30 на торцевой поверхности 29 опорной шайбы 13 подшипника 1 крестовины 2 шарнира 3 карданного вала 4 меньше диаметра «D₂» окружности расположения образующей боковой поверхности 33 донного участка 34 донно-боковой окружной проточки 7 корпуса 6 подшипника 1.

В частном случае, диаметр «d₄» окружности расположения внутренней боковой поверхности 25 кольцевого выступа 22 опорной шайбы 13 подшипника 1 крестовины 2 шарнира 3 карданного вала 4 соответствует диаметру «d₅» шипа 10 крестовины 2.

В частном случае, установочная часть 17 каркаса 15 радиального уплотнителя 16 подшипника 1 крестовины 2 шарнира 3 карданного вала 4 непосредственно контактирует наружной боковой поверхностью 41 с внутренней боковой поверхностью 8 корпуса 6 подшипника 1.

В частном случае, показанном на фиг.1-4, в продольном осевом сечении подшипника 1 крестовины 2 шарнира 3 карданного вала 4 образующая контактирующего с роликами 11 торца 23 кольцевого выступа 22 опорной шайбы 13 выполнена в виде прямого отрезка, поперечно расположенного к продольной оси «L» подшипника 1.

В частном случае, в продольном осевом сечении подшипника 1 крестовины 2 шарнира 3 карданного вала 4 образующая контактирующего с роликами 11 торца 23 кольцевого выступа 22 опорной шайбы 13 может быть выполнена в виде прямого отрезка, наклонно расположенного к продольной оси «L» подшипника 1.

В частном случае, в продольном осевом сечении подшипника 1 крестовины 2 шарнира 3 карданного вала 4 образующая контактирующего с роликами 11 торца 23 кольцевого выступа 22 опорной шайбы 13 может быть выполнена вогнутой.

При сборке (а точнее при подсборке) подшипника 1 крестовины 2 шарнира 3 карданного вала 4 в его корпус 6 устанавливают синтетическую опорную шайбу 13, затем по внутренней боковой поверхности 8 с помощью густой смазки располагают ролики 11, а затем в корпус 6 подшипника 1 запрессовывают радиальный уплотнитель 16 таким образом, что его установочная часть 17 каркаса 15 контактирует наружной боковой поверхностью 41 с внутренней боковой поверхностью 8 корпуса 6 подшипника 1, а его упорная часть 14 контактирует с торцами роликов 11, которые поджимаются к торцу 23 кольцевого выступа 22 опорной шайбы 13, имеющему возможность подпружинивать ролики 11 в осевом направлении подшипника 1 за счет выполнения под выступом 22 опорной шайбы 13 окружного углубления 30 на ее торцевой поверхности 29 с диаметром «D₁» окружности расположения образующей боковой поверхности 32, по крайней мере не превышающим диаметр «D₂» окружности расположения образующей боковой поверхности 33 донного участка 34 донно-боковой окружной проточки 7 корпуса 6 подшипника 1. Далее производится монтаж подсобранного подшипника 1 на шарнире 3 карданного вала 4, для чего подшипник 1 запрессовывается в гнездо вилки 5 шарнира 3 карданного вала 4 с одновременным вхождением шипа 10 крестовины 2 данного шарнира 3 внутрь корпуса 6 подшипника 1, при этом рабочая кольцевая кромка 40 торцевого уплотнителя 20, предварительно установленного на основание шипа 10 крестовины 2, упирается в заходный торец 39 кольцевого прилива 37 упругой составляющей 38 радиального уплотнителя 16 и заходит (кольцевая кромка 40) по нему (по заходному торцу 39) на наружный отгиб 18 установочной части 17 каркаса 15 этого радиального уплотнителя 16.

Подшипник крестовины шарнира карданного вала работает следующим образом.

Во время движения транспортного средства, при изломах шарнира 3 карданного вала 4 крестовина 2 совершает относительно своих перпендикулярных осей (на каждой из которых расположено по два ее шипа 10) повороты, а каждый из подшипников 1 предназначен для расположения в нем и поворотов относительно его оси соответствующего шипа 10.

В заявляемой конструкции подшипника крестовины шарнира карданного вала повороты шипа 10 в подшипнике 1 осуществляются с минимальными потерями на трение, т.к. поворот шипа 10 осуществляется в подшипнике 1 с помощью роликов 11, которые контактируют одними из торцов с упорной частью 14 каркаса 15 радиального уплотнителя 16 с малым трением за счет минимизации контактирующей с торцами роликов 11 упорной части 14 каркаса 15 уплотнителя 16 и контактируют вторыми из торцов с торцом 23 кольцевого выступа 22 синтетической опорной шайбы 13 также с малым трением за счет свойств самого синтетического материала, обладающего малым коэффициентом трения.

В заявляемом техническом решении подшипника 1 крестовины 2 шарнира 3 карданного вала 4, во-первых, за счет того, что опорная шайба 13 выполнена из синтетического материала с наружным диаметром «d₁», по наружной боковой поверхности 21 соответствующим диаметру «d₂» корпуса 6 подшипника 1 по его внутренней боковой поверхности 8, и выполнена с кольцевым выступом 22, контактирующим с торцами 12 роликов 11, и выполнена со средней частью 26, расположенной между торцом 27 шипа 10 крестовины 2 и донной поверхностью 28 корпуса 6 подшипника 1, и выполнена с окружным углублением 30 на ее торцевой поверхности 29, диаметр «D₁» окружности расположения образующей боковой поверхности 32 которого по крайней мере не превышает диаметр «D₂» окружности расположения образующей боковой поверхности 33 донного участка 34 донно-боковой окружной проточки 7 корпуса 6 подшипника 1, образующая торцевая поверхность 35 бокового участка 36 которой (проточки 7) расположена напротив наружной боковой поверхности 24 кольцевого выступа 22 опорной шайбы 13, во-вторых, за счет того, что упорная 14 и установочная 17 части каркаса 15 радиального уплотнителя 16 выполнены в виде единой детали, в-третьих, за счет того, что к внутренней поверхности установочной части 17 его каркаса 15 привулканизирован направляющий кольцевой прилив 37 его упругой составляющей 38, заходный торец 39 которого, при установке подшипника 1 на шип 10 крестовины 2, предназначен для захода по нему на наружный отгиб 18 установочной части 17 каркаса 15 этого радиального уплотнителя 16 рабочей кольцевой кромки 40 торцевого уплотнителя 20, выполненного цельным из однородного упругого материала, в отличие от конструкции подшипника крестовины шарнира карданного вала прототипа, в нем (в заявляемом техническом решении подшипника крестовины шарнира карданного вала) достигается упрощение конструкции подшипника и на основе этого улучшение технологичности его изготовления, и, как следствие, упрощение его сборки и монтажа, а также увеличение его срока эксплуатации.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к карданным шарнирам. Подшипник крестовины шарнира карданного вала содержит установленный в одной из вилок шарнира точеный корпус в виде стакана с донно-боковой окружной проточкой, между внутренней боковой поверхностью которого и боковой поверхностью шипа крестовины расположены ролики, установленные торцами с поджатием между опорной шайбой и упорной частью каркаса радиального уплотнителя, установленного посредством установочной части своего каркаса с натягом внутри корпуса подшипника и контактирующего одной из поверхностей наружного отгиба этой части каркаса с торцом корпуса последнего, а другой - с торцевым уплотнителем, расположенным на основании шипа крестовины. Опорная шайба выполнена из синтетического материала с наружным диаметром «d₁» по наружной боковой поверхности, соответствующим диаметру «d₂» корпуса подшипника по его внутренней боковой поверхности, и выполнена с кольцевым выступом, контактирующим торцом с торцами роликов, и также выполнена со средней частью, расположенной между торцом шипа крестовины и донной поверхностью корпуса подшипника, и к тому же выполнена с окружным углублением на ее торцевой поверхности, диаметр «D₁» окружности расположения образующей боковой поверхности которого, по крайней мере, не превышает диаметр «D₂» окружности расположения образующей боковой поверхности донного участка донно-боковой окружной проточки корпуса подшипника, образующая торцевая поверхность бокового участка которой расположена напротив наружной боковой поверхности кольцевого выступа опорной шайбы. Упорная и установочная части каркаса радиального уплотнителя выполнены в виде единой детали, причем к внутренней поверхности установочной части его каркаса привулканизирован направляющий кольцевой прилив его упругой составляющей, заходный торец которого, при установке подшипника на шип крестовины, предназначен для захода по нему на наружный отгиб установочной части каркаса этого радиального уплотнителя рабочей кольцевой кромки торцевого уплотнителя, выполненного цельным из однородного упругого материала. Технический результат - упрощение конструкции подшипника крестовины шарнира карданного вала и улучшение технологичности его изготовления. 6 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Подшипник крестовины шарнира карданного вала, содержащий установленный в одной из вилок шарнира точеный корпус в виде стакана с донно-боковой окружной проточкой, между внутренней боковой поверхностью которого и боковой поверхностью шипа крестовины расположены ролики, установленные торцами с поджатием между опорной шайбой и упорной частью каркаса радиального уплотнителя, установленного посредством установочной части своего каркаса с натягом внутри корпуса подшипника и контактирующего одной из поверхностей наружного отгиба этой части каркаса с торцом корпуса последнего, а другой - с торцевым уплотнителем, расположенным на основании шипа крестовины, отличающийся тем, что опорная шайба выполнена из синтетического материала с наружным диаметром по наружной боковой поверхности, соответствующим диаметру корпуса подшипника по его внутренней боковой поверхности, и выполнена с кольцевым выступом, ограниченным торцом, контактирующим с торцами роликов, наружной боковой поверхностью, расположенной на окружности с диаметром, равным диаметру расположения окружности наружной боковой поверхности опорной шайбы, и внутренней боковой поверхностью, граничащей на опорной шайбе с ее средней частью, которая расположена между торцом шипа крестовины и донной поверхностью корпуса подшипника, на торцевой же поверхности опорной шайбы, обращенной к донной поверхности корпуса подшипника, выполнено окружное углубление с выходом своей образующей торцевой поверхностью на наружную боковую поверхность опорной шайбы и с диаметром окружности расположения образующей боковой поверхности, по крайней мере не превышающим диаметр окружности расположения образующей боковой поверхности донного участка донно-боковой окружной проточки корпуса подшипника, образующая торцевая поверхность бокового участка которой расположена напротив наружной боковой поверхности кольцевого выступа опорной шайбы, а упорная и установочная части каркаса радиального уплотнителя выполнены в виде единой детали, причем к внутренней поверхности установочной части его каркаса привулканизирован направляющий кольцевой прилив его упругой составляющей, заходный торец которого при установке подшипника на шип крестовины предназначен для захода по нему на наружный отгиб установочной части каркаса этого уплотнителя рабочей кольцевой кромки торцевого уплотнителя, выполненного цельным из однородного упругого материала.2. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что диаметр окружности расположения образующей боковой поверхности окружного углубления на торцевой поверхности опорной шайбы меньше диаметра окружности расположения образующей боковой поверхности донного участка донно-боковой окружной проточки его корпуса.3. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что диаметр окружности расположения внутренней боковой поверхности кольцевого выступа опорной шайбы соответствует диаметру шипа крестовины.4. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что установочная часть каркаса радиального уплотнителя непосредственно контактирует наружной боковой поверхностью с внутренней боковой поверхностью его корпуса.5. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что в его продольном осевом сечении образующая контактирующего с роликами торца кольцевого выступа опорной шайбы выполнена в виде прямого отрезка, поперечно расположенного к продольной оси подшипника.6. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что в его продольном осевом сечении образующая контактирующего с роликами торца кольцевого выступа опорной шайбы выполнена в виде прямого отрезка, наклонно расположенного к продольной оси подшипника.7. Подшипник по п.1, отличающийся тем, что в его продольном осевом сечении образующая контактирующего с роликами торца кольцевого выступа опорной шайбы выполнена вогнутой.