УЗЕЛ ЦАПФЫ КОЛЕСА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2019 года по МПК B60K23/08 F16D11/14 F16D27/09 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к ведущему мосту транспортного средства, в частности, к муфте или сцепному устройству с электроприводом, обеспечивающему расцепление кинематической связи с колесами при отсутствии необходимости передачи крутящего момента на данный мост.

Уровень техники

Полуоси, проходящие в поперечном направлении от механизмов привода заднего моста (RDU) полноприводных (AWD) транспортных средств с двигателем, имеющим переднее поперечное расположение, непрерывно вращаются вместе с задними колесами даже в том случае, когда крутящий момент не передается на привод заднего моста.

Подобное постоянное вращение полуосей приводит к потерям энергии, связанным с инерционными массами полуосей и других компонентов привода заднего моста, включая паразитические насосные потери от внутренних компонентов привода заднего моста.

В промышленности существует необходимость отцепления задних колес от привода заднего моста в тех случаях, когда не нужно передавать крутящий момент на задний мост, что позволит снизить расход топлива транспортного средства.

Раскрытие изобретения

Предложен узел цапфы колеса, который включает в себя первый вал, опирающийся на кулак, прикрепленный к раме транспортного средства, и имеющий первые торцовые зубья, второй вал, прикрепленный к полуоси, катушку и нажимное кольцо, соединенное со вторым валом с возможностью вращения и смещения по оси относительно первого вала, и имеющий вторые торцовые зубья, которые могут поочередно сцепляться с первыми торцовыми зубьями под действием электромагнитного поля, возникающего при подаче напряжения на катушку, и расцепляться с зубьями первого вала.

Зубчатое сцепление по типу кулачковой прижимной муфты (dog teeth) требует для контакта только 1-2 мм осевого смещения, что позволяет уменьшить рабочий ход блокирующего механизма и обеспечить более быстрое сцепление по сравнению со шлицевыми сцепляющими устройствами.

Цапфа колеса может поддерживаться подшипниками на кулаке и может быть прикреплена к первому валу с возможностью вращения.

Второй вал и нажимное кольцо также могут иметь шлицевые зубья, постоянно сцепленные друг с другом. Торцовые зубья первого вала расположены на конце первого вала, а торцовые зубья нажимного кольца могут быть расположены на конце нажимного кольца.

Узел цапфы колеса также может включать в себя корпус внутренней ступицы, прикрепленный к кулаку и вмещающий в себя катушку, нажимное кольцо, плунжер, упорный подшипник, установленный аксиально между плунжером и нажимным кольцом для передачи осевого перемещения плунжера на нажимное кольцо при подаче тока на катушку, а также пружину для возврата плунжера в расцепленное положение.

Узел цапфы колеса также может включать в себя второй подшипник для поддержки второго вала на корпусе внутренней ступицы и третий подшипник для поддержки второго вала на первом валу.

Узел цапфы колеса также может включать в себя пружинное кольцо, установленное на корпусе внутренней ступицы и контактирующее с боковой стороной второго подшипника, а также стопорное кольцо, установленное на втором валу и контактирующее с боковой стороной второго подшипника, противоположной от пружинного кольца.

В другом варианте предложен узел цапфы колеса, который включает в себя первый вал, установленный на цапфе колеса, и имеющий на конце первые торцовые зубья; второй вал; катушку; нажимное кольцо, установленное на втором валу с возможностью вращения и с возможностью осевого смещения относительно первого вала, и включающее в себя вторые торцовые зубья, которые могут сцепляться с торцовыми зубьями первого вала под действием электромагнитного поля, возникающего при подаче напряжения на катушку, и отцепляться от торцовых зубьев первого вала.

Узел цапфы колеса также может включать в себя второй подшипник для поддержки второго вала на корпусе внутренней ступицы, и третий подшипник для поддержки второго вала на первом валу.

В еще одном варианте предложен узел цапфы колеса, включающий в себя первый вал для передачи крутящего момента на цапфу колеса, имеющий первые радиально направленные торцовые зубья; второй вал; катушку; нажимное кольцо, соединенное со вторым валом с возможностью вращения и с возможностью осевого смещения относительно первого вала, и имеющее радиально направленные вторые торцевые зубья, которые могут сцепляться с первыми торцевыми зубьями первого вала под действием электромагнитного поля, возникающего при подаче напряжения на катушку, и отцепляться от первых торцевых зубьев.

Возможные варианты применения настоящего изобретения станут очевидны после ознакомления с приведенными ниже подробным описанием, формулой изобретения и сопроводительными чертежами. Следует понимать, что, хотя в данном описании и конкретных примерах указаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, они приведены исключительно для наглядности. Специалистам в данной области техники станут очевидны, что в описанные иллюстративные варианты осуществления изобретения могут быть внесены различные изменения и модификации без отступления от его сущности.

Краткое описание чертежей

Изобретение, описанное в настоящем документе, станет более понятным после ознакомления со следующим описанием со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На Фиг. 1 представлен общий вид, на котором изображена цапфа левого колеса с электрическим устройством расцепления.

На Фиг. 2 представлен общий вид в продольном разрезе цапфы колеса с Фиг. 1, выполненном по диаметральной плоскости, причем изображена цапфа колеса, отцепленная от полуоси.

На Фиг. 3 представлен общий вид в продольном разрезе цапфы колеса с Фиг. 1, выполненном по диаметральной плоскости, причем изображена цапфа колеса, соединенная с полуосью с возможностью передачи привода.

На Фиг. 4 представлен общий вид в продольном разрезе плунжерного узла 1, выполненном по диаметральной плоскости.

Осуществление изобретения

На Фиг. 1 и 2 представлен узел 10 цапфы колеса, включающий в себя кулак 12, прикрепленный к раме транспортного средства; полуось 14, проходящую наружу и влево относительно привода заднего моста и его дифференциального механизма; корпус 16 внутренней ступицы, прикрепленный при помощи болтов 18 к кулаку 12; ступицу 20 колеса, поддерживаемую с помощью колесных подшипников 22, 23 на кулаке 12 и несущую колесные болты 24. Хотя на фигурах изображены только компоненты левой стороны транспортного средства, следует понимать, что устройство расцепления предусмотрено как на левой, так и на правой цапфе колеса, при этом правая сторона симметрична левой стороне.

Как показано на Фиг. 2, вал цапфы колеса включает в себя наружный вал 26, прикрепленный к ступице 20 колеса с возможностью вращения, и внутренний вал 28, прикрепленный к полуоси 14 и свободно вращающийся внутри корпуса 16 внутренней ступицы. Внутренний вал 28 приспособлен для установки на его внутренней стороне синхронного кардана и имеет наружные шлицевые зубья 30, ориентированные вдоль оси.

Скользящее нажимное кольцо 32 прикреплено к внутреннему валу 28 с помощью внутренних шлицевых зубьев, сцепляемых с наружными шлицевыми зубьями 30 таким образом, чтобы нажимное кольцо 32 и внутренний вал 28 могли вращаться вместе как единое целое, но нажимное кольцо могло перемещаться аксиально относительно внутреннего вала. Нажимное кольцо 32 имеет радиально направленные торцовые зубья 34, расположенные вокруг оси 36 на угловом расстоянии друг от друга и выполненные на наружном конце нажимного кольца. Внутренний конец наружного вала 26 имеет радиально направленные торцовые зубья 38, расположенные вокруг оси 36 на угловом расстоянии друг от друга, и которые поочередно сцепляются и расцепляются с торцовыми зубьями 34.

Внутренний вал 28 зафиксирован в осевом направлении внутри корпуса 16 внутренней ступицы при помощи пружинного кольца 40 и стопорного кольца 42, расположенных на противоположных сторонах герметизированного шарикового подшипника 44 в осевом направлении. Пружинное кольцо 40 не позволяет шариковому подшипнику 44 переместиться по направлению внутрь. Уступ 46, выполненный на корпусе 16 внутренней ступицы, не дает шариковому подшипнику 44 переместиться в направлении наружу. Внутренний вал 28 имеет паз для стопорного кольца полуоси, выполненный на его наружной поверхности, снаружи от шарикового подшипника 44. После установки в паз стопорное кольцо 42 не позволяет внутреннему валу 28 переместиться по направлению внутрь.

Электромагнитная катушка 50 с электропроводящей проволокой удерживается от вращения за счет фиксации на внутренней стенке корпуса 16 внутренней ступицы. При подаче напряжения на катушку 50 электромагнитное поле, создаваемое данной катушкой, перемещает плунжер 52 наружу вдоль оси 36, в результате чего торцовые зубья 34 нажимного кольца 32 зацепляются за торцовые зубья 38 наружного вала 26, создавая соединение между полуосью 14 и наружным валом 26 с возможностью передачи крутящего момента. Когда торцовые зубья 34, 38 сцеплены друг с другом, между наружным валом 26 и внутренним валом 28 создается соединение, обеспечивающее передачу крутящего момента.

Подшипники 54, 44 и подшипники 22, 23, установленные внутри цапфы 10 колеса, позволяют валам 26, 28 вращаться вокруг одной общей оси и вокруг оси корпуса 16 внутренней ступицы.

Возвратная пружина 58 предназначена для возврата плунжера 52 и скользящего нажимного кольца 32 в расцепленное положение, когда на катушку 50 перестает поступать ток.

На Фиг. 4 представлен плунжер 52, нажимное кольцо 32 и промежуточный подшипник 56, который позволяет нажимному кольцу свободно вращаться относительно плунжера и передает осевое усилие от плунжера на нажимное кольцо при подаче тока на катушку 50. Внутренняя поверхность 60 нажимного кольца 32 имеет внутренние продольные шлицевые зубья, постоянно находящиеся в сцепленном состоянии с внешними продольными шлицевыми зубьями 30 на внутреннем валу 28.

В вышеприведенном описании был рассмотрен предпочтительный вариант осуществления изобретения. Однако следует отметить, что помимо проиллюстрированного и описанного варианта на практике могут быть реализованы и другие варианты осуществления изобретения.

Изобретение относится к транспортной технике. Узел цапфы колеса включает в себя первый вал, опирающийся на кулак, прикрепленный к шасси транспортного средства, и имеющий торцевые зубья; второй вал, прикрепленный к полуоси; катушку и нажимное кольцо, соединенное со вторым валом с возможностью вращения и с возможностью осевого смещения относительно первого вала и имеющее торцевые зубья, которые могут сцепляться с торцевыми зубьями первого вала под действием электромагнитного поля, возникающего при подаче напряжения на катушку, и отцепляться от зубьев первого вала. Конструкция позволяет отсоединять колеса от полуосей, когда крутящий момент не передается на привод моста. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Узел цапфы колеса, содержащий:

наружный вал, опирающийся на кулак, установленный на раме транспортного средства, и имеющий первые зубья сцепления;

внутренний вал;

катушку;

плунжер;

пружину, смещающую плунжер в осевом направлении от наружного вала;

нажимное кольцо, установленное на внутреннем валу с возможностью вращения и с возможностью смещения в осевом направлении относительно наружного вала и имеющее вторые зубья сцепления;

упорный подшипник, установленный аксиально между плунжером и нажимным кольцом для передачи осевого перемещения плунжера на нажимное кольцо при подаче тока на катушку для сцепления первых и вторых зубьев сцепления.

2. Узел цапфы колеса по п. 1, дополнительно содержащий ступицу колеса, поддерживаемую подшипниками на кулаке и снабженную шлицами для вращения на наружном валу.

3. Узел цапфы колеса по п. 1, в котором внутренний вал включает в себя первые осевые шлицевые зубья, выполненные как одно целое с внутренним валом, нажимное кольцо включает в себя вторые осевые шлицевые зубья, постоянно сцепленные с первыми осевыми шлицевыми зубьями, первые зубья сцепления расположены на внутренней осевой торцевой поверхности наружного вала и вторые зубья сцепления расположены на наружной осевой торцевой поверхности нажимного кольца.

4. Узел цапфы колеса по п. 1, дополнительно содержащий корпус внутренней ступицы, прикрепленный к кулаку с возможностью вращения и вмещающий в себя катушку, нажимное кольцо, плунжер, упорный подшипник и пружину.

5. Узел цапфы колеса по п. 4, дополнительно содержащий второй подшипник, установленный в корпусе внутренней ступицы для поддержки внутреннего вала на корпусе внутренней ступицы, и третий подшипник для поддержки наружного конца внутреннего вала на внутреннем конце наружного вала.

6. Узел цапфы колеса по п. 5, дополнительно содержащий пружинное кольцо, установленное на корпусе внутренней ступицы и контактирующее с внутренней осевой боковой стороной второго подшипника, и стопорное кольцо, установленное на внутреннем валу и контактирующее со вторым подшипником с наружной осевой боковой стороны второго подшипника.

7. Узел цапфы колеса, содержащий:

наружный вал, установленный на ступице колеса и имеющий внутреннюю торцевую поверхность с радиально направленными первыми торцевыми зубьями;

внутренний вал;

катушку;

нажимное кольцо, установленное на внутреннем валу с возможностью вращения и с возможностью осевого смещения относительно наружного вала и имеющее наружную торцевую поверхность с радиального направленными вторыми торцевыми зубьями, которые входят в зацепление с первыми торцевыми зубьями при подаче напряжения на катушку.

8. Узел цапфы колеса по п. 7, в котором ступица колеса поддерживается подшипниками на кулаке и снабжена шлицами для вращения на наружном валу.

9. Узел цапфы колеса по п. 7, в котором внутренний вал имеет первые осевые шлицевые зубья, выполненные как одно целое с внутренним валом, а нажимное кольцо имеет вторые осевые шлицевые зубья, постоянно сцепленные с первыми осевыми шлицевыми зубьями.

10. Узел цапфы колеса по п. 7, дополнительно содержащий корпус внутренней ступицы, прикрепленный к кулаку с возможностью вращения и вмещающий в себя катушку, нажимное кольцо, плунжер, упорный подшипник, установленный аксиально между плунжером и нажимным кольцом для передачи осевого перемещения плунжера на нажимное кольцо при подаче тока на катушку, а также пружину для возврата плунжера в расцепленное положение.

11. Узел цапфы колеса по п. 10, дополнительно содержащий второй подшипник, установленный в корпусе внутренней ступицы для поддержки внутреннего вала на корпусе внутренней ступицы, и третий подшипник для поддержки наружного конца внутреннего вала на внутреннем конце наружного вала.

12. Узел цапфы колеса по п. 11, дополнительно содержащий пружинное кольцо, установленное на корпусе внутренней ступицы и контактирующее с внутренней осевой боковой стороной второго подшипника, и стопорное кольцо, установленное на внутреннем валу и контактирующее со вторым подшипником с наружной осевой боковой стороны второго подшипника.

13. Узел цапфы колеса, содержащий:

наружный вал для передачи крутящего момента ступице колеса, имеющий радиально направленные первые торцевые зубья;

внутренний вал;

катушку, радиально наружную относительно наружного вала и расположенную на осевом расстоянии от наружного вала;

нажимное кольцо, установленное на внутреннем валу с возможностью вращения и с возможностью осевого смещения относительно наружного вала и имеющее наружную торцевую поверхность с радиально направленными вторыми торцевыми зубьями, которые входят в зацепление с первыми торцевыми зубьями при подаче напряжения на катушку.

14. Узел цапфы колеса по п. 13, дополнительно содержащий ступицу колеса, поддерживаемую подшипниками на кулаке и снабженную шлицами для вращения на наружном валу.

15. Узел цапфы колеса по п. 13, в котором внутренний вал включает в себя первые осевые шлицевые зубья, нажимное кольцо включает в себя вторые осевые шлицевые зубья, постоянно сцепленные с первыми осевыми шлицевыми зубьями, первые торцевые зубья расположены на аксиально внутренней торцевой поверхности наружного вала, а вторые торцевые зубья расположены на аксиально наружной торцевой поверхности нажимного кольца.

16. Узел цапфы колеса по п. 13, дополнительно содержащий корпус внутренней ступицы, прикрепленный к кулаку с возможностью вращения и вмещающий в себя катушку, нажимное кольцо, плунжер, упорный подшипник, установленный аксиально между плунжером и нажимным кольцом для передачи осевого перемещения плунжера на нажимное кольцо при подаче тока на катушку, а также пружину для возврата плунжера в расцепленное положение.

17. Узел цапфы колеса по п. 16, дополнительно содержащий второй подшипник, установленный в корпусе внутренней ступицы для поддержки внутреннего вала на корпусе внутренней ступицы, и третий подшипник для поддержки наружного конца внутреннего вала на внутреннем конце наружного вала.

18. Узел цапфы колеса по п. 17, дополнительно содержащий пружинное кольцо, установленное на корпусе внутренней ступицы и контактирующее с внутренней осевой боковой стороной второго подшипника, и стопорное кольцо, установленное на внутреннем валу и контактирующее со вторым подшипником с наружной осевой боковой стороны второго подшипника.