Крестовина асинхронного карданного шарнира Советский патент 1992 года по МПК F16D3/26 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к карданным передачам .транспортных средств.

Цель изобретения - повышение долговечности путем снижения тепловой .нагруженности шипов и выравнивания их температуры.

На фиг. 1 изображена крестовина, общий вид, и схема направлений распространения тепловой энергии и действия нагрузок; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, вариант; на фиг. 4 - шип крестовины, общий вид и схема распространения тепловой энергии; на фиг. 5 - упрощенная тепловая модель шипа; на фиг. 6 схема термических сопротивлений шипа.

Крестовина (фиг. 1) содержит корпус 1 с двумя взаимно перпендикулярными парами соосных шипов 2, центральный элемент 3 в виде цилиндрического вкладыша и расположенные внутри устройства передачи тепловой энергии с жидким теплоносителем, работающие по испарительно-конденсационному циклу.

Корпус 1 выполнен с центральным отверстием 6, а шипы 2-е осевыми отверстиями 7. Центральный элемент 3 выполнен с образующей поверхностью, ответной форме поверхности отверстия 6, и с отверстиями 8, каждое из которых расположено соосно с соответствующим отверстием 7. Центральный элемент 3 выполнен из материала с высокой удельной теплопроводностью, например из алюминиевого сплава.

Устройство 4 передачи тепловой энергии содержит герметичную вакуумированную полость, образованную поверхностью отверстия 7 шипа 2, поверхностью глухого отверстия 8 и внутренней поверхностью заглушки 9. Внутренние стенки полости покрыты слоем 10 капиллярно-пористого материала. Полость частично заполнена летучим жидким теплоносителем. Устройство 5 передачи тепловой энергии содержит герметичный вакуумированный баллон 11, внутренние стенки которогй покрыты слоем 12 капиллярно-пористого материала. Баллон 11 частично заполнен летучим жидким теплоносителем и установлен с натягом в соосных отв ерстиях 7 и В шипа и центрального элемента соответственно.

Центральный элемент 3 неподвижно установлен в отверстии 6 корпуса 1 и снабжен ребрами охлаждения (на фиг. 1 не показаны) ria торцовых поверхностях.

На фиг. 2 изображена составная крестовина, содержащая корпус 13, выполняющий роль центрального элемента, т.е. выполненный из материала с высокой удельной теплопроводностью, с неподвижно установ ленными шипами 14 и установленными внутри устройствами 4 передачи тепловой энергии.

Корпус 13 выполнен с ребрами охлаждения 15, расположенными на его торцовых поверхностях 16 и глухими отверстиями 17, 18, расположенными в радиальной плоскости. Шипы 14 выполнены с осевыми отверстиями 19..

Поверхности отверстий 17 и 19 соответственно корпуса и шипа образуют полость устройства 4. Шипы 14 установлены в отверстия 18. На фиг. 3 изображена составная крестовина, содержащая корпус 20, выполняющий роль центрального элемента, т.е. выполненный из материала с высокой удельной теплопроводностью, с неподвижно установленными шипами 21 и устройствами 5 передачи тепловой энергии.

Корпус 20 выполнен с ребрами охлаждения 22, расположенными на торцовых поверхностях 23, а также со сквозным центральным отверстием 24, сквозными отверстиями 25 и соосными с ними глухими отверстиями 26, расположенными в радиальной плоскости. При этом баллоны 11 ус-, тройств 5 установлены с натягом в отверстиях 25 и в осевых отверстиях 27, выполненных в шипах 21, установленных в отверстиях 26 корпуса.

Кроме того, баллоны устройства 5 частично введены в центральное отверстие 24 для взаимодействия с окружающей средой.

Крестовина работает следующим образом..

При вращении карданной передачи под нагрузкой с угловой скоростью 0)к на рабочих поверхностях Р шипов 2 совершается работа сил трения, превращающаяся в тепловую энергию, при этом количество тепла, выделяющегося на одном шипе крестовины, равно

QH 0,86 N (1 - Г), где N - мощность передаваемая шипом;

ij- КПД карданного подшипника.

На фиг. 4-6 приняты следующие обозначения;

Н - расстояние между наружными торцами противонаправленных шипов;

Lp- зона шипа, где совершается работа сил трения;

L - зоны крестовины, где выделяется, передается и отдается тепловая энергия;

QH - количество выделяющегося тепла;.

QP - коли чество тепла, отдаваемого в окружающую среду;

ti -температура рабочей (наружной) поверхности типа; 14 -температура поверхности теплоотдачи;. 12 - температура кипения (испарения) теплоносителя; 1з - температура конденсации теплоносителя;di - диаметр осевого отверстия шипа; da - диаметр (наружной) поверхности шипа; Ri - термическое сопротивление стёНки шипв (-J-; 2) и стенки баллона; di R2 - термическое сопротивление шипа и баллона на участке 2 L; Нз - термическое сопротивление стенки баллона и центрального элемента 3; RMC - термическое сопротивление испарению теплоносителя; термическое сопротивление крнденсации теплоносителя; tnap - температура пара теплоносителя. При этом количество тепла, отдаваемого в окружающую среду, определяется выражениемQP КГ (t4 - te), где К - 7...30 ккал/ч град -м - коэффициент теплоотдачи;, Г - площадь теплоотдачи; Тв-температура окружающего воздуха. При этом t4 ti - At,.где ti - температура рабочей поверхности шипа крестдвины; At - снижение температуры в теле крестовины. Из выражения R At/0, где R-термическое сопротивление крестовины; . ловая нагруженность крестовины. Очевидно, что меньше термическое сопротивление крестовины, тем меньше и велич ина А t. а следовательно, больш.е рассеивание тепла в окружающую среду, т.е. меньше тепловая нагруженность поверхностей трения. Тепловая энергия Он распространяется как по материалу шипа и баллона, так и по теплоносителю. Теплоноситель под воздействием QH испаряется в зоне Lp. Образовавшиеся пары теплоносителя перемещаются к участкам герметичных полостей (баллонов) контактирующим с центральным элементом 3, где происходит их конденсация.. .; Конденсат, образующийся на холодных участках, под действием центробежной силы при вращении крестовины и по капилл$ррам в неподвижном состоянии транспортируется в нагретые участки. Процесс испарения теплоносителя в нагретых участках устройств для передачи тепловой энергии, его конденсация в холодных участках и возврат конденсата в нагрет ые участки происходит непрерывно. Постоянный тепловой обмен происходит также между участками конденсирования устройств передачи тепловой энергии всех шипов крестовины через материал центрального элемента 3. Это препятствует чрезмерному разогреву одного из шипов, так как тепловая энергия в этом случае по материалу элемента 3 от участка конденсирования разогретого шипа поступает как в окружающую среду через ребра охлаждения, так и на участки конденсирования остальных устройств передачи тепловой энергии крестовины, которые могут работать в обратном цикле, передавая тепловую энергию от элемента 3 к шипам крестовины, при этом транспортирование конденсата, происходит по капиллярно-пористому слою устройств. Это обеспечивает выравнивание температуры всех шипов крестовины и снижение тепловой нагруженности поверхностей трения. Выполнение устройств передачи тепловой энергии в виде баллона 11 более технологично и целесообразно, особенно при выполнении элемента 3 с центральным отверстием 24, в которое выходят области конденсирования баллонов (фиг. 3). Это обеспечивает через устройство передачи тепловой энергии непосредственную передачу тепловой энергии поверхностей трения шипов в В:0здух окружающей среды. Снижение средней температуры шипов приводит к уменьшению температуры на поверхностях трения, улучшаются условия работы смазки, исключается нарушение структуры материала поверхностных слоев контактирующих участков, повышается долговечность крестовин и асинхронных карданных шарниров в целом. Формула изобретения 1. Крестовина асинхронного карданного шарнира, содержащая составной корпус с центральным отвер.стием и две пары взаимно перпендикулярных шипов с осевыми отверстиями, в которых расположены устройства передачи тепловой энергии, заполненные жидким теплоносителем, отличающаяся тем, что, с целью повышения долговечности путем снижения тепловой нагруженности шипов и выравнивания их температуры, она снабжена установленным в центральном отверстии корпуса и выполг ненным из материала с высокой удельной теплопроводностью центральным элементом, взаимодействующим с устройствами передачи тепловой энергии, каждое из которых выполнено с внутренними стенками.

покрытыми слоем капиллярно-пористого материала.

2.Крестовина .по п. 1, отличающаяс я тем, что каждое из устройств передачи тепловой энергии выполнено в виде вакуумированной полости, образованной упомянутым осевым отверстием шипа и соосным с ним отверстием, выполненным в центральном элементе, при этом наружный торец полости снабжен заглушкой.

3.Крестовина по п. 1, отличающаяс я тем, что каждое из устройств передачи тепловой энергии выполнено в виде герметичного вакуумированного баллона, установленного с натягом как в упомянутом осевом отверстии шипа, так и в соосном с ним отверстии, выполненном в центральном элементе.

4.Крестовина по пп. 1-3, отличающаяся тем, что торцовые поверхности центрального элемента снабжены ребрами охлаждения.

5.Крестовина по пп. 1, 3 и 4, отличающаяся тем, что каждый из герметичных вакуумированных баллонов частично введен в сквозное центральное отверстие, выполненное в центральном элементе.

Использование: в карданных передачах транспортных средств. Сущность изобретения: крестовина содержит корпус 1 с двумя взаимоперпендикулярными парами соос-ных шипов 2 и центральный элемент 3 в виде цилиндрического вкладыша. В осевых отверстиях шипов расположены устройства передачи тепловой энергии, заполненные жидким теплоносителем. Каждое такое устройство может быть выполнено по 2 вариантам. В первом случае-устройство 4 выполнено в виде вакуумированной полости, образованной отверстием шипа и соос- ным отверстием центрального элемента, при этом наружный торец шипа снабжен заглушкой 9. Во втором случае устройство 5 выполнено в виде герметичного вакуумиро- ванного баллона 11. установленного в тех же отверстиях. В процессе работы происходит постоянный теплообмен между элементами устройства, что приводит к уменьшению температуры на поверхностях трения и, таким образом, к повышению долговечности устройства. 4 з.п. ф-лы. 6 ил.feю о ю ю

/«

Фиг. 2

фиг. 4

Конденсация Qp