Кардан Советский патент 1980 года по МПК F16D3/24 F16C11/08 

1

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к карданам равных угловых скоростей с тремя цапфами для привода ведущих и ведомых колес автомобилей.

Известен кардан, содержащий наружную и внутреннюю вилки, выполненные в форме чашек, и тройник с цапфами, закрепленными концами к наружной вилке и установленными на них с возможностью вращения роликами, размещенными в продольных дорожках качения, выполненных во внутренней вилке, и сердечником со сферическими опорными выступами, контактирующими с поверхностями опорных элементов внутренней вилки.

Опорными элементами внутренней вилки является ее основание и неподвижно закрепленный на нем напро тив основания упругий крюк. Обращенные одна к другой поверхности контакта со сферическими опорными выступами сердечника тройника выполнены плоскими и расположены перпендикулярно к оси внутренней вилки.

Поскольку сферические опорные выступы сердечника тройника (с радиусом Г| ) опираются соответственно на плоские поверхности опорных элемен(54)КАРДАН

тов внутренней вилки под воздействием усилия предварительного напряжения Q, направленного по оси внутренней вилки, возникают контактные напряжения, которые согласно расчетам являются максимальными в центре зоны контакта и достигают величины, определяемой по форпуле

(,,n

10

где Q величина усилия предварительного осевого напряжения;

модуль упругости сталей,

Е 15из которых изготовлены детали

радщус сферических выступов;

- радиус поверхности контакта, служащей опорным седлом для

сферических опорных выступов. Если поверхность опорных элементов плоская, как это имеет место в известной конструкции, то Tj - бесконечен и

25

,б

При повороте на угол, например «Г, центр О стройника может переместиться радиально на величину г оставаясь при- этом неподвижным относительно оси внутренней вилки л- Лгде R расстояние между центром тройника и центрами роликов на его цапфах. Обычно максимальный рабочий угол таких карданов превышает , Однако на протяжении 99% всего времени работы (общего пробега) этот угол Меньше 12°, Отсюда следует, что кон тактное трение при нагрузке Q концентрируется на ограниченной зоне плоских поверхностей опорных элемен тов. Кроме.того, эта нагрузка в дан ный, момент концентриуется на очень небольшой контактной поверхности, соответствующей повшиенному давлению Р„ . В силу этого имеет место значительный износ всех четырех контактных поверхностей, иглавным образом плоских поверхностей, так как этот износ локализуется в зоне, оси внутренней вилки и не распределяется равномерно, как при трех сферических поверхностях, связанных тройником. Этот износ вызывает уменьшение .величины предварительного напряжения, вплоть до сведения к нулю эффе тивности устройства аксиальной фиксации, и вызЕлвает положительные шугчи или вибрации во время работы кар дана под нагрузкой и под углом. Цель изобретения - увеличение срока службы кардана. Это достигается тем, что в кгфда не, содержащем наружную и внутреннюю вилки, выполненные в форме чаше и тройник с цапфами, закрепленными концами 3 наружной вилке и установленными на них с возможностью враще ния роликами, размещенныг и в продол ных дорожках качения, выполненных в внутренней вилке, и сердечником со сферическими опорными выступами, ко тактирующими с поверхностями опорны элементов внутренней вилки, поверхность контакта каждого из опорных элементов внутренней вилки выполнен с углублением, расположенным по оси вилки, радиус кривизны которого бол ше радиусов сфер опорных выступов ,ечника тройника. . Кроме того,поверхность каждого углубления может иметь центральный сфери.еский участок и сопряженный с ним кольцевой конический уч:асток. Благодаря этому достигается умен шение контактного давления Р при одновременном увеличении усилия пре вари.тельного напряжения Q, причем о эти эффекта являются взаимодополняю ми и обеспечивающими .полную надежность аксиальной фиксации, которая осуществляется без люфта в течение всего срока эксплуатации кардана. На фиг. 1 изображен кардан, общий вид, продольный разрез; на фиг. 2 рофильный разрез поверхности одного з опорных элементов (в увеличенном , асштабе). Описываемый кардан соединяет валы Iи 2, первый из которых приводится от двигателя автомобиля, а второй ожет быть связан с шейкой колесной оси. Вал 1 несет на себе внутреннюю вилку 3 в форме чаши, имеющую три дорожки качения 4 круглого сечения. Вал 2 включает чашеобразную наружную вилку 5 с тройником б , содержащим три цапфы 7, жестко закрепленные концами в наружной вилке, на которых установлены с возможностью вращения и скольжения сферические ролики 8, расположенные в дорожках качения вилки 3. Сердечник 9 тройника 6 выполнен со сферическиьта опорными выступами, один из которых 10 опирается на поверхность контакта И соответствующего ему опорного элемента 12 (упругого крюка) внутренней вилки 3, жестко скрепленного с ней в точках 13. Сердечник 9 тройника б имеет, кроме того, осевое гнездо 14, в котором закреплен сферический.опорный выступ 15 со сферической поверхностью 16. Сферическая поверхность 16 выступа 15 контактирует с поверхностью другого опорного элемента 17 внутренней вилки 3, являющегося ее основанием. Между (съемным) сферическим опорным выступом 15 и примыкающей к нему поверхностью 18 сердечника 9 тройника 6 установлена прокладка 19, выполненная из упругого материала. При таком расположении усилие предварительного напряжения Q, направленное по оси Х-Х вилки. 3, прикладывается между сферическими поверхностями выступов 10 и 15, связанными с тройником б, и поверхностями контакта опорных элементов 12 и 17, связанных с вилкой 5. Каждая из поверхностей контакта IIи 17 опорных элементов вилки 3 выполнена по оси с углублением 20, которое может иметь центральную сферическую часть 21 в виде шарового сегмента с центром в точке S на оси вилки 3, радиус которого г несколько больше радиуса г поверхности примыкающего к нему опорного выступа. Центральный угол этого сегмента составляет например, 3 и 4°. Центральная сферическая часть сопряжена с кольцевой конической частью 22, об еспечиваюшей плавный переход к приШ1кающей плоской поверхности 23 на каждом опорном элементе. Поскольку кольцевая коническая часть сопряжена с центральной сферической частью, то угол ее конусности равен углу oL . Буквой О на чертеже обозначен центр сферических опорных выступов сердечника 9 тройника 6, S - центр сферы центральной сферической части 21,углубления 20, выполненного на каждом опорном элементе внутренней вилки 3; расстояния OS равно Г2 -г ; А - теоретическая точка пересечения центральной сферической части 21 с плоскостью 23; Б - точка касания в осевом сечении образующей кольцевой конической части с поверхностью центральной сферической части 21; В - точка пересечения в осевом сече нии поверхности кольцевой конической части с плоскостью 23. Фактичес ки угол пересечения прямой БВ с пло костью 23 не превьлиает 3 и 4° . Изобретение способствует уменьше нию контактного давления при одновременном увеличении усилия, прикла дываемого на уровне контактных поверхностей, без ограничения хода кардана, т.е. при сохранении возмож ности радиального перемещения центр О шарового сегмента между поверхностями опорных выступов 10 и 15 сердечника, так как глубина углубле 20 мала и почти не ощутима, если учесть,что центральный угол порядка 3-4 при радиусе сферы 20 мм. В этих .условиях глубина углубления 20 не превышает 0,05 мм, а диаметр составляет 2,5-3 мм. Формула изобретения 1.Кардан, содержащий наружную и внутреннюю вилки, выполненные в форме чашек, и тройник с цапфами, закрепленными концами в наружной вилке и установленными на,них с возможностью вращения роликами, размещенными в продольных дорожках качения, выполненных во внутренней вилке, и сердечником со сферическими опорными выступами, контактирующими с поверхностями опорных элементов внутренней вилки, о.тличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы, поверхность контакта каждого из ofiopных элементов внутренней вилки вь(полнена с углублением расположенным по оси вилки, радиус КРИВИЗНЫ которого больше рад1-;усов сфер опорных выступов сердечника тройника. 2.Кардан по п.1, отличающийся тем, что поверхность каждого углубления имеет центральный сферический участок и сопряженный с ним кольцевой конический участок.

,..Л X