Карданная передача

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 1832 О РЕСПУБЛИК 51)5 В 60 К 17/22 ЕТЕНИЯ ТЕЛ ЬСТ и и долго В.Г.Голо ередачах спользосиях груущн ость СО ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Институт проблем надежносвечности машин АН БССР(56) Авторское свидетельство ССЬЬ 1249218, кл. Р 16 О 3/26, 1986(57) Использование: в карданныхв машиностроении и может бытьвана преимущественно в трансмизовых транспортных средств,изобретения: карданнэя передача содержит карданный вал с осевым компенсатором в виде шлицевого соединения и два асинхронных карданнцх шарнира, один из которых образован шарнирными соединениями 5 и б фланца-вилки 7 и шлицевой вилки 8, а другой - шарнирными соединениями фланца-вилки и приварной вилки. Шарнирные соединения 5 и б взаимодействуют через крестовину 13. Шарнирное соединение б шлицевой вилки 8 выполнено с габаритом, превышающим габарит шарнирного соединения приварной вилки, габарит которого превышает габарит шарнирного соединения 5 фланца-вилки, 3 з.п, ф-лы, 4 ил, ,4Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано преимущественно в трансмиссиях грузовых транспортных средств.Цель изобретения - обеспечение ресурсосбережения, путем достижения эксплуатационной равнопрочности шарнирных соединений карданной передачи.Такое выполнение кардэнной передачи с различными габаритами шарнирных соединений, при котором наибольший габарит имеет шарнирное соединение шлицевой вилки, имеющей наименьший ресурс в эксплуатации. а наименьший габарит имеют шарнирные соединения фланцев-вилок, которые в эксплуатации имеют наибольшую долговечность, позволяет обеспечить в реальных условиях эксплуатации равномерное по шарнирным соединениям израсходование ресурса работоспособности, при котором, при нормальном выходе из строя в результате износа одного из шарнирных соединений, остальные шарнирные соединения имеют минимальный остаточный ресурс работоспособности. При этом при выборе в качестве базового габарита - габарита шарнирного соединения фланца- вилки и увеличении габаритов шарнирных соединений приварной и шлицевой вилок, долговечность карданной передачи увели-. чивается и достигает долговечности шарнирных соединений фланцев-вилок, при этом вес карданной передачи увеличивается. При выборе в качестве базового - габарита шлицевого соединения и уменьшения габаритов шарнирных соединений фланцев-вилок и приварной вилки долговечность карданной передачи не увеличивается и остается на уровне наиболее слабого элемента - шарнирного соединения шлицевой вилки, но снижается металлоемкость и вес карданной передачи.Таким образом достигается ресурсосбережение при эксплуатации и изготовлении карданных передач,На фиг.1 показан общий вид карданной передачи; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, где увеличение габарита шлицевой вилки достигнуто за счет увеличения диаметра шипов крестовины; на фиг.3 . - разрез А-А на фиг.1, где увеличение габарита шарнирного соединения шлицевой вилки достигнуто за счет увеличения длины игольчатых роликов подшипников; на фиг.4 -разрез А-А на фиг. 1, где увеличение габарита шарнирного соединения шлицевой вилки достигнуто за счет увеличения расстояния между торцами соосных шипов крестовины, образующих указанное шарнирное соединение. Карданная передача содержит карданный вал 1 (фиг.1) с осевым компенсатором 2 в виде шлицевого соединения и двэ асинхронных карданных шарнира 3 и 4 (фиг.1, 2, 3,4), один из которых образован шарнирными соединениями 5 и 6 фланца - вилки 7 и шлицевой вилки 8., а другой - шарнирными соединениями 9 и 10 фланца - вилки 11 и приварной вилки 12, Шарнирные соединения 5 и 6 взаимодействуют через крестовину 13, а шарнирные соединения 9 и 10 - крестовину 14, Шарнирное соединение 6 шлицевой вилки 8 выполнено с габаритом, превышающим габарит шарнирного соединения 10 приварной вилки 12, габарит которого превышает габарит шарнирныхсоединений 5 и 9 фланцев - вилок 7 и 11,В процессе работы карданная передача.нагружена крутящим моментом, при этом номинально все шарнирные соединения передают один и тот же крутящий момент, Однако внутренняя нагруженность шарнирных соединений от крутящего момента (контактные напряжения на поверхности шипов крестовины) неодинаковы вследствие конструктивных особенностей вилок (характеристики жесткости), которые оказывают влияние на равномерность распределения нагруженности по длине контакта игольчатых роликов с поверхностью крестовины.Кроме того, место установки шарнирного соединения в карданной передаче и трансмиссии оказывает влияние на динамическую нагружен ность шарнирных соединений как крутящим моментом, так и радиальнь 1 ми и осевыми силами. Это приводит к различной интенсивности изнашивания шарнирных соединений, Экспериментальные наблюдения показали, что с наибольшей интенсивностью изнашивается шарнирное соединение шлицевой вилки, большую долговечность имеет шарнирное соединение приварной вилки, наибольший срок службы имеет шарнирные соединения фланцев - вилок.Для количественной оценки различия вдоговечности шарнирных соединений карданной передачи введением понятия коэффициентов ресурса работы шарнирного 50 соединения, равного отношению среднегоресурса работы шарнирного соединения рассматриваемой вилки к среднему ресурсу работы шарнирного соединения, имеющего наибольшую среднюю долговечность, в нашем случае шарнирного соединения фланцев-вилок, при этом имеемКп = Ьпп/Ьф = -п,Кш = 4 вш/4 пф 1 шгде Кп - коэффициент ресурса работы шарнирного соединения приварной вилки;Кш - коэффициент ресурса работы шарнирного соединения шлицевой вилки;Ьпп - средняя долговечность шарнирного соединения приварной вилки, полученная экспериментально, км пробега,Ьпш - средняя долговечность шарнирного соединения шлицевой вилки, полученная экспериментально, км пробега;Ьпф - средняя долговечность шарнирного соединения фланца-вилки, полученнаяэкспериментально. км пробега;Ь - безразмерная относительная долговечность шарнирного соединения приварной вилки,.ш - безразмерная относительная долговечность шарнирного соединения шлицевой вилки;Еф = 1,т.е. безразмерная относительнаядолговечность шарнирного соединенияфланца-вилки равна единице,По данным, полученным автором длягрузовых автомобилей грузоподъемностьюдо 10 т вышеуказанные величины равны:Ьпф = 225 т.км,. Ьпп = 160 т,км., Ьпш = 90 т.км.,тогда при Кф = Сф = 1,0, имеем Кп = Ь = 0,7,а Кш= ш=04,Реализацию условия равнопрочностишарнирных соединений может идти по двумнаправлениям: повышение эксплуатационной долговечности за счет увеличения габаритов шарнирных соединений приварной ишлицевой вилок до уровня долговечностишарнирных соединений фланцев-вилок,при этом увеличивается металлоемкостькарданной передачи и срок ее службы, илиснижение ресурсов работы шарнирных соединений фланца-вилки и приварной вилки,за счет уменьшения их габаритов до уровняресурса работы шарнирного соединенияшлицевой вилки, при этом долговечностькэрданной передачи не изменяется, а вес иметаллоемкость уменьшаются.При повышении ресурса работы шарнирных соединений приварной и шлицевойвилок до уровня ресурса работы шарнирного соединения фланца-вилки, путем увеличения их габаритов, требуемая увеличеннаяотносительная долговечность шарнирныхсоединений приварной и шлицевой вилокравна1 и = 1/Кп, (1)=2,5,При снижении ресурса работы шарнирных соединений фланцев-вилок и приварных вилок, требуемое уменьшениедолговечности указанных шарнирных соединений равна:1 п = Кш/Кп, 1 ф =Кш.При Кп = 0,7 и Кш = 0,4 имеем Е ф = 0,4 и (. и =057,Уравнение связи между требуемой от носительной долговечностью шарнирногосоединения и габаритом шарнирного соединения может быть получена на основе известных формул. 10 Ы Ок 1)6 ( )1 Ок 2Стк - 0,5310 ( Г (3)где Е 1 и 1 2 - долговечности сравниваемых15 шарнирных соединений,Ок 1 И Ок 2 - КОНтаКтНЫЕ НаПряжЕНИя Наповерхностях шипов крестовин сравниваемых шарнирных соединений;М - номинальный крутящий момент вшарнирных соединениях;Г - габарит шарнирного соединения,равный Н - 1Г= 01 = 1/2 01 Нгп2(4) С= Г или Г=Т (5) В соответствии с формулами (1) и (5) дляпервого варианта обеспечения равнопрочности имеем(6) 55Увеличение габарита шарнирных соединений приварной и шлицеволй вилок обеспечивает увеличение их фактической долговечности соответственно в (Гп)З и (Гш) раз, чем и достигается их равнопрочность. где 0 - диаметр шипа крестовины шарнирного соединения,- длина игольчатого ролика карданного подшипника рассматриваемого шарнирного соединения;Н - расстояние между торцами соосныхшипов крестовины;Нгп - расстояние между центрами роликов по длине соосных шипов крестовины.Поставляя выражение для % из(3) вформулу (2) связи долговечности и контактных напряжений, получиеормулу связи долговечности и габарита для шарнирных 40 соединений:На основании Формул (4) и (6) может написать уравнение связи геометрических параметров шарнирных соединений карданной передачи, отражающее равнопрочность всех шарнирных соединений вала: 5 ОфЬрН ф= Ор.п Нвл Ош Еа Нвщ ( 2(з.)(2 2(З. )или Оф фНвф =10 Оп Ь Нвл Ош -ш Нвш1,13 136 где Оф, ф, Нв- геометрические параметры шарнирного соединения фланца-вилки;Рп, Ь, Нвд - геометрические параметры шарнирного соединения приварной вилки;Ош, 1 ш, Нвш - геометрические параметры шарнирного соединения шлицевой вилки.20Для второго варианта достижения равнопрочности, путем уменьшения габаритов шарнирных соединений Фланцев-вилок и приварных вилок аналогично имеем е25 Г и О. )"=( - ) =(04) =083 Гф =(3 ф ) = Кщ =04 =0,7430Уравнение связи герметических параметров шарнирных соединений карданной передачи при этом имеет вид О.1 Н. О Н35к "з )(.3 или ОшЬиНвш = О 1.д Нвп О Нв 0,83 0,7440Таким образом, изменением одного или нескольких геометрических параметров шарнирных соединений; диаметра сооснцх шипов, длинц игольчатого ролика или расстояния между торцами соосных шипов кре стовины обеспечивает получение требуемого габарита шарнирного соединения, увеличенного или уменьшенного по сравнению с базовым для обеспечения равнопрочности всех шарнирных соединений 50 карданной передачи. Геометрические размеры базового габариты определяются по известным Формулам, номограмм в зависимости от заданного срока службы и номинальной нагрузки. 55 Использование заявляемого изобретения позволит повысить долговечность карданнцх передач или снизить их вес иметаллоемкость, снизить расходы по эксплуатации и ремонту.П р и м е р. В качестве примера конкретного выполнения рассмотрим равнопрочную карданную передачу на основе базового шарнира размерности МАЗ, равнопрочность которой достигается эа счет увеличения габаритов шарнирных соединения приварной и шлицевой вилок.Геометрические данные базового шарнирного соединения фланца-вилки размерности МАЗ - 500: Оф = 33,65 мм = 0,03365 м; 1 ф = 17 мм =0017 м; Нвф = 0,127 - 0,017 = 0,110 м. Габарит базового шарнирного соединения Фланца-вилки размерности МАЗравен:Гф = 1I2 х 0.03365 х 0,017 х 0,110 = 31,46 х 10-в мзВ соответствии с Фрмулами (6) габариты приварной и шлицевой вилок равны;Гп=1,13 х Гф=1,13 х 31,46 х 10 =3554 х 106 мз;Гщ=1,35 х Гф=1,36 х 31,46 х 10 б=42,78 10-6 з.В саответствии.с Формулой (4) имеем 12(Оп( п.Нвп) = 25.54 х 10мз 1/2(Ощ 1 щ,Нвщ) = 42,78 х 10 м, Для шарнирного соединения приварной.вилки принимаем Ол = 0,03365 м (размерность МАЗ), Ь = 0,017 м(размерность МАЗ - 500), при этом равна Нл=1 п 35,54 102,2 З, З, % З)ЗЗЗЗЗ 2,222 =0,124 м.Расстояние между торцами шипов крестовины шарнирного соединения приварной вилки равно; Н = 0,124 + 0,017 = 0,141 м.Может быть сделана оригинальная крестовина с размером 0,141 м или может быть использован размер 0,147 м (размерность МАЗ - 500 А).сДля шарнирного соединения шлицевой вилки принимаемОщ = 0,03365 м (размерность. МАЗ)Нвщ =0,110( размерность МАЗ), приэтом длина игольчатых роликов должна быть равнаГщ . 42 78 10.Ъ% Ош Нти, тг 0,03365 0,110 0,023 м,Принимаем Еш = 0,024 м размерность . МА 3-500 А).Используя формулы 7) и (8), зная геометрические размеры базового шарнирного соединения, можно задаваясь одним или двумя геометрическими размерами рассчитываемых шарнирных соединений определять неизвестные размеры. При этом полученные размеры можно округлять до существующих в настоящее время типоразмеров элементов карданных шарниров и таким образом производить компоновку карданной передачи. При этом целесообразно диаметры шипов крестовин и длины роликов игольчатых подшипников принимать из существующего в натуре ряда размеров, а расстояние между торцами шипов крестовин можно изменять в необходимых пределах, так как изготовление крестовин с разными расстояниями между торцами шипов (соосные шипы имеют одинаковое расстояние между торцами) не представляет трудности в массовом производстве.Формула изобретения1, Карданная передача, содержащая карданный вал с осевым компенсатором в виде шлицевого .соединения и два асинхронных карданных шарнира, один из которых образован шарнирными соединениями фланца-вилки и приварной вилки, а другой - фланца-вилки и шлицевой вилки, связан 35 ными соответствующими крестовинами, о тличающаяся тем,что,сцелью обеспечения ресурсосбережения путем достижения эксплуатационной равнопрочно 40 сти шарнирных соединений, последние выполнены с различными габаритами, при этом с наибольшим габаритом выполнено шарнирное соединение шлицевой вилки, а с наименьшим габаритом выполнены шарнирные соединения фланцее-вилок. 2. Передача поп.1, отл ича ющаяс я тем, что е качестве базового габарита принят габарит шарнирного соединения фланца-вилки, при этом габариты шарнирных соединений приеарной и шлицевой вилок определяют по формуламГ+ 1 )1(з Гф,Гш = Г 1/Кц) =1,36 Гягде Г = Г ф - габарит шарнирного соединения фланца-вилки;ФГ и - габарит шарнирного соединения приварной вилки;Гш - габарит шарнирного соединения шлицевой вилки;Кп - коэффициент ресурса работы шарнирного соединения привэрной вилки (для грузовых автомобилей грузоподъемностью до 10 т коэффициент ресурса Кп = 0,7);Кш - коэффициент ресурса работы шарнирного соединения шлицевой вилки (для грузовых автомобилей грузоподъемностью до 10 т коэффициент ресурса Ко = 0.4),3. Передача по п,1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что в качестве базового габарита принят габарит шарнирного. соединения шлицевой вилки, при этом габариты шарнирных соединений приеарной вилки и фланца- вилки определяют по фоумуламГш = Г (Кш/Кп) =0,83 ГГ р = Г Кщ) =0,74 Г,где Г= Г - базовый габарит, равный габариту шарнирного соединения шлицевой вилки.4. Передача по пп.1 - 3, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что шарнирные соединения фланцев-вилок, приварной и шлицееой вилок, выполненные с различными габаритами, имеют разные геометрические размеры элементов шарнира: диаметр шипов крестовин, длина игольчатого ролика подшипника или расстояние между торцами соосных шипов крестовины.1832083 Редактор Б. Федо ьс о-иэ оизводст аказ 2602 ВНИИПИ Госуд Составитель Н,Николаева Техред М,Моргентал КоРРектоР С.Пекар Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 омбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 10