СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ПОДШИПНИКА

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США 13/404,091, озаглавленной «СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ПОДШИПНИКА» и поданной 24 февраля 2012 года.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Настоящее изобретение, в общем, относится к опорам для компонентов силового агрегата. Более конкретно, изобретение относится к подшипникам, поддерживающим шарниры равных угловых скоростей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Переднеприводные транспортные средства, имеющие независимую подвеску передних колес, используют пару полуосей в сборе для передачи мощности между двигателем транспортного средства и передними колесами.

[0004] Обычно эти полуоси в сборе содержат неподвижный шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) на одном конце и подвижный ШРУС на противоположном конце. Эти шарниры соединены соединительным валом. Неподвижный шарнир обычно расположен на стороне колес транспортного средства. Эти шарниры выполнены с возможностью функционирования при больших углах (45°-50°). Неподвижные шарниры позволяют управлять передними колесами, для того чтобы транспортное средство преодолевало повороты.

[0005] Центр вращения подвижного ШРУСа обычно расположен на внутреннем конце полуоси, который соединен с коробкой передач или мостом транспортного средства. Этот подвижный ШРУС обычно предназначен для меньших углов поворота (20°-25°). Центр вращения подвижного ШРУСа не зафиксирован в осевом направлении, а имеет возможность перемещаться в осевом направлении (погружаться) вдоль осевой центральной линии внешнего элемента шарнира. Эта способность совершать поворотное и погружное перемещение позволяет шарниру передавать мощность, в то же время одновременно воспринимая перемещение подвески и двигателя.

[0006] Шарнир типа трипод является одной конструкцией подвижного шарнира равных угловых скоростей. Шарнир типа трипод содержит внешний элемент с тремя разнесенными по окружности продольными камерами. Внутри этих камер расположена крестовина в сборе. Крестовина в сборе содержит элемент трипода с тремя разнесенными по окружности радиально продолжающимися цапфами. Каждая цапфа окружена роликом. Игольчатые подшипники установлены между роликом и цапфой. Это обеспечивает свободное качение ролика по цапфе. Внешняя поверхность ролика соприкасается со сторонами продольных камер внешнего элемента.

[0007] Когда шарнир типа трипод находится под углом 0°, эффект погружения относительно мал. Ролик катится по продольной камере внешнего элемента и вращается на цапфе внутреннего элемента, используя множество игольчатых подшипников.

[0008] Когда шарнир типа трипод работает под углом, ролик трипода не может свободно катиться по дорожке, поскольку плоскость ролика трипода перекошена относительно плоскости камеры внешнего элемента. Это перекошенное взаимное расположение вызывает как качение, так и скольжение ролика вдоль продольной камеры. По мере увеличения угла шарнира, величина скольжения также увеличивается.

[0009] Крутящая нагрузка на шарнир типа трипод во время работы под углом, превышающим 0°, создает вторичный момент в радиальном направлении относительно оси поворота шарнира. Этот вторичный крутящий момент имеет тенденцию изменять угол работы шарнира типа трипод. Следовательно, должна быть обеспечена соответствующая опора для уменьшения влияния вторичного момента.

[0010] Соединительный вал продолжается от внутреннего конца каждой полуоси, чтобы соединить полуоси с дифференциалом, соединенным с коробкой передач. Соединительный вал может являться отдельным компонентом или быть выполненным за одно с внешним элементом подвижного ШРУСа. Предпочтительно, расстояние между неподвижным ШРУСом и подвижным ШРУСом равно расстоянию между полуосью в сборе правого колеса и полуось в сборе левого колеса. Однако в транспортных средствах с приводом на передние колеса и поперечно установленным двигателем, выходной вал коробки передач расположен смещенным относительно центра, приводя к тому, что соединительные валы правого колеса и левого колеса имеют различные длины.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Настоящее изобретение основано на предположении о том, что размещая подшипник на соединительном валу как можно ближе к подвижному ШРУСу, возможно уменьшить вторичный момент, возникающий перпендикулярно оси ШРУСа, когда ШРУС работает под углом более 0°. Дополнительно, уменьшая требования к осевому пространству для такого подшипника, возможно выполнить соединительный вал с более одинаковыми длинами на левой и правой стороне коробки передач, обеспечивая конструкцию соединительного вала, которая больше соответствует симметричной конструкции.

[0012] Согласно первому аспекту настоящего изобретения, для привода вышеописанного типа с внешним шарнирным элементом, соединенным с первым валом, и внутренним шарнирным элементом, соединенным со вторым валом, противоположным первому валу, система опорного подшипника содержит подшипник, поддерживающий первый вал; и первое лабиринтное уплотнение на одной осевой стороне подшипника с первым радиально внутренним участком и первым радиально внешним участком, и причем первый радиально внутренний участок образован заплечиком, который выполнен за одно с внешним элементом шарнира равных угловых скоростей.

[0013] Согласно дополнительному аспекту изобретения заплечик имеет наклон с диаметром, увеличивающимся с увеличением расстояния от второго вала. Этот наклон обеспечивает выбрасывающее действие, которое защищает подшипник от загрязнения.

[0014] Согласно еще одному аспекту изобретения система опорного подшипника имеет наружное кольцо подшипника, удерживаемое на первом валу опорным кронштейном, выполненным с возможностью прикрепления к части транспортного средства. Опорный кронштейн имеет радиально внутренний выступ по направлению к заплечику, и выступ образует первый внешний участок первого лабиринтного уплотнения.

[0015] Опорный кронштейн может являться деталью, целиком отштампованной из листового металла.

[0016] Более того, система опорного подшипника может содержать кольцевой элемент, расположенный на осевой стороне подшипника, противоположно первому лабиринтному уплотнению. Кольцевой элемент может иметь по существу радиальное упорное кольцо и по существу осевую втулку, причем упорное кольцо и втулка целиком соединены вдоль соединительной линии, соединяющей внутреннюю окружность упорного кольца с осевым концом втулки, обращенным ко второму валу. Радиально внутренний участок второго лабиринтного уплотнения может быть образован упорным кольцом кольцевого элемента.

[0017] Втулка может дополнительно иметь удерживающий профиль на осевом конце, удаленном от соединительной линии, с уменьшенным диаметром, выполненный с возможностью защелкивания в соответствующее углубление на первом валу.

[0018] Соединительная линия может образовывать гибкий шарнир, обеспечивающий вставку первого вала в кольцевой элемент.

[0019] Кольцевой элемент может являться деталью, целиком отштампованной из металла.

[0020] Опорный кронштейн может дополнительно иметь по существу трубчатую секцию радиально снаружи кольцевого элемента, которая образует радиально внешний участок второго лабиринтного уплотнения.

[0021] В другом аспекте изобретение является системой опорного подшипника шарнира равных угловых скоростей для механического транспортного средства, причем система опорного подшипника шарнира равных угловых скоростей содержит: компонент привода, включающий в себя шарнир равных угловых скоростей, причем шарнир равных угловых скоростей включает в себя первый элемент шарнира и второй элемент шарнира, причем один из первого и второго элемента шарнира расположен радиально снаружи другого из первого и второго элементов шарнира и соединен с ним, для того чтобы вращаться вместе и поворачиваться друг относительно друга, причем первый элемент шарнира соединен с первым валом, и второй элемент шарнира соединен со вторым валом, расположенным противоположно первому валу; подшипник в сборе, поддерживающий первый вал, причем подшипник в сборе включает в себя внутреннее кольцо подшипника и наружное кольцо подшипника, причем внутреннее кольцо подшипника поддерживается на первом валу; и лабиринтное уплотнение, образованное на одной осевой стороне подшипника в сборе, причем лабиринтное уплотнение включает в себя радиально внутренний участок и радиально внешний участок, причем радиально внутренний участок является заплечиком, целиком образованным на первом элементе шарнира, и радиально внешний участок расположен противоположно заплечику и образует зазор между ними.

[0022] В дополнительном аспекте изобретения наружное кольцо подшипника поддерживается внутри обращенной радиально внутрь поверхности опорного кронштейна, который выполнен с возможностью прикрепления к части транспортного средства, причем опорный кронштейн имеет радиально внутренний выступ, и причем выступ образует радиально внешний участок лабиринтного уплотнения.

[0023] Согласно другому аспекту изобретения опорный кронштейн является единой структурой, целиком отштампованной из листового металла.

[0024] В качестве другого аспекта изобретения лабиринтное уплотнение является первым лабиринтным уплотнением, и система опорного подшипника дополнительно содержит второе лабиринтное уплотнение, расположенное на осевой стороне подшипника в сборе противоположно первому лабиринтному уплотнению, причем второе лабиринтное уплотнение включает в себя радиально внутренний участок и радиально внешний участок, причем радиально внутренний и внешний участки расположены противоположно друг другу и образуют зазор между ними.

[0025] В дополнительном аспекте кольцевой элемент расположен на осевой стороне подшипника противоположно первому лабиринтному уплотнению, причем кольцевой элемент имеет упорное кольцо, продолжающееся радиально, и втулку, продолжающуюся в осевом направлении относительно первого вала, причем упорное кольцо выполнено за одно с втулкой, в которой радиально внутренний участок образован упорным кольцом кольцевого элемента.

[0026] В еще одном дополнительном аспекте изобретения радиально внешний участок второго лабиринтного уплотнения образован участком опорного кронштейна.

[0027] В другом аспекте изобретения втулка дополнительно включает в себя удерживающий выступ, расположенный по существу по направлению к осевому концу втулки, удаленному от упорного кольца, причем удерживающий выступ продолжается радиально внутрь из втулки по направлению к первому валу и принят внутрь углубления, образованного в первом валу.

[0028] В другом аспекте изобретения упорное кольцо соединено с втулкой посредством гибкого шарнира.

[0029] В дополнительном аспекте изобретения кольцевой элемент является деталью, целиком отштампованной из металла.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0030] На чертежах:

[0031] Фиг. 1 представляет собой вид в сечении двух валов, соединенных посредством шарнира равных угловых скоростей и поддерживаемых по пояснительному варианту осуществления согласно принципам настоящего изобретения;

[0032] Фиг. 2 представляет собой увеличенный вид системы опорного подшипника по Фиг. 1, заключенного в пунктирный участок по Фиг. 1; и

[0033] Фиг. 3 представляет собой тот же вид, что и на Фиг. 2, но во время установки кольцевого элемента на первый вал.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0034] Фиг. 1-3 изображают пояснительный вариант осуществления настоящего изобретения, который описан исключительно для пояснительных целей и не ограничивает объем настоящего изобретения. Очевидно, что несмотря на то, что чертежи показывают систему 10 опорного подшипника вмонтированной в шарнир равных угловых скоростей типа трипод, система 10 опорного подшипника, в соответствии с настоящим изобретением может быть реализована на любом шарнире, имеющем внешний элемент.

[0035] Обращаясь теперь к Фиг. 1, шарнир 12 равных угловых скоростей типа трипод имеет внешний элемент 14 шарнира и внутренний элемент 16 шарнира. Внешний элемент 14 шарнира имеет по существу форму чаши с по существу цилиндрической стенкой 18 и по существу скругленным основанием 20. Внутренний элемент 16 шарнира образован в виде элемента трипода с тремя ножками 21, эквидистантно выступающими радиально наружу. Один из трех роликов 22 установлен с возможностью качения на каждую из ножек 21 посредством игольчатых или других подшипников.

[0036] Первый вал 24 жестко соединен с основанием 20 внешнего элемента 14 шарнира. Второй вал 26 жестко соединен с внутренним элементом 16 шарнира. Защитный гибкий чехол 28 закрывает осевое отверстие 30 внешнего элемента 14 шарнира. Чехол 28 предотвращает утечку смазки или смазочного вещества, содержащегося внутри шарнира 12 равных угловых скоростей, и также предотвращает попадание дождевой воды, грязи, пыли и других инородных тел в шарнир 12 равных угловых скоростей.

[0037] В показанном варианте осуществления внешний элемент 14 шарнира выполнен за одно с первым валом 24. Однако выполнение внешнего элемента 14 шарнира и первого вала 24 отдельно и неподвижное соединение их друг с другом подходящим образом лежит в пределах объема настоящего изобретения.

[0038] Обычно в переднеприводном транспортном средстве первый вал 24 выполнен в виде соединительного вала, ведущего к дифференциалу коробки передач транспортного средства, в то время как второй вал 26 является полуосью, ведущей к внешнему шарниру равных угловых скоростей непогружного типа. Настоящее изобретение предоставляет преимущества такой конструкции, но оно не ограничено такой конструкцией.

[0039] Подшипник 32 в сборе, поддерживающий первый вал 24, обеспечен внутри пунктирной окружности на Фиг. 1. Подшипник 32 в сборе включает в себя наружное кольцо 34 подшипника и внутреннее кольцо 36 подшипника, причем внутреннее кольцо 36 подшипника неподвижно соединено или прикреплено к первому валу 24, и множество роликовых элементов изображены в виде шаров 38. В качестве альтернативы подшипник 32 может иметь роликовые элементы другой формы, такие как бочкообразные ролики, цилиндрические ролики или другие.

[0040] Наружное кольцо 34 подшипника запрессовано в трубчатую секцию 42 опорного кронштейна 40. Опорный кронштейн 40 имеет радиально продолжающийся фланец 44 на осевом конце трубчатой секции 42, который удален от шарнира 12 равных угловых скоростей. Фланец 44 выполнен с возможностью прикрепления к неподвешенной части рамы транспортного средства. На осевом конце противоположно фланцу 44 трубчатая секция 42 имеет радиально внутренний выступ 46, охватывающий по меньшей мере участок наружного кольца 34 подшипника.

[0041] Дополнительные подробности видны на увеличенном подробном виде системы 10 опорного подшипника, показанном на Фиг. 2. Трубчатая секция 42 опорного кронштейна 40 подшипника закрывает все наружное кольцо 34 подшипника. Противоположно радиальному выступу 46 трубчатая секция 42 продолжается за наружное кольцо 34 подшипника. В осевой области первого вала 24, которая окружена трубчатой секцией 42, но не подшипником 32, первый вал 24 содержит кольцевой элемент 48. Кольцевой элемент 48 имеет ориентированное по существу радиально упорное кольцо 50 и ориентированную по существу в осевом направлении втулку 52. Упорное кольцо 50 и втулка 52 выполнены за одно друг с другом, предпочтительно из штампованного листового металла. Упорное кольцо 50 переходит во втулку 52 вдоль кольцевой линии, соединяющей внутреннюю окружность упорного кольца 50 и осевой конец втулки 52 на стороне, обращенной ко второму валу. Линия, соединяющая упорное кольцо и втулку, образует гибкий шарнир 54, как будет описано по отношению к Фиг. 3.

[0042] Радиально внутренний выступ 46 опорного кронштейна 40 по существу противоположен заплечику 56, образованному на внешнем элементе 14 шарнира в осевой области, в которой внешний элемент 14 шарнира переходит в первый вал 24. Выступ 46 и заплечик 56 взаимодействуют, чтобы образовать первое лабиринтное уплотнение 58, защищающее подшипник 32 от загрязнения. Первый зазор 60 между выступом 46 и заплечиком 56 достаточно узок, чтобы уменьшить загрязнение, и достаточно широк, чтобы предотвратить контакт между выступом 46 и заплечиком 56, когда первый вал 24 и внешний элемент 14 шарнира вращаются относительно опорного кронштейна 40.

[0043] Заплечик 58 имеет контур с наклоном 62 увеличивающегося диаметра заплечика в осевом направлении от внешнего элемента шарнира по направлению к первому валу 24, то есть в направлении, указывающем от второго вала 26. Наклон 62 заплечика 56 способствует центробежному выбрасыванию частиц грязи радиально наружу и мимо первого зазора 60, таким образом защищая подшипник 32 от загрязнения. Поскольку заплечик 56 образован на внешнем элементе 14 шарнира, система 10 опорного подшипника требует небольшое осевое пространство на первом валу 24.

[0044] Эта экономящая пространство конструкция обеспечивает бóльшую свободу в конструировании и уплотнении приводных валов в транспортных средствах. По существу, осевое расстояние между опорным кронштейном 40 и шарниром 12 равных угловых скоростей может быть уменьшено по сравнению с известными конструкциями, так чтобы первый вал 24 мог быть выполнен более коротким, чем в традиционных конструкциях. В приводном валу в сборе переднеприводного транспортного средства, получаемый приводной вал в сборе может быть выполнен с возможностью бóльшего соответствия симметричной конструкции по сравнению с приводным валом в сборе с традиционными системами опорного подшипника, поскольку соединительный вал может вмещать систему опорного подшипника на более коротком осевом участке.

[0045] В осевом направлении противоположно первому лабиринтному уплотнению 58 подшипник 32 защищен вторым лабиринтным уплотнением 64, образованным опорным кронштейном 40 и кольцевым элементом 48. Упорное кольцо 50 кольцевого элемента 48 имеет обод 66 вдоль ее внешней окружности. Обод 66 по существу продолжается в осевом направлении от подшипника 32, по существу параллельно втулке 52. Обод 66 имеет такие размеры, чтобы оставить узкий второй зазор 68 между ободом 66 и трубчатой секцией 42 опорного кронштейна 40, тем самым образуя второе лабиринтное уплотнение 64. Второй зазор 68 между трубчатой секцией 42 и ободом 66 достаточно узок, чтобы уменьшить загрязнение подшипника 32, и достаточно широк, чтобы предотвратить контакт между трубчатой секцией 42 и ободом 66, когда первый вал 24 поворачивает кольцевой элемент 48 относительно опорного кронштейна 40. Форма обода 66 кольцевого элемента 48 также выполняет функцию отражателя, центробежно ускоряя частицы грязи от подшипника 32 во время работы системы 10.

[0046] Для удержания кольцевого элемента 48 на первом валу 24 втулка 52 имеет удерживающий выступ или профиль 70, образованный на ее свободном осевом конце, который удален от подвижного шарнира 54. Удерживающий профиль 70 образует уменьшенный диаметр для зацепления кольцевого удерживающего желоба, образованного на первом валу 24 в осевом положении с такими размерами, чтобы удерживать упорное кольцо 50 кольцевого элемента 48 в осевом упоре с по меньшей мере внутренним кольцом подшипника 36. Соответственно, кольцевой элемент фиксирует подшипник 32 в осевом направлении на первом валу 24.

[0047] Фиг. 3 изображает этап сборки системы 10 опорного подшипника. После размещения опорного кронштейна 40 и подшипника 32 вокруг первого вала 24 кольцевой элемент 48 вдвигается по первому валу 24 с упорным кольцом 50, обращенным к или расположенным по направлению к подшипнику 32. Поскольку удерживающий профиль 70 образует внутренний диаметр, который меньше внешнего диаметра участка первого вал 24, где он зацепляется, профиль 70 охватывает окружность первого вал 24, и радиальное усилие толкает удерживающий профиль 70 радиально наружу, тем самым обеспечивая небольшое коническое расширение втулки 52. Гибкий шарнир 54 находится под растяжением, поскольку упорное кольцо 50 и втулка 52 расположены под немного острым углом друг относительно друга. В целях пояснения угол на чертеже по Фиг. 3 увеличен. По мере перемещения кольцевого элемента 48 дальше в осевое положение, показанное на Фиг. 2, удерживающий профиль 70 защелкивается в удерживающий желоб 72. Угол α увеличивается до по существу прямого угла, и гибкий шарнир 54 возвращается в исходное положение. Поскольку кольцевой элемент 48 изначально является упругой отштампованной металлической деталью, удерживающий профиль 70 эффективно удерживается в удерживающем желобе 72 упругим усилием, прикладываемым гибким шарниром 54.

[0048] Поскольку опорный кронштейн 40 подшипника и кольцевой элемент 48 являются деталями, отштампованными из листового металла, процесс изготовления системы опорного подшипника экономит расходы, по сравнению с деталями, отлитыми под давлением.

[0049] Несмотря на то что вышеприведенное описание составляет предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что изобретение допускает модификации, вариации и изменения, не выходящие за рамки объема и смысла нижеприведенной формулы изобретения.