Трансмиссия полноприводного автомобиля

Предлагаемая полезная модель относится к транспортному машиностроению и может быть использована в трансмиссиях полноприводных автомобилей, локомотивах и в конструкциях других наземных транспортных средств, а также в сельскохозяйственной и дорожно-строительной технике. Т. содержит коробку переключения передач, вход которой предназначен для соединения с двигателем, а выход - кинематически связан с раздаточной коробкой, выходы раздаточной коробки кинематически связаны с передним и задним мостами соответствующими карданными валами, а кинематическое соединение каждого выхода раздаточной коробки с передним и задним мостами включает упругую муфту, выполненную в виде двух фланцев - ведущего и ведомого, соединенных между собой через эластичный элемент, при этом упругая муфта снабжена центрирующим элементом, выполненным в виде центрирующего стержня, выходящего из центра одного фланца, на конце центрирующего стержня закреплено кольцо, внутренняя поверхность которого выполнена цилиндрической, внешняя - шарообразной, а в центре второго фланца выполнено соответствующее центрирующее цилиндрическое отверстие, в котором размещен конец центрирующего стержня с кольцом с возможностью их взаимного продольно-осевого, углового и вращательного передвижения в пределах допуска, включающая коробку переключения передач, вход которой предназначен для соединения с двигателем, выход - кинематически связан с раздаточной коробкой, выходы раздаточной коробки кинематически связаны с передним и задним мостами соответствующими карданными валами, а кинематическое соединение каждого выхода раздаточной коробки с передним и задним мостами включает упругую муфту, выполненную в виде двух фланцев - ведущего и ведомого, соединенных между собой через эластичный элемент, при этом упругая муфта снабжена центрирующим элементом, выполненным в виде центрирующего стержня, выходящего из центра одного фланца, на конце центрирующего стержня закреплена цилиндрическая втулка, а в центре второго фланца выполнено соответствующее центрирующее цилиндрическое отверстие, в котором размещен конец центрирующего стержня с возможностью продольно-осевого и вращательного передвижения в пределах допуска, а в соответствии с предложением, упругая муфта снабжена предохранительным элементом, установленным на одном из фланцев муфты (ведущем или ведомом) с возможностью ограничения угловых и продольно-осевых перемещений фланцев муфты в случае повреждения или разрушения эластичного элемента, а предохранительный элемент изготовлен в виде упругого диска, с «ушками», предназначенными для его крепления на фланце муфты, центральная часть упругого

диска выполнена с выпуклостью, направленной наружу от соответствующего фланца, в диске имеется сквозное центральное отверстие для свободного прохода фланца карданного вала, а упругий диск прикреплен "ушками" к упругой муфте. Особенностью Т. является и то, что предохранительный элемент изготовлен из высокопрочного металлического материала, например, из стали. Еще одной особенностью Т. является и то, что упругий диск имеет, как минимум, три равномерно расположенных по окружности одинаковых "ушка". Оригинальные присоединительные фланцы эластичной муфты к раздаточной коробке (или редуктору ведущего моста) изготовлены из одной (или составной) высокопрочной заготовки, например из стали. В основу предлагаемой полезной модели поставлена задача создания такой Т., которая позволила бы, кроме уменьшения уровня вибраций, повысить и надежность конструкции в целом за счет создания условий для сохранения работоспособности устройства даже при разрушении эластичного элемента упругой муфты путем дополнения ее предохранительным элементом, ограничивающим угловые продольно-осевые перемещения фланцев муфты в момент повреждения или разрушения эластичного элемента.

Предлагаемая полезная модель относится к транспортному машиностроению и может быть использована в трансмиссиях полноприводных автомобилей, локомотивах и в конструкциях других наземных транспортных средств, а также в сельскохозяйственной и дорожно-строительной технике.

Известна трансмиссия полноприводного автомобиля, включающая коробку переключения передач, вход которой предназначен для соединения с двигателем, а выход - кинематически связан с раздаточной коробкой, выходы раздаточной коробки кинематически связаны с передним и задним мостами соответствующими карданными валами /Вершигора В.А. Автомобиль ВА3-2121. Многокрасочный альбом. - М.: Машиностроение. - 1983. - С.45-50/.

Недостаток описанного устройства заключается в вибрациях и ударах, которые возникают и во время начала движения, и во время движения автомобиля. Описанная конструкция является жесткой, содержит необходимые технологические зазоры в редукторах ведущих мостов, которые могут вызвать автоколебания, а потому вибрации приводят и к возникновению резонансных режимов в силовой передаче, из-за совпадения ее собственных частот колебаний с частотой колебаний момента сопротивления движению автомобиля. Эти вибрации возникают, в частности, и потому, что радиусы качения всех колес не являются идеально тождественными, а потому во время движения автомобиля в описанной трансмиссии неизбежно возникают вибрации из-за циркуляции паразитных моментов. Упомянутые вибрации увеличивают затраты горючего в особенности при резонансных режимах, а также отрицательно влияют и на здоровье лиц, находящихся в автомобиле. Медикам известно, что сердце, легкие, брюшная полость, мозг человека - это объемные резонирующие системы, склонные к интенсивным колебаниям при совпадении частоты их собственных колебаний с частотами внешних колебаний (в основном колебаний инфразвуковых частот - в диапазоне 1...16 Гц). Инфразвуковые колебания, возникающие в трансмиссии во время движения, так называемые "акустические нейтрино", которые не воспринимаются ухом, легко проникают через различные преграды (металл, звукоизоляцию) - сложное и коварное явление. Недаром вибрационная болезнь стоит на первом месте в длинном списке профессиональных заболеваний. Из-за инфразвуковых колебаний ослабляется зрение, слух, повышается артериальное давление, наблюдается повышенная усталость, уменьшается реакция водителя, а при частоте инфразвука 7 Гц возможна даже остановка сердца. Кроме

резонанса мозга, как упруго-инерционного тела, имеется возможность "перекрестного" эффекта резонанса инфразвука с частотами и -волн, существующих в мозге человека, а это также может значительно влиять на психофизиологическое состояние человека. Кроме того, вибрации, которые возникают во время движения автомобиля, вызывают повышенный износ конструктивных элементов и, как следствие, снижают надежность конструкции и ее ресурс.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является трансмиссия полноприводного автомобиля, содержащая коробку переключения передач, вход которой предназначен для соединения с двигателем, а выход - кинематически связан с раздаточной коробкой, выходы раздаточной коробки кинематически связаны с передним и задним мостами соответствующими карданными валами, а кинематическое соединение каждого выхода раздаточной коробки с передним и задним мостами включает упругую муфту, выполненную в виде двух фланцев - ведущего и ведомого, соединенных между собой через эластичный элемент, при этом упругая муфта снабжена центрирующим элементом, выполненным в виде центрирующего стержня, выходящего из центра одного фланца, на конце центрирующего стержня закреплено кольцо, внутренняя поверхность которого выполнена цилиндрической, внешняя - шарообразной, а в центре второго фланца выполнено соответствующее центрирующее цилиндрическое отверстие, в котором размещен конец центрирующего стержня с кольцом с возможностью взаимного продольно-осевого, углового и вращательного движения в пределах допуска, включающая коробку переключения передач, вход которой предназначен для соединения с двигателем, а выход - кинематически связан с раздаточной коробкой, выходы раздаточной коробки кинематически связаны с передним и задним мостами соответствующими карданными валами, а кинематическое соединение каждого выхода раздаточной коробки с передним и задним мостами включает упругую муфту, выполненную в виде двух фланцев - ведущего и ведомого, соединенных между собой через эластичный элемент, при этом упругая муфта снабжена центрирующим элементом, выполненным в виде центрирующего стержня, выходящего из центра одного фланца, на конце центрирующего стержня закреплена цилиндрическая втулка, а в центре второго фланца выполнено соответствующее центрирующее цилиндрическое отверстие, в котором размещен конец центрирующего стержня с цилиндрической втулкой с возможностью продольно-осевого и вращательного передвижения в пределах допуска /Патент РФ на полезную модель №50473, МПК (2006) В60К 17/00, В60К 17/34, опубл. 20.01.2006 Бюл. №02/.

Описанная конструкция достаточно надежна, проста в эксплуатации и технологична, позволяет существенно снизить уровень ударных (динамических) нагрузок

и вибраций полноприводного автомобиля. Однако, как показали испытания, при длительной эксплуатации - на завершающем этапе жизненного цикла описанное устройство может оказаться недостаточно надежным. Это обусловлено тем, что в процессе эксплуатации эластичный элемент, изготовленный из резины, полиуретана или армированной резины, из-за воздействия на него эксплуатационных нагрузок различного направления и величины, а также из-за старения материала накапливает повреждения усталостного характера, что приводит к его разрушению. Из-за разрушения эластичного элемента, упругая муфта перестает выполнять свои функции. Таким образом, описанная конструкция является недостаточно надежной.

Поэтому в основу предлагаемой полезной модели поставлена задача создания такой трансмиссии полноприводного автомобиля, которая позволила бы, кроме уменьшения уровня вибраций, повысить и надежность конструкции в целом за счет создания условий для сохранения работоспособности устройства даже при разрушении эластичного элемента упругой муфты путем дополнения ее предохранительным элементом, ограничивающим угловые и продольно-осевые перемещения фланцев муфты в момент повреждения или разрушения эластичного элемента.

Предлагаемая, как и известная трансмиссия полноприводного автомобиля, содержит коробку переключения передач, вход которой предназначен для соединения с двигателем, а выход - кинематически связан с раздаточной коробкой, выходы раздаточной коробки кинематически связаны с передним и задним мостами соответствующими карданными валами, а кинематическое соединение каждого выхода раздаточной коробки с передним и задним мостами включает упругую муфту, выполненную в виде двух фланцев - ведущего и ведомого, соединенных между собой через эластичный элемент, при этом упругая муфта снабжена центрирующим элементом, выполненным в виде центрирующего стержня, выходящего из центра одного фланца, на конце центрирующего стержня закреплено кольцо, внутренняя поверхность которого выполнена цилиндрической, внешняя - шарообразной, а в центре второго фланца выполнено соответствующее центрирующее цилиндрическое отверстие, в котором размещен конец центрирующего стержня с кольцом с возможностью их взаимного продольно-осевого, углового и вращательного движения в пределах допуска, включающая коробку переключения передач, вход которой предназначен для соединения с двигателем, выход - кинематически связан с раздаточной коробкой, выходы раздаточной коробки кинематически связаны с передним и задним мостами соответствующими карданными валами, а кинематическое соединение каждого выхода раздаточной коробки с передним и задним мостами включает упругую муфту, выполненную в виде двух фланцев - ведущего и ведомого, соединенных

между собой через эластичный элемент, при этом упругая муфта снабжена центрирующим элементом, выполненным в виде центрирующего стержня, выходящего из центра одного фланца, на конце центрирующего стержня закреплена цилиндрическая втулка, а в центре второго фланца выполнено соответствующее центрирующее цилиндрическое отверстие, в котором размещен конец центрирующего стержня с возможностью продольно-осевого и вращательного движения в пределах допуска, а в соответствии с предложением, упругая муфта снабжена предохранительным элементом, установленным на одном из фланцев муфты (ведущем или ведомом) с возможностью ограничения угловых и продольно-осевых перемещений фланцев муфты в случае повреждения или разрушения эластичного элемента, а предохранительный элемент изготовлен в виде упругого диска, с «ушками», предназначенными для его крепления на фланце муфты, центральная часть упругого диска выполнена с выпуклостью, направленной наружу от соответствующего фланца, в диске имеется сквозное центральное отверстие для свободного прохода фланца карданного вала, а упругий диск прикреплен "ушками" к упругой муфте.

Особенностью предлагаемой трансмиссии полноприводного автомобиля является и то, что предохранительный элемент изготовлен из высокопрочного металлического материала, например, из стали.

Особенностью предлагаемой трансмиссии полноприводного автомобиля является и то, что упругий диск имеет, как минимум, три равномерно расположенных по окружности одинаковых "ушка".

Присоединительные фланцы эластичной муфты к раздаточной коробке (или редуктору ведущего моста) могут быть изготовлены из одной (или составной) высокопрочной заготовки, например, из стали.

Эластичный элемент обеспечивает изменение положения фланцев относительно друг друга в пределах упругой деформации эластичного элемента. Основное свойство эластичного элемента в упругой муфте предлагаемого устройства - это преобразование энергии механических ударов и колебаний в тепловую энергию.

Муфта - это устройство для соединения валов, тяг, труб, канатов. В предлагаемом устройстве использован один из видов компенсационной муфты - упругая муфта, позволяющая соединять валы, оси которых установлены с погрешностью /Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение. - 1987. - С.229/. Использованный в предлагаемом устройстве эластичный элемент упругой муфты является элементом с нелинейной характеристикой. Введение упругих элементов с нелинейной характеристикой, имеющих широкий диапазон изменения жесткости и демпфирования,

позволяет сдвинуть область резонансных частот в силовой передаче в нерабочую зону частотных колебаний, а незначительные по амплитуде колебания за счет демпфирования сгладить. Установление же упругих муфт в местах трансмиссии, названных выше, позволяет существенно уменьшить уровень вибраций и ударных динамических нагрузок.

Наличие предохранительного элемента упругой муфты, установленного на ней со стороны фланца карданного вала, дает возможность ограничить угловые и продольно-осевые перемещения фланцев муфты в случае повреждения или разрушения эластичного элемента, что позволяет сохранить работоспособность, т.е. повысить надежность устройства.

Сущность полезной модели поясняется на чертежах.

На фиг.1 схематически показана трансмиссия полноприводного автомобиля.

На фиг.2 показан первый вариант исполнения упругой муфты.

На фиг.3 показан второй вариант исполнения упругой муфты.

На фиг.4 показана конструкция предохранительного элемента упругой муфты.

Предлагаемая трансмиссия полноприводного автомобиля включает предназначенную для соединения с двигателем 1 коробку переключения передач 2. Выход коробки переключения передач 2 кинематически связан с раздаточной коробкой 3. Выходы раздаточной коробки 3 кинематически связаны с передним 4 и задним 5 мостами. Кинематическое соединение каждого выхода раздаточной коробки 3 с передним 4 и задним 5 мостами включает упругую муфту 6. Кроме этого, кинематическое соединение каждого выхода раздаточной коробки 3 с передним 4 и задним 5 мостами включает карданные валы 7 и 8. На одном конце каждого карданного вала 7 и 8 расположена упругая муфта 6. Карданный вал 8 может быть изготовлен из двух частей, которые соединены между собой упругой муфтой 6. Фланцы - 9 и 10 соединены между собой через эластичный элемент 11. Фланцы 9 и 10 закреплены с возможностью изменения их положения относительно друг друга в пределах упругой деформации эластичного элемента 11. Эластичный элемент 11 упругой муфты может быть изготовлен из эластичного маслостойкого материала - резины или полиуретана в форме тела вращения - кольца, тора. В упругом элементе 11 выполнены сквозные отверстия для элементов крепления 12. Каждая упругая муфта 6 снабжена предохранительным элементом 13. Предохранительный элемент 13 изготовлен в виде упругого диска из высокопрочного металлического материала - из стали. Центральная часть упругого диска предохранительного элемента 13 выполнена с выпуклостью, направленной в сторону

фланца карданного вала 10, в диске имеется сквозное центральное отверстие для свободного прохода фланца карданного вала 10 (фиг.2) или фланца 9 (фиг.3), «ушки» диска жестко прикреплены к упругой муфте 6. Фланец 9 снабжен центрирующим элементом, выполненным в виде центрирующего стержня 14, выходящего из центра фланца 9, на конце центрирующего стержня 14 жестко закреплено кольцо 15. Внутренняя поверхность кольца 15 выполнена цилиндрической, а внешняя - шарообразной.

Со стороны внутренней поверхности во фланце 10 выполнено соответствующее центрирующее цилиндрическое отверстие 16, в котором установлена центрирующая втулка 17. Во втулке 17 размещен конец центрирующего стержня 14 с кольцом 15 с возможностью их взаимного продольно-осевого, углового и вращательного движения во втулке 17 в пределах установленного допуска. Кроме того, в зоне выхода из фланца 9 центрирующего стержня 14 установлено резиновое уплотнение 18, предназначенное для предотвращения попадания загрязнений в зону пары трения (кольцо 15 - втулка 17).

Предлагаемая трансмиссия полноприводного автомобиля работает так. С выходного вала двигателя 1 вращательное движение передается на коробку переключения передач 2, с выхода которой на раздаточную коробку 3. Из раздаточной коробки 3 через карданные валы 7 и 8 вращательное движение передается на соответствующие передний 4 и задний 5 ведущие мосты. Во время начала движения автомобиля или переключения передач в коробках 2 и 3, или же торможения автомобиля двигателем, возникают толчки, удары, амплитуда которых, благодаря муфтам 6, расположенным на концах карданных валов 4 и 5, обращенных к раздаточной коробке 3, существенно уменьшается. Во время установленного равномерного движения автомобиля возникают вибрации, связанные с необходимыми технологическими люфтами в трансмиссии, в основном в главных парах и дифференциалах /не показаны/ ведущих мостов 4 и 5 и раздаточной коробки 3, что приводит и к возникновению автоколебаний. Однако, благодаря муфтам 6, упомянутая вероятность возникновения автоколебаний очень мала.

В случае использования карданного вала 8 большой длины, например как в автомобиле ВА3-2131, уровень вибраций существенно может быть уменьшен благодаря использованию карданного вала 8, изготовленного из двух частей, снабженных упругой муфтой 6.

В случае повреждения или разрушения эластичного элемента 11 упругой муфты 6 предохранительный элемент 13, установленный на муфте 6, а также центрирующий стержень 14 с кольцом 15, установленным во втулке 17, обеспечивают возможность свободного перемещения фланцев 9, 10 и карданных валов 7, 8 в рабочих пределах относительно другу друга, не позволяя выйти из зацепления пары "центрирующее кольцо

15 - центрирующая втулка 17". Движение при этом возможно на небольшие расстояния без создания аварийной обстановки на дороге и без повреждения или разрушения кинематически связанных с муфтой 6 элементов.

Авторами были проведены исследования относительно измерения ресурса трансмиссии и уровня вибраций, которые возникали в автомобиле марки ВА3-2123 до установки упругих муфт 6 в трансмиссии и после дополнения трансмиссии упругими муфтами 6 с предохранительным элементом 13. По результатам исследований было установлено, что уровень вибраций после дополнения трансмиссии упругими муфтами 6, установленными на одном конце каждого карданного вала 7 и 8, был существенно снижен. Прогнозируемый ресурс предлагаемой трасмиссии по сравнению с прототипом увеличен за счет применения в устройстве предохранительного элемента 13 упругой муфты 6. Уменьшение вероятности возникновения резонансных режимов в трансмиссии во время работы в режиме, который постоянно изменяется, способствует уменьшению затрат топлива до 5%, позволяет выполнить плавное взаимодействие ходовой части, а именно, колес с дорожным покрытием, снижая при этом буксование привода со сцеплением, что существенно уменьшает износ трансмиссии.

Всесторонние испытания карданных валов с эластичными муфтами были также проведены редакцией журнала «За рулем» (Москва, Россия) на автомобиле ВА3-2123 «Нива-Шевроле» в период с 03.10.2006 г. по 20.11.2006 г. и дали положительные результаты.

Трансмиссия полноприводного автомобиля, содержащая коробку переключения передач, вход которой предназначен для соединения с двигателем, а выход - кинематически связан с раздаточной коробкой, выходы раздаточной коробки кинематически связаны с передним и задним мостами соответствующими карданными валами, а кинематическое соединение каждого выхода раздаточной коробки с передним и задним мостами включает упругую муфту, выполненную в виде двух фланцев - ведущего и ведомого, соединенных между собой через эластичный элемент, при этом упругая муфта снабжена центрирующим элементом, выполненным в виде центрирующего стержня, выходящего из центра одного фланца, на конце центрирующего стержня закреплено кольцо, внутренняя поверхность которого выполнена цилиндрической, внешняя - шарообразной, а в центре второго фланца выполнено соответствующее центрирующее цилиндрическое отверстие, в котором размещен конец центрирующего стержня с кольцом с возможностью их взаимного продольно-осевого, углового и вращательного передвижения в пределах допуска, отличающаяся тем, что упругая муфта снабжена предохранительным элементом, установленным на одном из фланцев муфты с возможностью ограничения угловых и продольно-осевых перемещений фланцев муфты в случае повреждения или разрушения эластичного элемента, а предохранительный элемент изготовлен в виде упругого диска, с «ушками», предназначенными для его крепления на фланце муфты, центральная часть упругого диска выполнена с выпуклостью, направленной наружу от соответствующего фланца, в диске имеется сквозное центральное отверстие для свободного прохода фланца карданного вала, а упругий диск прикреплен «ушками» к упругой муфте.