RU2188134C1

RU2188134C1 - Vehicle wheel articulated drive

Info

Publication number: RU2188134C1
Application number: RU2001122078/28A
Authority: RU
Inventors: В.П. Лобозов (RU); В.П. Лобозов; С.И. Никитин (RU); С.И. Никитин; ковский К.З. Шепел (RU); К.З. Шепеляковский; А.А. Кузнецов (RU); А.А. Кузнецов; Виктор Иванович Кравченко (BY); Виктор Иванович Кравченко; Геннадий Александрович Костюкович (BY); Геннадий Александрович Костюкович; ко Михаил Михайлович Семен (BY); Михаил Михайлович Семеняко; Александр Матвеевич Гагасов (BY); Александр Матвеевич Гагасов; Геннадий Александрович Достанко (BY); Геннадий Александрович Достанко
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Техмаш"; Открытое акционерное общество "Белкард"
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2002-08-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; wheel drives of automotive vehicles. SUBSTANCE: drive has intermediate shaft with splines made on ends by means of which shaft is connected with hinge joints. Each joint is either ball type or universal and consists of housing in form of cup provided with cylindrical splined shank at one side and blind spherical hole at other side on meridians of which ellipsoidal raceways are made, and also race with outer spherical surface and central splined hole. Universal joint has housing in form of sleeve with cylindrical splined shank at one side and with blind cylindrical central hole at other side and also three uniformly spaced slots of round cross-section parallel to hole, three-journal cross on journals of which needle bearings with outer spherical races and needle rollers are mounted. EFFECT: increased service life and improved reliability, reduced cost of manufacture. 7 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к приводам колес автотранспортных средств
Известна шарнирная передача привода колеса автотранспортного средства, включающая промежуточный вал с выполненными на его концах шлицами, посредством которых промежуточный вал соединен с шарнирами, каждый из которых выполнен шариковым или карданным (см. патент СССР 1083903, МПК В 60 К 17/22, 1978 г.).The invention relates to the field of engineering, namely, wheel drives of vehicles
Known articulated transmission of a drive wheel of a vehicle, including an intermediate shaft with slots made at its ends, by means of which the intermediate shaft is connected to hinges, each of which is made ball or cardan (see USSR patent 1083903, IPC B 60 K 17/22, 1978 .).

Однако известная шарнирная передача привода колеса автотранспортного средства обладает недостаточной долговечностью, недостаточной надежностью из-за низкой статической и контактной усталостной прочности ее деталей. Так, при статических испытаниях момент предела текучести составляет не менее 1055 Н. м, а момент предела прочности (до появления первой трещины) не менее 1225 Н.м. Циклическая прочность на кручение при нагружении крутящим моментом плюс-минус 440 Н. м составляет 100000 циклов. Кроме того, известная шарнирная передача привода колеса автотранспортного средства имеет высокую стоимость изготовления ее деталей, для которых используются подшипниковые стали, например сталь ШХ-15, подвергнутые закалке при печном нагреве с последующим охлаждением в масле, также используются низколегированные конструкционные стали, например 14ХГН, 20ХГНТР и др., подвергнутые цементации с последующей закалкой при печном нагреве и охлаждении в масле, используются углеродистые конструкционные стали, например сталь 40, сталь 50 и др., подвергнутые нормализации с последующей закалкой токами высокой частоты. Кроме того, детали известной шарнирной передачи привода колеса автотранспортного средства коробит в процессе цементации, что приводит к необходимости их дополнительного шлифования. However, the known articulated transmission of a drive wheel of a motor vehicle has insufficient durability, insufficient reliability due to the low static and contact fatigue strength of its parts. So, during static tests, the moment of yield strength is not less than 1055 N. m, and the moment of ultimate strength (before the first crack) not less than 1225 N.m. The cyclic torsional strength when loaded with a torque of plus or minus 440 N. m is 100,000 cycles. In addition, the known articulated transmission of a drive wheel of a vehicle has a high manufacturing cost of its parts for which bearing steels are used, for example, ShKh-15 steel, quenched by furnace heating and then cooled in oil, low-alloy structural steels are also used, for example 14KhGN, 20KhGNTR etc., subjected to cementation followed by quenching during furnace heating and cooling in oil, carbon structural steels are used, for example, steel 40, steel 50, etc. utye normalization followed by quenching with high-frequency currents. In addition, the details of the known articulated transmission of the drive wheel of a vehicle are warped during the cementation process, which leads to the need for additional grinding.

Технической задачей изобретения является устранение перечисленных недостатков и создание шарнирной передачи привода колеса автотранспортного средства, обладающей повышенной долговечностью и надежностью, а также пониженной стоимостью изготовления ее деталей. An object of the invention is the elimination of these shortcomings and the creation of an articulated transmission of the drive wheel of a vehicle with increased durability and reliability, as well as a reduced cost of manufacturing its parts.

Технический результат достигается тем, что предложена шарнирная передача привода колеса автотранспортного средства, включающая промежуточный вал с выполненными на его концах шлицами, посредством которых промежуточный вал соединен с шарнирами, каждый из которых выполнен шариковым или карданным, при этом шариковый шарнир содержит корпус, выполненный в виде чаши, имеющей с одной стороны цилиндрический шлицевой хвостовик, а с другой - глухое сферическое отверстие, на меридианах которого выполнены беговые дорожки эллипсовидной формы, обойму в виде диска с наружной сферической поверхностью, на меридианах которой выполнены беговые дорожки эллипсовидной формы, и центральным шлицевым отверстием, а также установленный внутри сферического отверстия корпуса на обойме сепаратор в виде сферического кольца с прямоугольными гнездами, в которых размещены с возможностью их качения по беговым дорожкам корпуса и обоймы шарики, а карданный шарнир содержит корпус, выполненный в виде стакана, имеющего с одной стороны цилиндрический шлицевой хвостовик, а с другой - глухое цилиндрическое центральное отверстие, а также параллельные ему три равномерно расположенных паза круглого поперечного сечения, центры которых совпадают с диаметром центрального отверстия корпуса карданного шарнира, крестовину с центральным шлицевым отверстием и тремя шипами, на которых установлены игольчатые подшипники с наружными сферическими кольцами и игольчатыми роликами, причем кольца расположены в пазах корпуса карданного шарнира, при этом корпус шарикового шарнира, корпус карданного шарнира, обойма, сепаратор, шарики, трехшиповая крестовина, наружное кольцо игольчатых подшипников и игольчатые ролики игольчатых подшипников, а также промежуточный вал шарнирной передачи выполнены из конструкционной углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью, содержание углерода в которой выбрано от 0,40 до 0,88 мас.%. При этом все детали шарнирной передачи, выполненные из конструкционной углеродистой стали с пониженной прокаливаемостью, подвергнуты термической обработке, например объемно-поверхностной закалке с самоотпуском или отпуском в печи. При этом микроструктура поверхностного слоя корпуса шарикового шарнира, его обоймы и шариков, микроструктура всего объема сепаратора шарикового шарнира, микроструктура поверхностного слоя корпуса карданного шарнира и его крестовины, микроструктура всего объема наружных колец и игольчатых роликов игольчатых подшипников карданного шарнира, а также микроструктура поверхностного слоя промежуточного вала представляет собой отпущенный мартенсит с размером действительного зерна аустенита 11-14 баллов. При этом микроструктура поверхностных слоев шлицов и сферического отверстия с беговыми дорожками корпуса шарикового шарнира, микроструктура поверхностных слоев шлицов и пазов круглого поперечного сечения корпуса карданного шарнира, а также шлицов промежуточного вала представляет собой отпущенный мартенсит с размером действительного зерна аустенита 11-14 баллов, а микроструктура сердцевины и остальной наружной поверхности корпусов и промежуточного вала представляет собой троостит, троостосорбит или сорбит с твердостью 34-42 НRСэ. При этом микроструктура поверхностного слоя сепаратора шарикового шарнира и наружных колец игольчатых подшипников карданного шарнира представляет собой отпущенный мартенсит с размером действительного зерна аустенита 11-14 баллов, а микроструктура их сердцевины представляет собой троостит с твердостью 44-47 НRСэ. При этом микроструктура сердцевины обоймы и шариков шарикового шарнира, а также шипов и тела крестовины карданного шарнира представляет собой троостит, троостосорбит или сорбит. При этом твердость поверхности шариков превышает твердость поверхности беговых дорожек корпуса и обоймы, а также гнезд сепаратора шарикового шарнира на 2-3 HRC_э, а твердость поверхности игольчатых роликов превышает твердость поверхности шипов крестовины и отверстия наружного кольца игольчатых подшипников карданного шарнира на 2-3 HRC_э.The technical result is achieved by the fact that the proposed articulated transmission of the drive wheel of a vehicle, including an intermediate shaft with slots made at its ends, by means of which the intermediate shaft is connected to hinges, each of which is made ball or cardan, while the ball hinge contains a housing made in the form a cup having a cylindrical splined shank on one side and a blind spherical hole on the other side, on which meridians there are running tracks of an ellipsoidal shape, mu in the form of a disk with an external spherical surface, on the meridians of which are running tracks of an ellipsoidal shape, and a central spline hole, as well as a separator mounted inside the spherical hole of the housing on a cage, in the form of a spherical ring with rectangular slots in which they can be rolled on the running balls of the housing and casing, and the cardan joint contains a housing made in the form of a glass having a cylindrical splined shank on one side and a blind cylindrical one the central bore, as well as three evenly spaced grooves of circular cross section parallel to it, the centers of which coincide with the diameter of the central bore of the universal joint housing, a spider with a central spline bore and three spikes, on which needle bearings with outer spherical rings and needle rollers are mounted, and the rings located in the grooves of the housing of the universal joint, while the housing of the ball joint, the housing of the universal joint, cage, cage, balls, three-studded cross a, the outer ring of needle bearings and needle rollers of needle bearings, as well as the intermediate shaft of the articulated transmission, are made of structural carbon steel with reduced hardenability, the carbon content of which is selected from 0.40 to 0.88 wt.%. Moreover, all parts of the articulated transmission made of structural carbon steel with low hardenability are subjected to heat treatment, for example, volume-surface hardening with self-tempering or tempering in the furnace. In this case, the microstructure of the surface layer of the ball joint housing, its cage and balls, the microstructure of the entire volume of the ball joint separator, the microstructure of the surface layer of the housing of the universal joint and its cross, the microstructure of the entire volume of the outer rings and needle rollers of the needle bearings of the universal joint, as well as the microstructure of the surface layer of the intermediate the shaft is tempered martensite with a real austenite grain size of 11-14 points. In this case, the microstructure of the surface layers of the slots and the spherical hole with the treadmills of the ball joint housing, the microstructure of the surface layers of the slots and grooves of the round cross-section of the cardan joint body, as well as the splines of the intermediate shaft, are tempered martensite with an actual austenite grain size of 11-14 points, and the microstructure the core and the rest of the outer surface of the housings and the intermediate shaft is a troostite, troostosorbite or sorbitol with a hardness of 34-42 НРСе. In this case, the microstructure of the surface layer of the ball joint separator and the outer rings of the needle bearings of the cardan joint is tempered martensite with a real austenite grain size of 11-14 points, and the microstructure of their core is troostite with a hardness of 44-47 НРСе. In this case, the microstructure of the core of the cage and balls of the ball joint, as well as the spikes and body of the crosspiece of the universal joint, is a troostite, troostosorbite or sorbitol. The hardness of the surface of the balls exceeds the hardness of the surface of the racetracks of the housing and cage, as well as the nests of the ball joint cage by 2-3 HRC _e , and the hardness of the surface of the needle rollers exceeds the hardness of the surface of the spikes of the spider and the holes of the outer ring of the needle bearings of the universal joint by 2-3 HRC _e .

Экспериментальные стендовые, а затем и натурные сравнительные испытания предложенной и известной шарнирных передач привода колеса автотранспортного средства показали, что с использованием всех отличительных признаков создана конструкция шарнирной передачи привода колеса автотранспортного средства, обладающая повышенной долговечностью и надежностью, а также пониженной стоимостью изготовления ее деталей. Так, достигнуто увеличение момента предела текучести при статических испытаниях на 17-25%, момента предела прочности (до появления первой трещины) при статических испытаниях на 10-20%, а циклическая прочность на кручение при нагружении крутящим моментом плюс-минус 440 Н. м увеличена на 15-30%. При этом одновременно достигнуто снижение стоимости изготовления деталей предложенной шарнирной передачи привода колеса автотранспортного средства из-за упрощения и удешевления технологии термической обработки ее деталей. Experimental bench tests, and then full-scale comparative tests of the proposed and well-known articulated gears of a motor vehicle’s wheel drive showed that using all the distinguishing features, a swivel gear design of the motorized wheel of a motor vehicle has been created, which has increased durability and reliability, as well as a reduced manufacturing cost of its parts. Thus, an increase in the moment of yield strength in static tests by 17–25% was achieved, in the moment of tensile strength (before the first crack appeared) in static tests by 10–20%, and the cyclic torsion strength when loaded with a torque of plus or minus 440 N. m increased by 15-30%. At the same time, a reduction in the cost of manufacturing parts of the proposed articulated transmission of the wheel drive of the vehicle was achieved due to the simplification and cheapening of the heat treatment technology of its parts.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид шарнирной передачи привода колеса автотранспортного средства (вариант: промежуточный вал с шариковым шарниром на одном конце и карданным шарниром на другом), на фиг.2 показан шариковый шарнир, на фиг.3 показан карданный шарнир, на фиг.4 дан разрез В - В фиг.2 и на фиг.5 - разрез Г - Г фиг.3. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the articulated transmission of the drive wheel of a vehicle (option: an intermediate shaft with a ball joint at one end and a cardan joint at the other), figure 2 shows a ball joint, figure 3 shows cardan joint, in Fig. 4 a section B - B of Fig. 2 is given and in Fig. 5 a section G - G of Fig. 3.

Шарнирная передача привода колеса автотранспортного средства содержит промежуточный вал 1 с шариковым шарниром 2 и карданным шарниром 3. Шариковый шарнир 2 содержит корпус 4, обойму 5, сепаратор 6 и шарики 7. Карданный шарнир 3 содержит корпус 8, трехшиповую крестовину 9, игольчатые подшипники 10 с наружными сферическими кольцами 11 и игольчатые ролики 12. Шарниры закрыты непроницаемой упругой предохранительной гармошкой. The articulated transmission of a drive wheel of a vehicle includes an intermediate shaft 1 with a ball joint 2 and a cardan joint 3. A ball joint 2 comprises a housing 4, a ferrule 5, a separator 6 and balls 7. A cardan joint 3 includes a housing 8, a three-spherical cross 9, needle bearings 10 s outer spherical rings 11 and needle rollers 12. The hinges are closed by an impenetrable elastic safety accordion.

Шарнирная передача привода колеса автотранспортного средства работает следующим образом. Крутящий момент от двигателя (не показан) через ведущую полуось передается на ведущий шарнир и затем через промежуточный вал и ведомый шарнир - на ведомую полуось, связанную с колесом автотранспортного средства. The articulated transmission of the drive wheel of a vehicle is as follows. Torque from the engine (not shown) is transmitted through the drive axle shaft to the drive joint and then through the intermediate shaft and the driven joint to the drive axle connected to the wheel of the vehicle.

Предложенная шарнирная передача привода колеса автотранспортного средства имеет следующие преимущества: повышенную долговечность и надежность, а также пониженную стоимость изготовления ее деталей из-за упрощения и удешевления технологии термической обработки ее деталей. Содержание остальных элементов (кремния, марганца, хрома, никеля, меди и др.) в стали с пониженной прокаливаемостью, а также конкретное содержание углерода в деталях предложенной шарнирной передачи привода колеса автотранспортного средства является предметом Ноу-Хау. Технология изготовления деталей предложенной шарнирной передачи привода колеса автотранспортного средства является предметом Ноу-Хау и не требует для своего воплощения создания сложного технологического оборудования и привлечения больших материальных затрат. The proposed articulated transmission of a wheel drive of a motor vehicle has the following advantages: increased durability and reliability, as well as a reduced manufacturing cost of its parts due to the simplification and cheapening of the heat treatment technology of its parts. The content of the remaining elements (silicon, manganese, chromium, nickel, copper, etc.) in steel with reduced hardenability, as well as the specific carbon content in the details of the proposed articulated transmission of the drive wheel of a vehicle is the subject of Know-How. The manufacturing technology of the parts of the proposed articulated transmission of the drive wheel of a vehicle is the subject of Know-How and does not require the creation of sophisticated technological equipment and attract large material costs.

Claims

1. The articulated transmission of the drive wheel of a vehicle, including an intermediate shaft with slots made at its ends, by means of which the intermediate shaft is connected to the hinges, characterized in that each of the hinges is made ball or cardan while the ball hinge contains a housing made in the form of a bowl, having on one side a cylindrical splined shank, and on the other a blind spherical hole, on the meridians of which are running tracks of an ellipsoidal shape, a clip with an external spherical surface with an elliptical treadmill on the meridians, and a central slotted hole, as well as a separator installed inside a spherical housing opening on a cage in the form of a spherical ring with rectangular slots in which balls are placed with the possibility of rolling along the casing treadmills, and cages, and the cardan joint contains a housing made in the form of a glass having a cylindrical splined shank, and on the other a blind cylindrical central hole, as well as three equal grooves of circular cross-section, a three-spindle cross, on the spikes of which there are needle bearings with outer spherical rings and needle rollers, the rings being located in the grooves of the cardan joint body, the ball joint body, cardan joint body, cage, cage, balls, three-spindle the crosspiece, the outer ring of the needle bearings and the needle rollers of the needle bearings, as well as the intermediate shaft of the articulated transmission are made of structural carbon steel whether with reduced hardenability, while the carbon content in the steel is selected from 0.40 to 0.88 wt.%.

2. The articulated transmission according to claim 1, characterized in that all its parts are subjected to heat treatment - volume-surface hardening with self-tempering or tempering in the furnace.

3. The articulated transmission according to claim 1, characterized in that the microstructure of the surface layer of the housing of the ball joint, its cage and balls, the microstructure of the entire volume of the separator of the ball joint, the microstructure of the surface layer of the housing of the universal joint and its cross, the microstructure of the entire volume of the outer rings and needle rollers needle bearings of the cardan joint, as well as the microstructure of the surface layer of the intermediate shaft are tempered martensite with an actual austenite grain size of 11-14 points ov.

4. The articulated transmission according to claim 1, characterized in that the microstructure of the surface layers of the splines and the spherical hole with the treadmills of the ball joint housing, the microstructure of the surface layers of the splines and grooves of the round cross-section of the cardan joint housing, as well as the splines of the intermediate shaft, is a tempered martensite with the size of the actual austenite grain is 11-14 points, and the microstructure of the core and the rest of the outer surface of the bodies and the intermediate shaft is troostite, troostitoso rbit or sorbitol with a hardness of 34-42 HRC _E.

5. The articulated transmission according to claim 1, characterized in that the microstructure of the surface layer of the ball joint cage and the outer rings of the needle bearings of the universal joint is tempered martensite with an actual austenite grain size of 11-14 points, and the microstructure of their core is a troostite with a hardness of 44 -47 HRC _E.

6. The articulated transmission according to any one of paragraphs. 1 to 5, characterized in that the microstructure of the core of the cage and balls of the ball joint, as well as the spikes and body of the crosspiece of the cardan joint, is a troostite, troostitosorbite or sorbitol.

7. The articulated transmission according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that the hardness of the surface of the balls exceeds the hardness of the surface of the racetracks of the housing and cage, as well as the nests of the ball joint separator by 2-3 HRC _E , and the hardness of the surface of the needle rollers exceeds the hardness of the surface of the spikes of the spider and the holes of the outer ring of the needle bearings of the universal joint It hinges on a 2-3 HRC _E.