Патент на изобретение №2381121

(54) ДВОЙНОЕ КАРДАННОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЛЯ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к железнодорожному транспорту. Двойное карданное соединение для рельсовых транспортных средств с двумя шарнирными плоскостями, которое имеет две шарнирные муфты, которые для передачи крутящего момента посредством полого вала-шестерни соединены между собой через вал, охваченный валом-шестерней, причем одна шарнирная плоскость согласована с шарнирной муфтой с бочкообразным зубчатым венцом с возможностью компенсации углового и осевого смещения, а вторая шарнирная плоскость согласована с жесткой на кручение, упругой на изгиб шарнирной муфтой. Шарнирная муфта с бочкообразным зубчатым венцом имеет сменный стакан с внутренним зубчатым венцом и сменную ступицу муфты с наружным зубчатым венцом, причем вал, выполненный в виде промежуточного вала, соединен со сменной ступицей муфты в своей торцевой области и при этом полый вал-шестерня закреплен снаружи стакана на его внешней стенке. Достигается повышение усталостной прочности, отсутствие необходимости в техническом обслуживании, высокая способность углового и осевого смещения. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Данное изобретение касается двойного карданного соединения, применяемого в рельсовых транспортных средствах, с двумя шарнирными плоскостями, которое имеет две шарнирные муфты, которые для передачи крутящего момента посредством полого вала-шестерни соединены между собой через вал, который охвачен валом-шестерней, причем одна шарнирная плоскость согласована с соединительной муфтой с бочкообразным зубчатым венцом с возможностью компенсации углового и осевого смещения, а вторая шарнирная плоскость согласована с жесткой на кручение, упругой на изгиб шарнирной муфтой.

Обычные зубчатые муфты с бочкообразными зубчатыми венцами для передачи крутящих моментов используются для соединения ведущего и ведомого валов, чтобы компенсировать осепараллельное, осевое или угловое смещение между обоими валами.

Соответствующий приводной узел описан в EP 0878 368 A1, где зубчатая муфта с бочкообразным зубчатым венцом состоит из двух одинаковых сочленений, при этом недостаток заключается в том, что соответствующий бочкообразный зубчатый венец требует отдельной смазки и уплотнения. Издержки на получение очень хорошего уплотнения очень высокие. Недостатком являются также их большие габариты.

Преимущество зубчатых муфт с бочкообразными зубчатыми венцами состоит в их чрезвычайно хороших свойствах при компенсации осевого и углового смещения.

Другая усовершенствованная муфта для приводного узла рельсовых транспортных средств описана в DЕ 10050757 A1, при этом приводной узел оборудован электродвигателем, подвешенным к раме транспортного средства или к ходовой части, передачей и карданной системой соединения. Система соединения расположена между валом колесной пары и передачей, при этом первая часть системы соединения в форме муфты с бочкообразным зубчатым венцом интегрирована в ведомое зубчатое колесо передачи и в ее контур циркуляции масла и при этом между передачей и колесной парой предусмотрена вторая ведомая часть системы соединения. Вторая часть системы соединения представляет собой резиноупругую муфту.

Недостаток заключается в том, что резиноупругая муфта подвержена износу и требует технического обслуживания.

Обычные жесткие на кручение, упругие на изгиб муфты, такие как, например, цельнометаллические муфты, – это муфты, которые благодаря своим пружинящим свойствам компенсируют смещение. Благодаря этому их преимущество состоит в том, что они являются как износостойкими, так и не требующими обслуживания. Они имеют значительные пределы в области упругой деформации и, соответственно, смещения, при этом способность к осевому смещению существенно ограничена.

Двойное карданное соединение в форме поперечного привода с одним двигателем описано в DЕ 295 22 268 U1, при этом вал ротора двигателя расположен параллельно ведущей оси рельсового транспортного средства и соединен с осевой передачей, которая охватывает полый вал-шестерню, охватывающий в свою очередь шлицевой вал, при этом шлицевой вал, по крайней мере, частично проходит внутри полого вала-шестерни, при этом вал ротора своим ведомым концом через ведомую муфту двигателя соединен со шлицевым валом, а ведомая муфта двигателя выполнена в виде гибкого в угловом и осевом направлении соединения. Шлицевой вал соединен через приводную муфту двигателя с полым валом-шестерней и на своих концах аксиально зафиксирован спиральными пружинами, которые после отклонения шлицевого вала возвращают его в среднее положение относительно полого вала-шестерни.

Недостаток заключается в том, что благодаря практически прямой связи шлицевого вала с полым валом-шестерней через бочкообразный зубчатый венец элементы шарнирной муфты с бочкообразным зубчатым венцом не являются свободно заменяемыми в случае дефекта или поломки.

В основе изобретения лежит задача создания двойного карданного соединения для рельсовых транспортных средств, которое позволит легко и без каких-либо трудностей заменять элементы муфты в области шарнирной муфты с бочкообразным зубчатым венцом.

Задача решается посредством признаков п.1 Двойное карданное соединение для рельсовых транспортных средств имеет две шарнирные муфты, которые для передачи крутящего момента посредством полого вала-шестерни соединены между собой через вал, охваченный валом-шестерней, при этом одна шарнирная плоскость согласована с шарнирной муфтой с бочкообразным зубчатым венцом с возможностью компенсации углового и осевого смещения, а вторая шарнирная плоскость согласована с жесткой на кручение, упругой на изгиб шарнирной муфтой, причем в соответствии с отличительной частью пункта 1 шарнирная муфта с бочкообразным зубчатым венцом имеет сменный стакан с внутренним зубчатым венцом и сменную ступицу муфты с соответствующим наружным зубчатым венцом, при этом вал, выполненный в виде промежуточного вала, соединен со сменной ступицей муфты в своей торцевой области, и при этом полый вал-шестерня закреплен снаружи стакана на его внешней стенке.

Шарнирная муфта с бочкообразным зубчатым венцом представляет собой зубчатую шарнирную муфту с бочкообразным зубчатым венцом.

Жесткая на кручение, упругая на изгиб шарнирная муфта может быть выполнена в виде мембранной, дисковой или пластинчатой шарнирной муфты.

Жесткая на кручение, упругая на изгиб шарнирная муфта в форме дисковой шарнирной муфты имеет в качестве основной части упругий кольцевой диск, который на обращенной к зубчатой шарнирной муфте с бочкообразным зубчатым венцом стороне и через фланец промежуточного вала жестко соединен с промежуточным валом посредством первого стопорного элемента, причем на другой стороне упругого кольцевого диска ступица двигателя посредством своего фланца закреплена диаметрально относительно фланца промежуточного вала при помощи второго стопорного элемента.

К шарнирной муфте с бочкообразным зубчатым венцом прикреплен полый вал-шестерня в своей расположенной на торцевой стороне концевой области, причем другая концевая область вала-шестерни остается открытой.

Промежуточный вал охвачен полым валом-шестерней, открытым торцевой областью к жесткой на кручение, упругой на изгиб шарнирной муфте.

Шарнирная муфта с бочкообразным зубчатым венцом замкнуто охвачена сменным стаканом.

Стакан имеет крышку, которая позволяет смазку в свободном пространстве между крышкой и ступицей муфты при сохранении полной герметичности.

Полый вал-шестерня может иметь в направлении жесткой на кручение, упругой на изгиб шарнирной муфты, в зависимости от необходимости, расходящийся или цилиндрический внутренний диаметр.

Расположение обеих шарнирных муфт в их шарнирных плоскостях в области колесных пар выполнено как снаружи, так и внутри этих колесных пар.

Существует комбинация двух муфт различных типов с различными свойствами.

По меньшей мере, два свойства – усталостная прочность и отсутствие необходимости в техническом обслуживании, а также небольшие габариты – жесткой на кручение, упругой на изгиб шарнирной муфты позволяют установку такой муфты в тех местах приводного механизма, где существует агрессивная среда и требуется отсутствие необходимости в техническом обслуживании.

Свойства зубчатой шарнирной муфты с бочкообразным зубчатым венцом – высокая способность осевого смещения, при условии хорошей смазки и герметичности – позволяют целенаправленную установку зубчатой шарнирной муфты в тех местах приводного механизма, в которых использование смазки и контроль герметичности реализуются простым способом.

Благодаря соответствующему изобретению – двойному карданному соединению – можно целенаправленно разрабатывать и использовать вышеописанные свойства обеих муфт различного типа: с одной стороны, усталостная прочность и отсутствие необходимости в техническом обслуживании, а также небольшие габариты, а с другой стороны, высокая способность осевого смещения и контролируемая смазка доступных мест в области колесной пары.

Настоящее изобретение более подробно поясняется на основе примера осуществления посредством нескольких чертежей, на которых:

Фиг.1: Схематическое продольное сечение двойного карданного соединения – зубчатая/дисковая шарнирная муфта – в положении покоя и

Фиг.2: Схематическое продольное сечение двойного карданного соединения в отклоненном положении относительно фиг.1.

На чертежах используются одинаковые ссылочные позиции для одних и тех же деталей с одними и теми же функциями.

На фиг.1 показано двойное карданное соединение (1) для рельсового транспорта с двумя шарнирными плоскостями (20, 21), содержащее две соединительные муфты, которые для передачи крутящего момента посредством полого вала-шестерни (6) соединены между собой через охваченный этим полым валом-шестерней вал (5), при этом одна шарнирная плоскость (20) согласована с шарнирной муфтой (2) с бочкообразным зубчатым венцом (22) с компенсацией углового и осевого смещения, а вторая шарнирная плоскость (21) – с жесткой на кручение, упругой на изгиб шарнирной муфтой (3).

Согласно изобретению шарнирная муфта (2) с бочкообразным зубчатым венцом (22) имеет сменный стакан (7) с внутренним зубчатым венцом и сменную ступицу (23) муфты с наружным зубчатым венцом, при этом вал (5), сконструированный как промежуточный, соединен со сменной ступицей (23) муфты в своей торцевой области и при этом полый вал-шестерня (6) закреплен снаружи сменного стакана (7) на его внешней стороне (7).

На фиг.1 в качестве жесткой на кручение, упругой на изгиб шарнирной муфты (3) использована дисковая шарнирная муфта, а в качестве шарнирной муфты (2) с бочкообразным зубчатым венцом использована зубчатая муфта с бочкообразным зубчатым венцом (22).

Основной частью дисковой шарнирной муфты (3) является упругий кольцевой диск (4), который на обращенной к зубчатой шарнирной муфте (2) стороне через фланец (15) жестко соединен с промежуточным валом (5) посредством стопорного элемента (26). На другой стороне кольцевого диска (4) ступица (14) двигателя диаметрально относительно фланца (15) соединена при помощи второго стопорного элемента (27) с фланцем (15) ступицы двигателя.

Зубчатая шарнирная муфта (2) с бочкообразным зубчатым венцом (22) прикреплена к полому валу-шестерне (6) в его расположенной на торце концевой области (12), причем другая торцевая область (13) на торце открыта и ориентирована к дисковой шарнирной муфте (3).

Полый вал-шестерня (6) имеет примерно по центру шестерню (16) или зубчатое колесо для соединения с передачей (не показано на чертеже).

Промежуточный вал (5) охвачен полым валом-шестерней (6), открытым торцевой областью к жесткой на кручение, упругой на изгиб шарнирной муфте (3).

Шарнирную зубчатую муфту (2) с бочкообразным зубчатым венцом (22) охватывает стакан (7), снабженный крышкой (8), которая позволяет смазку при сохранении полной герметичности, причем смазочное масло или консистентная смазка в основном находится в свободном пространстве (9) между ступицей (23) шарнирной зубчатой муфты и крышкой (8) или, соответственно, стаканом (7). При необходимости стакан (7) может представлять собой замкнутый стакан.

Стакан (7) зубчатой шарнирной муфты (2) с бочкообразным зубчатым венцом (22) присоединен болтовым соединением (10) к полому валу-шестерне (6).

В концевой области (12) между полым валом-шестерней (6) и стаканом (7) находится внутреннее уплотнение (17).

Полый вал-шестерня (6) имеет расходящийся внутренний диаметр (11) в направлении жесткой на кручение, упругой на изгиб шарнирной муфты (3).

Расположение обеих шарнирных муфт (2, 3) в своих шарнирных плоскостях (20, 21) в области приводов или колесных пар может быть любым.

Кроме того, жесткая на кручение, упругая на изгиб шарнирная муфта (3) может быть исполнена в виде мембранной или пластинчатой шарнирной муфты.

Далее более подробно описывается принцип действия соответствующего изобретению двойного карданного соединения (1) на основе фиг.2.

На фиг.2 показано двойное карданное соединение (1) с осевым смещением (24) и угловым смещением (25). При осевом смещении (24) зубчатой шарнирной муфты (2) происходит смещение зубчатой шарнирной муфты (2) вместе с полым валом-шестерней (6) в направлении дисковой шарнирной муфты (3), при этом ступица (23) зубчатой шарнирной муфты использует свободное пространство (9) в области крышки (8) или, соответственно, стакана (7).

При одновременно происходящем угловом смещении (25) промежуточный вал (5) отклоняется от оси (19) муфты, вследствие чего упругий кольцевой диск (4) демпфирует угловое смещение (25).

Для наглядности приведены динамические отклонения шарнирных плоскостей 20, 21 на фиг.2 относительно состояния покоя на фиг.1.

Благодаря соответствующему изобретению – двойному карданному соединению – можно целенаправленно разрабатывать и использовать преимущества обеих различных шарнирных муфт (2, 3) – усталостная прочность и отсутствие необходимости в техническом обслуживании, а также небольшие габариты плюс высокая способность углового и осевого смещения и контролируемая смазка мест в области колесной пары.

К примеру, в случае находящегося снаружи привода отдельных колес трамвая жесткая на кручение, упругая на изгиб шарнирная муфта (3) может располагаться в позициях между колесом и передачей, в которых имеется мало места, и непосредственно над дорожным покрытием, на котором может иметься агрессивная среда.

Учитывая отсутствие необходимости в техническом обслуживании можно считать это расположение такой жесткой на кручение, упругой на изгиб шарнирной муфты (3) очень рациональным.

В противоположность этому зубчатая шарнирная муфта (2) с бочкообразным зубчатым венцом (22) может быть установлена в защищенной области передачи, где будет достаточно места для согласования и смещения. Зубчатая шарнирная муфта (2) с бочкообразным зубчатым венцом (22) может быть там уплотнена крышкой (8) или, соответственно, стаканом (7), которая/ый является неподвижной/ым и тем самым гарантирует внешнюю герметичность.

Это изобретение позволяет легко и свободно заменять элементы муфты в области шарнирной муфты с бочкообразным зубчатым венцом.

На фиг.1 показана возможность жесткого соединения зубчатой шарнирной муфты (2) с бочкообразным зубчатым венцом (22) с передачей через полый вал-шестерню (6), причем соединение стакана (7) с подогнанной к нему крышкой (8) и с полым валом-шестерней (6) дает возможность не использовать какие-либо ориентированные наружу уплотнительные элементы, которые могли бы отрицательно влиять на герметичность. Зубчатая шарнирная муфта (2) с бочкообразным зубчатым венцом (22) полностью герметична снаружи.

Благодаря этому значительно снижаются издержки на техническое обслуживание, связанное, как правило, с обеспечением герметичности зубчатой шарнирной муфты (2) с бочкообразным зубчатым венцом (22).

Благодаря соответствующему изобретению – двойному карданному соединению (1) – появляется возможность адаптировать приводы рельсовых транспортных средств под экологические и технические условия более широко и гибко.

Перечень условных обозначений

1. Двойное карданное соединение

2. Шарнирная муфта с бочкообразным зубчатым венцом

3. Жесткая на кручение, упругая на изгиб шарнирная муфта

4. Кольцевой диск

5. Промежуточный вал

6. Полый вал-шестерня

7. Стакан

8. Крышка

9. Свободное пространство

10. Болтовое соединение

11. Внутренний диаметр

12. Первая концевая область

13. Вторая концевая область

14. Ступица двигателя

15. Фланец

16. Шестерня

17. Внутреннее уплотнение

18. Фланец ступицы двигателя

19. Ось муфты

20. Первая шарнирная плоскость

21. Вторая шарнирная плоскость

22. Бочкообразный зубчатый венец

23. Ступица зубчатой шарнирной муфты

24. Осевое смещение

25. Угловое смещение

26. Первый стопорный элемент

27. Второй стопорный элемент

Формула изобретения

1. Двойное карданное соединение (1) для рельсовых транспортных средств с двумя шарнирными плоскостями (20, 21), которое имеет две шарнирные муфты, которые для передачи крутящего момента посредством полого вала-шестерни (6) соединены между собой через вал (5), охваченный валом-шестерней (6), при этом одна шарнирная плоскость (20) согласована с шарнирной муфтой (2) с бочкообразным зубчатым венцом (22) с возможностью компенсации углового и осевого смещения, а вторая шарнирная плоскость (21) согласована с жесткой на кручение, упругой на изгиб шарнирной муфтой (3), и отличающееся тем, что шарнирная муфта (2) с бочкообразным зубчатым венцом (22) имеет сменный стакан (7) с внутренним зубчатым венцом и сменную ступицу (23) муфты с наружным зубчатым венцом, при этом вал (5), выполненный в виде промежуточного вала, соединен со сменной ступицей (23) муфты в своей торцевой области и при этом полый вал-шестерня (6) закреплен снаружи стакана (7) на его внешней стенке.

2. Двойное карданное соединение по п.1, отличающееся тем, что шарнирная муфта (2) с бочкообразным зубчатым венцом (22) является зубчатой шарнирной муфтой с бочкообразным зубчатым венцом.

3. Двойное карданное соединение по п.1, отличающееся тем, что жесткая на кручение, упругая на изгиб шарнирная муфта (3) выполнена в виде мембранной, дисковой или пластинчатой шарнирной муфты.

4. Двойное карданное соединение по п.3, отличающееся тем, что жесткая на кручение, упругая на изгиб шарнирная муфта (3) в форме дисковой шарнирной муфты в качестве основной части имеет упругий кольцевой диск (4), который на обращенной к зубчатой шарнирной муфте (2) с бочкообразным зубчатым венцом (22) стороне через фланец (15) промежуточного вала жестко соединен с промежуточным валом (5) посредством первого стопорного элемента (26), причем на другой стороне упругого кольцевого диска (4) ступица (14) двигателя посредством своего фланца (18) закреплена диаметрально относительно фланца (15) промежуточного вала при помощи второго стопорного элемента(27).

5. Двойное карданное соединение по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что к шарнирной муфте (2) с бочкообразным зубчатым венцом (22) прикреплен полый вал-шестерня (6) в своей расположенной на торце концевой области (12), причем другая концевая область (13) вала-шестерни остается открытой.

6. Двойное карданное соединение по п.5, отличающееся тем, что промежуточный вал (5) охвачен полым валом-шестерней (6) открытым торцевой областью к жесткой на кручение, упругой на изгиб шарнирной муфте (3).

7. Двойное карданное соединение по п.1, отличающееся тем, что шарнирная муфта (2) с бочкообразным зубчатым венцом (22) замкнуто охвачена сменным стаканом (7).

8. Двойное карданное соединение по п.7, отличающееся тем, что стакан (7) снабжен крышкой (8), которая герметично закрывает втулку (7) относительно ступицы (23) муфты.

9. Двойное карданное соединение по п.1, отличающееся тем, что полый вал-шестерня (6) в направлении жесткой на кручение, упругой на изгиб шарнирной муфты (3) имеет, в зависимости от необходимости, расходящийся или цилиндрический внутренний диаметр (11).

10. Двойное карданное соединение по п.1, отличающееся тем, что расположение обеих шарнирных муфт (2, 3) в их шарнирных плоскостях (20, 21) в области колесных пар выполнено как снаружи, так и внутри этих колесных пар.

РИСУНКИ