Проходной узел коленчатого вала (варианты) и узел для избирательного обеспечения энергии или крутящего момента устройству транспортного средства - RU2368807C1

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к узлу коленчатого вала для избирательного обеспечения крутящего момента, по меньшей мере, одному устройству транспортного средства, с одновременным непрерывным обеспечением крутящего момента, по меньшей мере, одному другому устройству транспортного средства. Более конкретно, изобретение относится к узлу коленчатого вала, имеющему устройство конусного сцепления и проходной воздушный компрессор.

Уровень техники

Из уровня техники хорошо известно применение сцепления для избирательного обеспечения крутящего момента такому устройству транспортного средства, как воздушный компрессор или другому возвратно-поступательное устройству. Каждый из патентов США №4,648,805, 4,632,639 и 4,561,827 (Beaumont) относится к воздушному компрессору, имеющему поршень, приводимый в действие коленчатым валом. Коленчатый вал обеспечивается крутящим моментом многодисковым сцеплением, когда сцепление задействовано. Многодисковое сцепление имеет ведущую часть и ведомую часть. Ведущая часть сцепления обеспечивается крутящим моментом от карданного вала. Поршень воздушного компрессора приводится в действие от коленчатого вала. Воздушный компрессор выключается разъединением сцепления.

Устройства с такой конструкцией, как конструкция согласно Beaumont, или с подобной конструкцией обеспечивают соответствующее средство для избирательного обеспечения энергией единственного устройства транспортного средства. Но вскоре выяснилось, что постоянный крутящий момент, поступающий на ведущую часть сцепления от карданного вала, можно использовать эффективнее. То есть, ведущая часть сцепления и карданный вал постоянно вращаются независимо от положения сцепления - сцепленного или расцепленного. Всякий раз при расцеплении сцепления крутящий момент никак не используется. Одно из решений этой проблемы заключается в использовании непрерывного вращения для обеспечения энергии устройству транспортного средства, которому не требуется избирательное задействование, например - воздушному компрессору. В патенте США №5,497,742 (Plantan) и заявке на патент Великобритании №2176255 (Christmas) описаны устройства, которые используют сцепление и полый коленчатый вал для приведения в действие возвратно-поступательного устройства. Коленчатый вал выполнен полым, и поэтому может вмещать в себе продолжение карданного вала для приведения в действие второго устройства, такого как генератор или насос. Это возвратно-поступательное устройство получает энергию при включении сцепления, но второе устройство получает энергию непрерывно. Оба этих документа раскрывают использование многодискового сцепления.

Устройства упомянутого выше патента и заявки имеют существенными недостатками. Во-первых, использование в них многодискового сцепления усложняет систему и делает ее более дорогостоящей, но при этом снижает ее надежность, делает более трудными установку и техобслуживание системы. Еще один недостаток устройств согласно этому патенту и заявке заключается в том, что демонтаж устройства для техобслуживания или ремонт многодискового сцепления затруднены и занимают много времени ввиду сложности способа сопряжения сцепления устройством с транспортного средства. Этот недостаток усугубляет проблемы усложненности самого сцепления. Поэтому необходимо создать устройство для обеспечения энергией устройств транспортого средства, которое устранит эти недостатки известного уровня техники.

Проблемы, обусловленные конструкцией многодискового сцепления, решались и в некоторой степени облегчались за счет использования систем конусного сцепления. В области механики имеется много примеров систем конусного сцепления. В патенте США №4,226,318 (Morgan) описано конусное сцепление с гидравлическим приводом, представляющее собой общую конструкцию систем конусного сцепления. Это конусное сцепление содержит охватывающий элемент сцепления и охватываемый элемент сцепления. Охватывающий элемент сцепления имеет коническую кольцевую внутреннюю поверхность. Охватываемый элемент сцепления имеет коническую кольцевую внешнюю поверхность, сопрягаемую с внутренней поверхностью охватывающего элемента сцепления. Входной карданный вал, являющийся источником крутящего момента в системе, соединен с охватываемым элементом сцепления. В зависимости от предполагаемого применения системы сцепления охватываемый элемент сцепления выполнен с возможностью введения его в зацепление с охватывающим элементом сцепления или с возможностью отсоединения от него при помощи, например, цилиндрических пружин. Охватывающий элемент сцепления прикреплен к выходному валу или выполнен как единое целое с элементом вала. Поэтому крутящий момент обеспечивается входным карданным валом, который приводит в действие охватываемый элемент сцепления. Когда охватываемый элемент сцепления зацеплен с охватывающим элементом сцепления, т.е. когда кольцевые конические поверхности контактируют, то крутящий момент передается охватывающему элементу сцепления и, поэтому, также выходному валу.

В опубликованной заявке на патент США №2004/0159524 (Carpenter и др.) описано конусное сцепление для использования с воздушным компрессором. Система согласно этому документу имеет охватывающий конический элемент, соединенный с коленчатым валом, и охватываемый конический элемент, соединенный с карданным валом. Коленчатый вал приводит в действие воздушный компрессор. Согласно упомянутой заявке разные узлы можно приводить в действие карданным валом одновременно с воздушным компрессором, если установить их на входном конце карданного вала.

В других документах описаны различные выполнения систем конусного сцепления и усовершенствования этих систем. В патенте США №4,880,407 (Carton-Bacon) описана система конусного сцепления, в которой используется слой фрикционного материала между коническими поверхностями элементов сцепления. В патенте США №4,805,706 (Stone) описано вращательно-ударное устройство, используемое в электродрели, в которой применяется конусное сцепление. В патенте США №6,960,107 (Schaub и др.) описана судовая трансмиссия, в которой конусное сцепление используется для избирательной передачи крутящего момента между зубчатым колесом переднего хода и зубчатым колесом обратного хода. Эти и упомянутые ранее документы включены в данный документ посредством ссылки.

Тем не менее, в данной области техники еще существуют проблемы, связанные с трудностью прикрепления к системе сцепления в устройстве транспортного средства и интегрирования с ней. Из патента №4,648,805 следует, что установка многодискового сцепления представляет собой многоэтапную операцию. Во-первых, узел конической шайбы и элемент сцепления устанавливают в полом элементе сцепления. Затем диски сцепления устанавливают как концевой элемент. Затем узлу конической шайбы придают предварительную нагрузку и концевой элемент закрепляют сваркой. Эту завершенную сборку помещают в картер сцепления. Ведущий входной вал затем пропускают через диски сцепления со шлицами, чтобы зацепить подшипник. Наконец, узел завершают последним подшипником и торцевой заглушкой.

В устройстве согласно заявке Carpenter и др. затруднен доступ к сцеплению для его техобслуживания или ремонта. Если какое-либо устройство транспортного средства должно приводиться в действие карданным валом, в дополнение к воздушному компрессору на входном конце карданного вала согласно этой заявке, то он будет препятствовать доступу к сцеплению. Чтобы осуществить доступ к сцеплению, дополнительное устройство наиболее вероятно окажется на пути к картеру или даже будет установлено на нем.

Патент Plantan и заявка Carpenter имеют еще и тот недостаток, что элементы их сцепления и элементы первого устройства транспортного средства смешанно переходят один в другой. Карданные валы согласно этим документам являются одним целым, проходят через сцепление и коленчатый вал во второе устройство, которому обеспечивается непрерывная энергия. Ввиду такой конструкции ремонт и обслуживание или устройств, или сцепления будет выводить из работы весь узел.

Ремонт, обслуживание или замена конструкций известного уровня техники требуют много времени. Это объясняется не только повышенной сложностью конструкции многодискового сцепления, но также и отсутствием простого межсоединения между системой сцепления и устройством транспортного средства. Поэтому необходимо устройство для привода нескольких устройств транспортных средств, которое будет простым с точки зрения сборки, обслуживания, ремонта и установки. В частности, необходимо устройство с упомянутыми характеристиками и выполненное с возможностью избирательного обеспечения энергией по меньшей мере одного устройства транспортного средства, с одновременным обеспечением непрерывной энергии, по меньшей мере, одного другого устройства транспортного средства.

Сущность изобретения

Цель изобретения заключается в создании узла коленчатого вала, который избирательно обеспечивает крутящий момент первому устройству транспортного средства, при этом непрерывно обеспечивая крутящий момент второму устройству транспортного средства.

Еще одна цель изобретения заключается в создании узла коленчатого вала, который является простым и недорогостоящим в отношении ремонта, установки и обслуживания.

Еще одна цель изобретения заключается в создании узла коленчатого вала, имеющего простое средство соединения с одним или более устройством транспортного средства.

Еще одна цель изобретения заключается в создании узла коленчатого вала, простого и недорогостоящего с точки зрения изготовления.

Упомянутые и прочие цели реализуются осуществлением изобретения, в котором предложен проходной узел коленчатого вала, содержащий: полый коленчатый вал, карданный вал, первое устройство транспортного средства, второе устройство транспортного средства, источник крутящего момента и узел конусного сцепления. Полый коленчатый вал имеет цилиндрическое отверстие, проходящее вдоль его продольной оси. Карданный вал проходит через цилиндрическое отверстие коленчатого вала вдоль оси коленчатого вала. Первое устройство транспортного средства соединено с коленчатым валом и второе устройство транспортного средства соединено с карданным валом. Источник крутящего момента соединен с карданным валом и обеспечивает карданному валу непрерывный крутящий момент. Узел конусного сцепления избирательно передает крутящий момент на коленчатый вал от карданного вала. Узел конусного сцепления содержит охватываемый элемент сцепления, имеющий наружную коническую поверхность трения и соединенный с одним из коленчатого вала или карданного вала, и охватывающий элемент сцепления, имеющий внутреннюю коническую поверхность трения, соединенную с другим из коленчатого вала или карданного вала. Либо охватываемый элемент сцепления, либо охватывающий элемент сцепления выполнены с возможностью перемещения относительно другого либо охватываемого элемента сцепления, либо охватывающего элемента сцепления вдоль оси коленчатого вала и карданного вала между положением зацепления и положением расцепления. В положении зацепления внешняя коническая поверхность трения и внутренняя коническая поверхность трения контактируют друг с другом таким образом, что крутящий момент передается от карданного вала на коленчатый вал. В положении расцепления внешняя коническая поверхность трения и внутренняя коническая поверхность трения не контактируют друг с другом, и при этом крутящий момент не передается от карданного вала коленчатому валу. Узел конусного сцепления выполнен в виде модульного блока, выполненного с возможностью прикрепления к одному из первого устройства транспортного средства или второго устройства транспортного средства.

В некоторых вариантах осуществления охватываемый элемент сцепления соединен с одним из коленчатого вала или карданного вала эвольвентными шлицами. В некоторых вариантах осуществления охватывающий элемент сцепления соединен с одним из коленчатого вала или карданного вала эвольвентными шлицами. В некоторых вариантах осуществления охватывающий элемент сцепления и выходной вал выполнены как одно целое и соединены с другим из коленчатого вала или карданного вала. В некоторых вариантах осуществления карданный вал содержит, по меньшей мере, два элемента вала, один из которых расположен в узле конусного сцепления и выполнен заодно с ним, и соединен с другим элементом вала, который проходит через цилиндрическое отверстие коленчатого вала и соединен со вторым устройством транспортного средства.

В некоторых вариантах осуществления уплотнительный элемент в виде уплотнительного кольца используется между узлом конусного сцепления и одним из первого устройства транспортного средства или второго устройства транспортного средства. В некоторых вариантах осуществления охватываемый элемент сцепления и охватывающий элемент сцепления введены в положение зацепления посредством усилия пружины. В некоторых вариантах осуществления усилие пружины обеспечивается, по меньшей мере, одной цилиндрической пружиной. В некоторых вариантах осуществления охватываемый элемент сцепления и охватывающий элемент сцепления выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга с помощью системы управления сцеплением. В некоторых вариантах осуществления система управления сцеплением выполнена с возможностью обеспечения перемещения охватываемого элемента сцепления или охватывающего элемента сцепления гидравлическими, пневматическими, механическими или электрическими средствами.

В некоторых вариантах осуществления первое устройство транспортного средства представляет собой возвратно-поступательное устройство, и коленчатый вал преобразует крутящий момент в возвратно-поступательное движение для обеспечения энергии первому устройству транспортного средства. В некоторых вариантах осуществления эксцентриковый кулачок, расположенный на коленчатом вале, преобразует крутящий момент в возвратно-поступательное движение. В некоторых вариантах осуществления первое устройство транспортного средства представляет собой воздушный компрессор. В некоторых вариантах осуществления второе устройство транспортного средства представляет собой генератор или насос.

Согласно второму варианту изобретения предложен узел для избирательной подачи энергии, по меньшей мере, одному устройству транспортного средства, при этом непрерывно обеспечивая энергией по меньшей мере одно другое устройство транспортного средства. Узел имеет, по меньшей мере, одно первое устройство транспортного средства, соединенное с коленчатым валом, по меньшей мере, одно второе устройство транспортного средства, соединенное с карданным валом, источник крутящего момента, соединенный с карданным валом, и узел конусного сцепления. Коленчатый вал имеет цилиндрическое отверстие так, что коленчатый вал является по существу полым, и карданный вал проходит через цилиндрическое отверстие коленчатого вала. Узел конусного сцепления содержит охватывающий элемент сцепления, соединенный с коленчатым валом, и охватываемый элемент сцепления, соединенный с карданным валом и выполненный с возможностью перемещения вдоль оси карданного вала. Охватывающий элемент сцепления имеет внутреннюю коническую поверхность, и охватываемый элемент сцепления имеет внешнюю коническую поверхность. Внешняя коническая поверхность обеспечивает по существу сплошной контакт с внутренней конической поверхностью. Узел конусного сцепления имеет состояние зацепления и состояние расцепления. В состоянии зацепления охватываемый элемент сцепления расположен относительно охватывающеего элемента сцепления так, что внешняя коническая поверхность и внутренняя коническая поверхность по существу имеют сплошной контакт друг с другом, обеспечивая передачу крутящего момента от охватываемого элемента сцепления охватывающему элементу сцепления. В состоянии расцепления охватываемый элемент сцепления расположен относительно охватывающего элемента сцепления так, что внешняя коническая поверхность и внутренняя коническая поверхность не контактируют друг с другом. Крутящий момент избирательно передается от источника, по меньшей мере, одному второму устройству транспортного средства через карданный вал, конусное сцепление и коленчатый вал, когда узел конусного сцепления находится в состоянии зацепления. Крутящий момент непрерывно передается от источника, по меньшей мере, одному второму устройству транспортного средства через карданный вал.

В некоторых вариантах осуществления узел конусного сцепления выполнен в виде модульного блока для прикрепления, по меньшей мере, к одному из первого или второго устройства транспортного средства. В некоторых вариантах осуществления уплотнительный элемент в виде уплотнительного кольца используется между узлом конусного сцепления и, по меньшей мере, одним из первого или второго устройства транспортного средства для уплотнения их соединения. В некоторых вариантах осуществления карданный вал имеет, по меньшей мере, два элемента вала, один из которых расположен в узле конусного сцепления и выполнен заодно с ним, и соединен с другим элементом вала, который проходит через цилиндрическое отверстие коленчатого вала и соединен со вторым устройством транспортного средства.

В некоторых вариантах осуществления охватывающий элемент сцепления соединен с коленчатым валом эвольвентными шлицами. В некоторых вариантах осуществления охватываемый элемент сцепления соединен с карданным валом эвольвентными шлицами. В некоторых вариантах осуществления охватывающий элемент сцепления и выходной вал выполнены заодно целое для соединения с коленчатым валом. В некоторых вариантах осуществления узел конусного сцепления введен в состояние зацепления, по меньшей мере, одной цилиндрической пружиной, оказывающей усилие на охватываемый элемент сцепления. В некоторых вариантах осуществления охватываемый элемент сцепления выполнен с возможностью перемещения гидравлическими, пневматическими, механическими или электрическими средствами.

В некоторых вариантах осуществления первое устройство транспортного средства представляет собой возвратно-поступательное устройство, и коленчатый вал преобразует крутящий момент в возвратно-поступательное движение для обеспечения энергии первому устройству транспортного средства. В некоторых вариантах осуществления эксцентриковый кулачок, расположенный на коленчатом вале, преобразует крутящий момент в возвратно-поступательное движение. В некоторых вариантах осуществления первое устройство транспортного средства представляет собой воздушный компрессор. В некоторых вариантах осуществления второе устройство транспортного средства представляет собой генератор или насос.

Согласно третьему варианту изобретения предложен узел для избирательного обеспечения крутящего момента первому устройству транспортного средства, с непрерывным обеспечением крутящего момента второму устройству транспортного средства, содержащий полый цилиндрический коленчатый вал, соединенный с первым устройством транспортного средства, цилиндрический карданный вал, соединенный со вторым устройством транспортного средства, источник крутящего момента, соединенный с карданным валом и обеспечивающий непрерывный крутящий момент второму устройству транспортного средства, и узел конусного сцепления, соединенный с первым устройством транспортного средства. Карданный вал расположен соосно внутри полого коленчатого вала. Узел конусного сцепления содержит охватываемый элемент сцепления, имеющий коническую форму с внешней конической поверхностью. Охватываемый элемент сцепления соединен с карданным валом эвольвентными шлицами для обеспечения перемещения охватываемого элемента сцепления относительно карданного вала вдоль оси карданного вала, при этом предотвращая радиальное перемещение охватываемого элемента сцепления относительно карданного вала. Узел конусного сцепления также содержит охватывающий элемент сцепления, имеющий коническую чашеобразную часть с внутренней конической поверхностью и часть выходного вала, причем коническая чашеобразная часть и часть выходного вала выполнены заодно целое. Часть выходного вала соединена с коленчатым валом эвольвентными шлицами, предотвращая перемещение охватывающего элемента сцепления относительно коленчатого вала. Узел конусного сцепления имеет состояние зацепления, в котором охватываемый элемент сцепления расположен вдоль оси карданного вала так, что внешняя коническая поверхность входит по существу в сплошной контакт с внутренней конической поверхностью охватывающего элемента сцепления, в результате чего крутящий момент передается от карданного вала и охватываемого элемента сцепления охватывающему элементу сцепления и коленчатому валу, тем самым обеспечивая крутящий момент первому устройству транспортного средства.

В некоторых вариантах осуществления узел конусного сцепления выполнен в виде модульного блока. В некоторых вариантах осуществления соединение узла конусного сцепления и первого устройства транспортного средства уплотнено уплотнительным элементом в виде уплотнительного кольца. В некоторых вариантах осуществления карданный вал имеет, по меньшей мере, два элемента вала, один из которых расположен в узле конусного сцепления и выполнен заодно с ним, и соединен с другим элементом вала, который проходит через коленчатый вал и соединен со вторым устройством транспортного средства. В некоторых вариантах осуществления узел конусного сцепления введен в состояние зацепления, по меньшей мере, одной цилиндрической пружиной, оказывающей усилие на охватываемый элемент сцепления. В некоторых вариантах осуществления охватываемый элемент сцепления выполнен с возможностью перемещения гидравлическими, пневматическими, механическими или электрическими средствами.

В некоторых вариантах осуществления первое устройство транспортного средства представляет собой возвратно-поступательным устройство, и коленчатый вал преобразует крутящий момент в возвратно-поступательное движение для обеспечения энергии первому устройству транспортного средства. В некоторых вариантах осуществления эксцентриковый кулачок, расположенный на коленчатом вале, преобразует крутящий момент в возвратно-поступательное движение. В некоторых вариантах осуществления первое устройство транспортного средства представляет собой воздушный компрессор. В некоторых вариантах осуществления второе устройство транспортного средства представляет собой генератор или насос.

Согласно еще одному варианту изобретения предложен проходной узел коленчатого вала, содержащий возвратно-поступательное устройство транспортного средства, полый коленчатый вал, соединенный с возвратно-поступательным устройством транспортного средства эксцентриковым кулачком, расположенным на коленчатом вале, карданный вал, расположенный в коленчатом вале и соединенный со вторым устройством транспортного средства, источник крутящего момента, узел конусного сцепления, установленный на возвратно-поступательном устройстве транспортного средства, и систему управления сцеплением. Узел конусного сцепления содержит охватывающий элемент сцепления, который имеет коническую форму, при этом он имеет внутреннюю коническую поверхность и соединен с коленчатым валом эвольвентными шлицами, охватываемый элемент сцепления конической формы, имеющий внешнюю коническую поверхность и соединенный с переходником вала эвольвентными шлицами, при этом охватываемый элемент сцепления выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении вдоль переходника вала, а переходник вала соединен с карданным валом эвольвентными шлицами, и соединен с источником. Узел конусного сцепления имеет состояние зацепления, в котором внешняя коническая поверхность находится по существу в сплошном контакте с внутренней конической поверхностью, и крутящий момент передается от охватываемого элемента сцепления охватывающему элементу сцепления, и состояние расцепления, в котором внешняя коническая поверхность не контактирует с внутренней конической поверхностью. Система управления сцеплением выполнена с возможностью обеспечения перемещения охватываемого элемента сцепления. Крутящий момент непрерывно передается от источника переходнику вала, охватываемому элементу сцепления, карданному валу и второму устройству транспортного средства. Крутящий момент избирательно передается от источника охватывающему элементу сцепления, коленчатому валу и возвратно-поступательному устройству транспортного средства через переходник карданного вала и охватываемый элемент сцепления, когда сцепление находится в состоянии зацепления.

В некоторых вариантах осуществления охватываемый элемент сцепления введен в контакт с охватывающим элементом сцепления усилием пружины. В некоторых вариантах осуществления усилие пружины обеспечено, по меньшей мере, одной цилиндрической пружиной. В некоторых вариантах осуществления узел конусного сцепления выполнен в виде модульного блока. В некоторых вариантах осуществления соединение между узлом конусного сцепления и первым устройством транспортного средства уплотнено уплотнительным элементом в виде уплотнительного кольца. В некоторых вариантах осуществления система управления сцеплением является гидравлической, пневматической, механической или электрической.

Другие объекты и признаки изобретения, помимо вышеизложенных, будут очевидными из приведенного ниже подробного описания и прилагаемых чертежей.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой продольное поперечное сечение варианта осуществления изобретения.

Фиг.2 представляет собой вид в перспективе в поперечном сечении варианта осуществления изобретения.

Фиг.3 представляет собой вид в перспективе варианта осуществления изобретения.

Подробное описание изобретения

Вариант осуществление изобретения описан ниже со ссылкой на Фиг.1-3, на которых аналогичные ссылочные позиции обозначают аналогичные элементы. На Фиг.1 показан вид в продольном поперечном сечении узла 10 коленчатого вала, имеющего ближнюю часть 20 и дальнюю часть 21. На Фиг.2 показан вид в перспективе в поперечном сечении узла 10 коленчатого вала, которое нагляднее показывает некоторые элементы узла 10 коленчатого вала.

Узел 10 коленчатого вала включает в себя первое устройство транспортного средства, в данном случае - воздушный компрессор 12, конусное сцепление 11, коленчатый вал 13, карданный вал 14 и источник 15 крутящего момента.

Коленчатый вал 13 имеет цилиндрическое отверстие вдоль его продольной оси, и поэтому коленчатый вал по существу полый. Карданный вал 14 распложен внутри цилиндрического отверстия коленчатого вала 13 и выступает как из ближнего конца, так и из дальнего конца коленчатого вала 13. Коленчатый вал 13 и карданный вал 14 выполнены таким образом, что оба могут вращаться независимо друг от друга при приложении вращательного усилия. Коленчатый вал 13 опирается, с возможностью его вращения, на шарикоподшипники 16. На Фиг.1 наглядно показано, что согласно описываемому варианту осуществления коленчатый вал 13 имеет эксцентриковый кулачок 19, расположенный вблизи центра продольной оси коленчатого вала 13. Кулачок 19 круглый, но имеет эксцентриситет по отношению к коленчатому валу 13, и поэтому кулачок 19 выглядит движущимся вверх и вниз при вращении коленчатого вала 13. Кулачок 19 поэтому представляет собой эксцентрик.

Согласно многим вариантам осуществлением настоящего изобретения первое устройство транспортного средства представляет собой такое возвратно-поступательное устройство, как воздушный компрессор. Воздушный компрессор 12 согласно Фиг.1 имеет поршень 17, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения внутри цилиндра 18 компрессора. Поршень 17 соединен с эксцентриковым кулачком 19, и поэтому при вращении коленчатого вала 13 эксцентриковый кулачок 19 перемещается вверх и вниз и перемещает поршень 17 внутри цилиндра 18 вверх и вниз. Таким образом, воздушный компрессор образует сжатый воздух. Во многих вариантах осуществления настоящего изобретения с коленчатым валом 13 можно соединить не одно устройство транспортного средства и за счет этого обеспечить этим устройствам транспортного средства крутящий момент. Например, длину коленчатого вала 13 можно увеличить для размещения дополнительных эксцентриковых кулачков, подобных кулачку 19. Эти и похожие видоизменения будут очевидны специалистам в данной области техники.

На дальнем конце карданного вала 14 установлен ведущий шкив 22. Ведущий шкив 22 подает крутящий момент второму устройству транспортного средства, который на чертежах не показан. Вторым устройством транспортного средства может быть любое устройство транспортного средства, использующее крутящий момент. Примеры этих устройств транспортных средств включают в себя генераторы и насосы. Ведущий шкив 22 имеет на своей внешней радиальной поверхности зубья 24. Зубья 24 зацепляют зубья на ведущем шкиве (не показаны) второго устройства транспортного средства, в результате чего крутящий момент передается от карданного вала 14 второму устройству транспортного средства. В других вариантах осуществления можно использовать другие средства для передачи крутящего момента второму устройству транспортного средства, например, механизм ременной передачи или шлицы, выполненные на ведущих шкивах. В некоторых вариантах осуществления вторым устройством транспортного средства может быть возвратно-поступательное устройство. В этих вариантах осуществления ведущим шкивом 22 может быть эксцентриковый кулачок, аналогичный кулачку 19. Во многих вариантах осуществления изобретения карданный вал может различными средствами передавать крутящий момент нескольким вторым устройствам транспортного средства при помощи разных средств. Например, дальний конец карданного вала 14 можно продлить в продольном направлении для размещения ведущих шкивов 22 в количестве больше одного. Эти видоизменения специалистам в данной области техники будут очевидными.

На чертежах также показано, что конусное сцепление 11 установлено на ближней стороне воздушного компрессора 12. Конусное сцепление 11 установлено на воздушном компрессоре 12 крепежными винтами 26. Соединение между конусным сцеплением 11 и воздушным компрессором 12 уплотнено уплотнением 27 в виде уплотнительного кольца. Уплотнительное кольцо 27 исключает сообщение между внутренней поверхностью конусного сцепления 11 и воздушного компрессора 12 с внешней средой.

Конусное сцепление 11 содержит охватывающий элемент сцепления 28 и охватываемый элемент 29 сцепления. Оба элемента 28 и 29 сцепления имеют по существу кольцевую форму, и они соосны друг с другом, и с коленчатым валом 13, и карданным валом 14. Оба элемента 28 и 29 также имеют кольцевую коническую поверхность. Охватывающий элемент 28 сцепления имеет внутреннюю коническую поверхность 30, и охватываемый элемент 29 сцепления имеет внешнюю коническую поверхность 31. Конические поверхности обоих элементов сцепления являются взаимно соответствующими, т.е. они выполнены таким образом, что по существу вся их соответствующая площадь поверхности контактирует, когда эти элементы сцепления вводят в контакт друг с другом.

Согласно Фиг.1 и 2 охватывающий элемент 28 сцепления имеет кольцевую часть 32 вала, действующую в качестве выходного вала. Охватывающий элемент 28 сцепления выполнен заодно целое, т.е. часть, имеющая внутреннюю коническую поверхность 30, и часть 32 вала являются цельной деталью. Часть 32 вала имеет эвольвентные шлицы 33а на своем внутреннем диметре, которые соединяются с эвольвентными шлицами 33b на ближнем конце коленчатого вала 13. Эвольвентные шлицы 33 не дают охватывающему элементу 28 сцепления вращаться относительно коленчатого вала 13 и обеспечивают передачу крутящего момента от охватывающего элемента 28 сцепления коленчатому валу 13. Эвольвентные шлицы 33 показаны на Фиг.2. В данном описании термин «эвольвентные шлицы» имеет обычное для данной области техники значение. Термин «эвольвентные шлицы» означает не прямые шлицы, а шлицы искривленного профиля, как показано на Фиг.2.

В показанном на чертежах варианте осуществления не обеспечено перемещение охватывающего элемента сцепления 28 по оси карданного вала 14 и коленчатого вала 13, а обеспечено вращение вокруг этой оси. Подшипники 36 являются опорой охватывающего элемента 28 сцепления.

Конусное сцепление 11 имеет переходник 35 карданного вала, который соосен с карданным валом 14 и соединен с ним. Охватываемый элемент 29 сцепления установлен на переходнике 35 карданного вала. Переходник 35 карданного вала имеет соединительную часть 37 для соединения с карданным валом 14. Соединительная часть 37 имеет эвольвентные шлицы 38а, выполненные на внутренней кольцевой поверхности, сопрягаемой с эвольвентными шлицами 38b, выполненными на ближнем конце карданного вала 14. При этом эвольвентные шлицы 38 предотвращают вращение переходника 35 карданного вала относительно карданного вала 14 и обеспечивают передачу крутящего момента между этими двумя устройствами. Эвольвентные шлицы 38 показаны на Фиг.2.

В описанном варианте осуществления используют эвольвентные шлицы для соединения конусного сцепления 11 с коленчатым валом 13 и карданным валом 14. Эвольвентные шлицы являются предпочтительным соединительным средством, но возможно также использование и других соединительных средств. Системы с эвольвентными шлицами с точки зрения установки намного проще других систем, таких как шпоночные системы. В шпоночной системе одношпоночный элемент, выполненный на одном из соединяемых элементов, расположен в соответствующем гнезде шпонки, на котором соединяется другой элемент. В шпоночной системе соединяемые устройства должны располагаться в определенном направлении для центрировки шпоночного элемента с гнездом шпонки. Но системы 38 и 33, использующие эвольвентные шлицы, можно соединить безотносительно их направления, поскольку шлицы равномерно распределены вокруг оси соединительных элементов на вводимых в контакт поверхностях. Эта конструкция намного облегчает установку узла 11 конусного сцепления.

Охватываемый элемент 29 сцепления установлен на части 39 вала переходника 35 карданного вала. Часть 39 вала имеет эвольвентные шлицы 40а, выполненные на ее внешней поверхности. Эвольвентные шлицы 40а проходят по длине части 39 вала переходника 35 карданного вала. Охватываемый элемент сцепления 29 имеет эвольвентные шлицы 40b, выполненные на внутренней кольцевой поверхности, сопрягаемой с эвольвентными шлицами 40а части 39 вала. Часть 39 вала имеет размеры, обеспечивающие скольжение охватываемому элементу сцепления 29 в осевом направлении по длине части 39 вала до заданного предела. Но эвольвентные шлицы 40 предотвращают вращение охватываемого элемента 29 сцепления и части 39 вала относительно друг друга и обеспечивают передачу крутящего момента между этими двумя деталями. Эвольвентные шлицы 40 показаны на Фиг.2. Ближний конец переходника 35 карданного вала соединен с источником 15 крутящего момента. В зависимости от конкретного варианта осуществления соединение можно осуществить шлицами, зубчатыми колесами или ремнями. Источником может быть, например, двигатель транспортного средства. В соответствии с приводимым ниже подробным описанием источник обеспечивает крутящий момент всему узлу 10 коленчатого вала.

В показанных на чертежах вариантах осуществления на охватываемый элемент 29 сцепления действует усилие пружины, перемещая его в направлении дальнего конца. Усилие пружины обеспечивается цилиндрическими пружинами 41, расположенными в цилиндрических углублениях 42, выполненных на ближней стороне охватываемого элемента 29 сцепления. Охватываемый элемент 29 сцепления за счет этого вводится в контакт с охватывающим элементом 28 сцепления под усилием пружины, оказываемым цилиндрическими пружинами 42, в результате чего конусное сцепление 11 находится в состоянии зацепления. Когда конусное сцепление 11 находится в состоянии зацепления, согласно Фиг.1 и 2, то охватываемый элемент 29 сцепления расположен относительно охватывающего элемента 28 сцепления таким образом, что внутренняя коническая поверхность 30 и внешняя коническая поверхность 31 находятся в сплошном контакте друг с другом. Когда между этими поверхностями имеется по существу сплошной контакт, то крутящий момент передается от охватываемого элемента 29 сцепления охватывающему элементу 28 сцепления.

Конусное сцепление 11 также включает в себя систему 51 управления сцеплением для отсоединения охватываемого элемента 29 сцепления от охватывающего элемента 28 сцепления. Охватываемый элемент 29 сцепления имеет кольцевую кромку 43 на своем ближнем конце, который имеет обращенную к дальнему концу поверхность 44. Поверхность 44 контактирует с поршнями 45, находящимися внутри цилиндров 46 и расположенными через равные интервалы вокруг диаметра охватываемого элемента 29 сцепления. Поршни 45 используются для приложения усилия к охватываемому элементу 29 сцепления, достаточного для преодоления усилия пружины цилиндрических пружин 41 и для перемещения охватываемого элемента 29 сцепления от охватывающего элемента 28 сцепления. В показанном на чертежах варианте осуществления система 51 управления сцеплением является пневматической, и показано одно впускное отверстии 47, по которому поступает давление воздуха, толкающее поршни 45. Но конусное сцепление 11 может содержать и несколько впускных отверстий 47. В других вариантах осуществления аналогичным способом можно использовать гидравлическую, механическую или электрическую систему управления сцеплением. Действие системы 51 управления сцеплением может следовать командам компьютера, осуществляющего управление работой систем транспортного средства, командам оператора или других средств.

Конусное сцепление 11 имеет торцевую заглушку 48 на своем ближнем конце для закрепления его элементов в картере 49. Торцевая заглушка 48 установлена на винтах на картере 49 и имеет отверстие для соединения переходника 35 карданного вала и источника 15 друг с другом.

На Фиг.1, 2 и 3 показан один важный аспект конусного сцепления 11 согласно описываемому варианту осуществления. В целях более легкой установки, ремонта и обслуживания узла сцепления конусное сцепление 11 выполнено в виде по существу автономного модульного блока. Эта особенность обеспечена за счет того, что конусное сцепление 11 имеет общепринятые средства крепления, такие как винты, используемые в описываемом варианте осуществления. Кроме того, конусное сцепление 11 должно иметь простые средства для соединения своих рабочих элементов, т.е. части 32 вала охватывающего элемента 28 сцепления и переходника 35 карданного вала, с рабочими элементами устройства транспортного средства, такими как коленчатый вал 13 и карданный вал 14. Вариант осуществления согласно Фиг.1, 2 и 3 реализует это при помощи эвольвентных шлицев, которые соединяются относительно легко. Конусное сцепление 11 привинчено к воздушному компрессору 12, но его также можно прикрепить к другим устройствам и использовать с ними.

Аспект модульности конусного сцепления 11 также заключается в использовании переходника 35 карданного вала, который разделяет активный карданный вал на два элемента. Термин «активный карданный вал» означает средство для передачи крутящего момента от источника 15 в систему. Как описано выше, во многих устройствах известного уровня техники карданный вал представляет собой цельную деталь, которая проходит и через узел сцепления, и через первое устройство транспортного средства. В варианте осуществления, показанном на чертеже, активный действительный карданный вал состоит из переходника 35 карданного вала, который является частью узла 11 конусного сцепления, и из карданного вала 14, который является частью воздушного компрессора 12. За счет этой особенности облегчается снятие сцепления для работы либо на самом сцеплении, либо на первом устройстве транспортного средства. Двусоставной активный карданный вал в сочетании с простым средством применения эвольвентных шлицев для осуществления соединения между конусным сцеплением 11 и устройством транспортного средства облегчает использование компрессора 12 с другими блоками сцепления или использование конусного сцепления с другими устройствами транспортного средства. Если необходимо снять конусное сцепление 11, то его просто отвинчивают и заменяют на аналогичное.

На Фиг.3 показан вид в перспективе внешних поверхностей узла 10 коленчатого вала, показанного на Фиг.1 и 2. Показано, что узел 11 конусного сцепления привинчен к первому устройству транспортного средства, воздушному компрессору 12, винтами 26. Ведущий шкив 22 виден через отверстие в картере 52 и также видны выполненные на нем зубья 24. Также показан эксцентриковый кулачок 19. На Фиг.3 показан альтернативный вид впускного отверстия 47, которое является частью системы 51 управления сцеплением. Отверстие 50 также показано на Фиг.3.

Ниже приводится описание типичных средств реализации варианта осуществления, показанного на чертежах. Сначала работа системы будет описана в отношении состояния зацепления конусного сцепления 11. В варианте осуществления, показанном на чертежах и описываемом выше, состояние зацепления является обычным состоянием по умолчанию, занимаемым под действием охватываемого элемента 29 сцепления, принуждаемого к действию цилиндрическими пружинами 41. В состоянии зацепления система 51 управления сцеплением оказывает достаточное усилие на поршни 45 для того, чтобы преодолеть усилие пружины цилиндрических пружин 41, и поэтому охватываемый элемент 29 сцепления вводится по существу в сплошной контакт с охватывающим элементом 28 сцепления. Источник 15 обеспечивает непрерывный крутящий момент переходнику 35 карданного вала. Поэтому охватываемый элемент 29 сцепления, карданный вал 14, ведущий шкив 22 и второе устройство транспортного средства получают непрерывный крутящий момент. Поэтому, когда охватываемый элемент 29 сцепления контактирует с охватывающим элементом 28 сцепления, то крутящий момент передается охватывающему элементу 28 сцепления. Охватывающий элемент 28 сцепления в свою очередь передает крутящий момент коленчатому валу 13, который приводит в действие компрессор 12. Поэтому воздушный компрессор 12 можно избирательно обеспечивать крутящим моментом путем зацепления узла 11 конусного сцепления, и при этом второе устройство транспортного средства непрерывно получает крутящий момент.

Воздушный компрессор 12 можно выключать выведением конусного сцепления 11 в его состояние расцепления. Непрерывный крутящий момент еще поступает на ведущий шкив 22 и поэтому во второе устройство транспортного средства. Охватываемый элемент 29 сцепления скользит в осевом направлении по эвольвентным шлицам 40 переходника 35 карданного вала, подчиняясь системе 51 управления сцеплением, которая использует впускные отверстия 47, поршни 45 и цилиндры 46 для преодоления усилия пружины, создаваемого цилиндрическими пружинами 41, путем повышения давления воздуха в системе 51 управления сцеплением. За счет этого конусное сцепление 11 входит в состояние зацепления, в котором охватываемый элемент 29 сцепления расположен таким образом, что его внешняя коническая поверхность 31 не контактирует с внутренней конической поверхностью 30 охватывающего элемента 28 сцепления. В состоянии расцепления охватывающий элемент 28 сцепления не получает крутящий момент от охватываемого элемента 29 сцепления, и поэтому коленчатый вал 13 не вращается, и воздушный компрессор 12 не действует. Как упомянуто выше, работой системы 51 управления сцеплением может управлять компьютер управления системой транспортного средства или другие средства.

Вариант осуществления изобретения согласно Фиг.1-3 обеспечивает узел для избирательного обеспечения энергии по меньшей мере для одного устройства транспортного средства, с одновременным обеспечением энергии по меньшей мере одному другому устройству транспортного средства. Удобство ремонта, обслуживания и замены устройств этого узла также значительно увеличено благодаря модульной конструкции узла конусного сцепления и использованию таких простых средств соединения элементов, как эвольвентные шлицы.

Изобретение изложено со ссылкой на конкретное расположение элементов, деталей и т.п., но оно не исчерпывает всех возможных расположений или деталей и специалисту в данной области техники будут очевидны многие другие модификации и изменения.

Реферат

Устройство относится к области машиностроения для соединения компрессоров и других устройств с транспортным средством. Проходной узел коленчатого вала избирательно обеспечивает крутящий момент устройству транспортного средства с одновременным обеспечением крутящего момента второму устройству транспортного средства. Крутящий момент обеспечивается избирательно при помощи узла конусного сцепления, который является модульным. Узел конусного сцепления обеспечивает энергию первому устройству транспортного средства, когда он находится в состоянии зацепления. Первое устройство транспортного средства выключается при введении узла конусного сцепления в состояние расцепления при помощи системы управления сцеплением. Обеспечивается простота конструкции в отношении ремонта, установки и обслуживания. Упрощено соединение с одним или более устройствами транспортного средства. 4 н. и 39 з.п.ф-лы, 3 ил.

Формула