Смазочное устройство колесного редуктора ведущего моста

Смазочное устройство колесного редуктора ведущего моста

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано на транспортных средствах оснащенных ведущими мостами в том числе и в портальной компоновке.

Требования, предъявляемые к современным городским транспортным средствам для массовых перевозок, могут быть удовлетворены только посредством автобусов и троллейбусов, собранных на мостах с портальной компоновкой. Использование этих транспортных средств с низким полом часто является обязательным в целях обеспечения легкого входа-выхода, особенно для людей с физическими недостатками. Эти транспортные средства имеют усиленную конструкцию крыши и низкий пол по всей длине транспортного средства, а также приводные агрегаты, располагаемые либо в задней части транспортного средства, имеющего продольный двигатель, отодвинутый в сторону, либо электроприводы под каждое ведущее колесо с электродвигателями, установленными в картерах колесного редуктора портального моста.

Известно устройство смазки колесного редуктора ведущего портального моста транспортных средств с низким полом [1], относящееся к картерному типу смазки. Оно содержит емкость циркуляционного масла, которая размещена в донной части картера однопарного согласующего редуктора, погруженную в масло ведущую шестерню, находящуюся в постоянном зацеплении с ведомым зубчатым колесом. Недостатком такого устройства смазки колесного редуктора ведущего портального моста является ограниченный диапазон рабочих оборотов входного вала редуктора из-за снижения уровня смазки в картере при разбрызгивании масла ведущей шестерней, когда ее обороты становятся выше номинальных. Кроме этого невозможна длительная работа редуктора в тяговом режиме на оборотах входного вала выше номинальных вследствие недостаточного отведения тепла и снижения КПД передачи. Все это вызывает повышенный расход топлива из-за потерь мощности в колесном редукторе.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является смазочное устройство колесного редуктора ведущего портального моста [2]. Смазочное устройство колесного редуктора ведущего портального моста содержащее емкость циркуляционного масла, размещенную в донной части его картера и установленную с возможностью погружения в нее ведущей шестерни колесного редуктора, находящейся в постоянном зацеплении с ведомым зубчатым колесом колесного редуктора. При этом смазочные устройства планетарного и колесного редукторов портального моста с внутренним двухпарным зацеплением ведущей шестерни и ведомого зубчатого колеса имеют общую емкость циркуляционного масла.

Недостатком известного устройства является недостаточный объем емкость циркуляционного масла и большие потери на перемешивание масла и как следствие снижение КПД передачи при оборотах входного вала выше номинальных, что снижает эффективность его работы в режиме максимальной мощности. Кроме того, работа смазочного устройства колесного редуктора известного портального моста полностью зависит от скорости вращения приводного вала электродвигателя, из-за чего не удается удерживать в заданном диапазоне высоту и объем масла в емкости циркуляционного масла. Это в свою очередь резко снижает надежность портального моста.

Задача изобретения - создание смазочного устройства, позволяющего повысить КПД передачи и надежность работы колесного редуктора ведущего моста в портальной компоновке на различных режимах его эксплуатации, в том числе и тяговом режиме.

Поставленная задача достигается тем, что смазочное устройство колесного редуктора ведущего моста содержащее емкость циркуляционного масла, размещенную в донной части его картера и установленную с возможностью погружения в нее ведущей шестерни колесного редуктора, находящейся в постоянном зацеплении с ведомым зубчатым колесом колесного редуктора и согласно изобретению в него введены первый и второй ультразвуковые масляные насосы, входные каналы которых соединены с емкостью, выходные каналы первого упомянутого насоса подведены к коническим подшипникам колесного редуктора ведущего моста, а выходные каналы второго упомянутого насоса подведены к упомянутым ведущей шестерни и ведомому зубчатому колесу. Ультразвуковые масляные насосы обеспечивают необходимое давление масла в маслопроводах независимо от колебания уровня и объема масла в емкости картера (в заданном диапазоне), вызываемые изменениями скорости вращения приводного вала.

Первый и второй ультразвуковые насосы имеют общий генератор ультразвуковых волн, электрически связанный своим входом с бортовой сетью транспортного средства, установленный на внешней поверхности картера колесного редуктора и излучатель, установленный в донной части емкости циркуляционного масла и электрически связанный своим входом с выходом генератора. Это позволяет создать в масле поле переменного давления, в нашем случае, ультразвуковое поле как первое необходимое условие для проявления и запуска ультразвукового капиллярного эффекта.

Входные и выходные каналы первого ультразвукового насоса представляют собой гребенку капиллярных маслопроводов, закрепленную на борту картера. Второй ультразвуковой насос содержит шестерню смазки, установленную на оси между втулками с пазами для подводки смазки с возможностью постоянного зацепления с ведущей шестерней. Входные и выходные каналы второго ультразвукового насоса представляют собой капиллярные маслопроводы радиально расположенные в телах втулок, жестко прикрепленных к боковым поверхностям шестерни смазки. Число зубьев шестерни смазки больше числа зубьев ведущей шестерни. Так обеспечено второе необходимое условие для проявления и запуска ультразвукового капиллярного эффекта.

Излучатель установлен в донной части емкости циркуляционного масла, рабочая поверхность излучателя расположена непосредственно под входными отверстиями гребенки капиллярного маслопровода и зубцами шестерни смазки. Тем самым создается развитая кавитация, запускается ультразвуковой капиллярный эффект и как их следствие - начинают работать оба ультразвуковых насоса, обеспечивая постоянное ультразвуковое давление в гребенке капиллярных маслопроводов и капиллярных маслопроводов втулок, закрепленных на шестерне смазки.

На фиг.1 - принципиальная схема смазочного устройства колесного редуктора ведущего моста для выполнения изобретения.

На фиг.2 - представлена схема смазочного устройства колесного редуктора ведущего моста в поперечном разрезе.

На фиг.3 - представлена в аксонометрической проекции шестерня смазки к боковым поверхностям которой жестко прикреплены втулки и схема расположения капиллярных маслопроводов в ней.

На фиг.4 представлена схема в поперечном разрезе по В-В боковой втулки на фиг.3.

На фиг.5 представлена принципиальная схема первого ультразвукового насоса и как схема установки для наблюдения за проявлением ультразвукового капиллярного эффекта.

Смазочное устройство колесного редуктора ведущего моста содержащее емкость 1 циркуляционного масла, размещенную в донной части его картера, погруженную в масло 2 ведущую 3 шестерню, находящуюся в постоянном зацеплении с ведомым 4 зубчатым колесом, первый 5 и второй 6 ультразвуковые масляные насосы, входные каналы 7 которых соединены с емкостью 1, выходные каналы 8 первого 5 упомянутого насоса подведены к коническим подшипникам 9 колесного редуктора, а выходные каналы 10 второго 6 упомянутого насоса подведены к местам зацепления ведущей 3 шестерни и ведомого 4 зубчатого колеса колесного редуктора. Первый 5 и второй 6 ультразвуковые насосы имеют общий генератор 11 ультразвуковых волн, электрически связанный своим входом с бортовой сетью 12 транспортного средства, установленный на внешней поверхности картера колесного редуктора и излучатель 13, установленный в донной части емкости 1 циркуляционного масла и электрически связанный своим входом с выходом генератора 11. Входные 7 и выходные 8 каналы первого 5 ультразвукового насоса представляют собой гребенку 14 капиллярных маслопроводов, закрепленную на борту картера. Второй 6 ультразвуковой насос содержит шестерню 15 смазки которая имеет постоянное зацепление с ведущей 3 шестерней, установлена на подшипнике на собственной оси 16, которая закреплена на бортах картера, расположена ниже оси приводного вала 17 ведущей шестерни 3 и удерживается от осевого перемещения втулками, имеющими пазы для подводки смазки. Число зубьев шестерни 15 смазки больше числа зубьев ведущей 3 шестерни. Входные 7 и выходные 10 каналы второго 6 ультразвукового насоса представляют собой капиллярные 18 маслопроводы радиально расположенные в телах втулок 19, жестко прикрепленных к боковым поверхностям шестерни 15 смазки. Излучатель 13 установлен в донной части емкости 1 циркуляционного масла, рабочая поверхность излучателя 13 расположена непосредственно под входными отверстиями гребенки 14 капиллярного маслопровода и зубцами шестерни 15 смазки. Ведомое 4 зубчатое колесо жестко установлено на валу 20 полуоси колесного планетарного редуктора ведущего портального моста.

Смазочная система колесного редуктора ведущего моста на фиг.1 и фиг.2 работает следующим образом. Масло 2 предварительно или во время технического обслуживания (ТО) заливают до оптимального уровня в емкость 1 картера колесного редуктора. После этого смазочное устройство готово к работе. Начинает оно работать при подаче электроэнергии на генератор 11 ультразвуковых волн от бортовой сети 12 транспортного средства. При этом излучатель 13 оказывает на масло ультразвуковое давление. Ультразвуковые волны, лежащие в диапазоне частот от 21 до 35 кГц, проникают и распространяются в масле емкости 1. Поскольку зазор между поверхностью излучателя 13 и входными отверстиями гребенки капилляров 14 и капиллярных 18 маслопроводов втулок 19 очень мал (меньше 0,5 мм), то в этой зоне образуется развитая кавитационная область, которая скачкообразно увеличивает концентрацию кавитационных пузырьков и запускает в действие ультразвуковой капиллярный эффект [3]. Уровень 21 (Н_ультр на фиг.5) на который поднимается жидкость в капиллярах не зависит от конфигурации каналов масляной магистрали по которой они уложены, а определяется только величиной (длиной) подъема жидкости в капилляре Н_ультр под действием ультразвукового капиллярного эффекта. Скорость подъема масла по капиллярам резко возрастает, оно поднимается на максимально заданный уровень 21, равный Н_ультр и продолжает оставаться на этом уровне до тех пор, пака не отключат ультразвуковой генератор 11. Так как длина капиллярных каналов гребенки 14 меньше уровня 21, как показано на фиг.5, то возникшее в них давление вызывает интенсивное прокачивание масла по капиллярным каналам, как показано на фиг.2, проложенным в упомянутой емкости 1 картере и обеспечивает его смазку. Масло поступает к коническим подшипникам 9 и к местам зубчатого зацепления ведущей 3 шестерни с ведомым 4 колесом. Отработавшее в колесном редукторе ведущего портального моста масло возвращается 23 (стекает) в емкость 1 донной части его картера завершая круг циркуляции при ультразвуковом давлении.

В различных режимах работы ведущего моста, таких как первичный пуск электродвигателя, номинальный и промежуточные переходные режимы (включая тяговый режим и режим торможения) система смазки колесного редуктора будет работать следующим образом. Вращательное движение, получаемое от вала электродвигателя через ведущую 3 шестерню и ведомое 4 колесо передается валу 20 полуоси коленного планетарного редуктора ведущего привода. При этом крутящий момент передается непосредственно к ободу колеса транспортного средства (на фиг.1-2 не показано). Поскольку генератор 11 ультразвуковых волн активизирован, то круг циркуляции масла при ультразвуковом давлении в емкости 1 картера будет продолжаться до тех пор, пока не отключат бортовую 12 электросеть. Так как частота вращение шестерни 15 смазки на два порядка ниже частоты генератора 11 ультразвуковых волн, то такое медленное перемещение капиллярных маслопроводов 18 в зоне развитого кавитационного эффекта не повлияет на процесс ультразвуковой прокачки масла через капиллярные маслопроводы 18 втулок 19, прикрепленных к упомянутой выше шестерне 15. Масло будет свободно проходить через капиллярные маслопроводы гребенки 14 и втулок 19 и вместе с быстровращающимися деталями колесного редуктора ведущего моста разбрызгиваться в его пространстве (фиг.2).

Ультразвуковой капиллярный эффект - явление увеличения глубины и скорости проникновения жидкости в капиллярные каналы под действием ультразвука (по сравнению с глубиной и скоростью, обусловленными только капиллярными силами). Открытие ультразвукового капиллярного эффекта принадлежит белорусскому ученому академику Е.Г. Коновалову. В Государственном реестре открытий СССР оно зарегистрировано под №109 с приоритетом от 6 мая 1962 г. Суть явления проще всего понять на следующем опыте, схема которого представлена на фиг.5. Если капилляр гребенки 14 погрузить в жидкость 2, то под действием капиллярных сил жидкость поднимется на высоту 22 равную Н₀. Если в жидкость на дно емкости 1 поместить излучатель 13 ультразвуковых колебаний, подключить к нему генератор 11 ультразвуковых волн и активизировать его, то высота и скорость подъема будут в десятки и сотни раз превосходить величину 22 (Н₀₎, а высота подъема 21 (Н_ультр) может достигать 10-15 м.

Экспериментально и теоретически доказано [3], что в основе эффекта лежит явление кавитации. Поэтому, чтобы создать условия для проявления ультразвукового капиллярного эффекта, надо вызвать развитую кавитацию на входе в капилляры гребенки 14 и входе в капиллярные маслопроводы 18 втулок 19. Интенсивности подъема смазочного жидкости в капиллярном маслопроводе способствует уменьшение размеров молекул и частиц в смазочной жидкости (обратимая деполимеризация и диспергирование) вызываемое ультразвуковым капиллярным эффектом, ускоренной диффузией, уменьшением вязкости масла и величины поверхностного натяжения его в капилляре.

Кавитация представляет собой явление образования, роста и захлопывания несплошностей (пузырьков) в жидкости в поле переменного давления. Как известно, даже в довольно чистых жидкостях всегда имеются инородные примеси: микроскопические пузырьки воздуха, частицы твердых тел, газовые включения в микродефектах на поверхности твердых тел и стенках сосудов. Инородные тела являются обычно зародышами кавитации. Прочность жидкости в таких местах ослаблена и под действием растягивающих напряжений в поле переменного давления, в нашем случае, в ультразвуковом поле, жидкость может «разорваться». При этом зародыши кавитации теряют устойчивость, начинают быстро расти и захлопываться. Появление развитой кавитации в смазывающей жидкости вызывает ультразвуковой капиллярный эффект, который, по существу, представляет собой новый тип однонапрвленных потоков, отличающихся от известных аномально большой скоростью и тем, что он возникает в капиллярных каналах.

Эффективность работы смазочного устройства колесного редуктора ведущего моста повышает КПД передачи и надежность работы колесного редуктора на различных режимах его эксплуатации, в том числе и тяговом режиме. Она повысилась в первую очередь за счет того, что масло по капиллярным маслопроводам подается в необходимые для смазки редуктора места под оптимальным ультразвуковым давлением не зависимым от режима работы приводного вала, так как генератор ультразвуковых волн запитан от бортовой сети, включается и выключается водителем транспортного средства. Во вторую очередь это происходит за счет сочетания двух способов смазки трущихся пар механических конструкций в одном устройстве - колесном редукторе ведущего портального моста: путем распыления масла быстровращающимися деталями и под ультразвуковым давлением.

[1] Патент №HUP0300947, приор. 10.04.2003, опубл. 10.03.2008 г. Мост в портальной компоновке, особенно для транспортных средств с низким полом.

[2] Патент №DE102004003286 (A1) B60R 17/00; F16H 57/04, опубл. 2006-03-09, Смазочное устройство портального моста

[3] Прохоренко П.П. Ультразвуковой капиллярный эффект / П.П. Прохоренко, Н.В. Дежкунов, Г.Е. Коновалов; Под ред. В.В. Клубовича. 135 с. Минск: «Наука и техника», 1981.

1. Смазочное устройство колесного редуктора ведущего моста, содержащее емкость циркуляционного масла, размещенную в донной части его картера и установленную с возможностью погружения в нее ведущей шестерни колесного редуктора, находящейся в постоянном зацеплении с ведомым зубчатым колесом колесного редуктора, отличающееся тем, что в него введены первый и второй ультразвуковые масляные насосы, входные каналы которых соединены с емкостью, выходные каналы первого упомянутого насоса подведены к коническим подшипникам колесного редуктора портального моста, а выходные каналы второго упомянутого насоса подведены к упомянутым ведущей шестерне и ведомому зубчатому колесу.

2. Смазочное устройство колесного редуктора по п.1, отличающееся тем, что первый и второй ультразвуковые насосы имеют общий генератор ультразвуковых волн, электрически связанный своим входом с бортовой сетью транспортного средства, установленный на внешней поверхности картера колесного редуктора, и излучатель, установленный в донной части емкости циркуляционного масла и электрически связанный своим входом с выходом генератора.

3. Смазочное устройство колесного редуктора по п.1, отличающееся тем, что входные и выходные каналы первого ультразвукового насоса представляют собой гребенку капиллярных маслопроводов, закрепленную на борту картера.

4. Смазочное устройство колесного редуктора по п.1, отличающееся тем, что второй ультразвуковой насос содержит шестерню смазки, установленную на оси между втулками с пазами для подводки смазки с возможностью постоянного зацепления с ведущей шестерней.

5. Смазочное устройство колесного редуктора по п.4, отличающееся тем, что входные и выходные каналы второго ультразвукового насоса представляют собой капиллярные маслопроводы, радиально расположенные в телах втулок, жестко прикрепленных к боковым поверхностям шестерни смазки.

6. Смазочное устройство колесного редуктора по п.4, отличающееся тем, что число зубьев шестерни смазки больше числа зубьев ведущей шестерни.

7. Смазочное устройство колесного редуктора по п.2, отличающееся тем, что излучатель установлен в донной части емкости циркуляционного масла, рабочая поверхность излучателя расположена непосредственно под входными отверстиями гребенки капиллярного маслопровода и зубцами шестерни смазки.