Шарнир карданный дисковый синхронный

 

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к сферическим устройствам типа шарнира Гука или двойного механизма Кардана и может использоваться в качестве шарнира равных угловых скоростей, а также аналога шарнира неравных угловых скоростей в приводах тракторов и минитракторов, автомобилей и других транспортных средств, иных машин и механизмов для передачи вращения между валами, оси которых пересекаются под переменным углом и могут изменять свое положение. При этом угловые скорости ведущего и ведомого валов работающего механизма должны быть близкими или совпадать, а вращение передаваться, в основном, равномерно. Полезная модель расширяет область применения механизма. Шарнир карданный дисковый синхронный содержит чашку 1 с внутренней сферической поверхностью и кулак 2 с наружной сферической поверхностью меньшего радиуса, установленный внутрь чашки с возможностью взаимодействия с чашкой, допускающие взаимодействие с соединяемыми валами, сферические поверхности чашки и кулака имеют общий центр, совпадающий с центром шарнира, имеющие на сферических поверхностях делительные пазы прямоугольного профиля в меридиональных плоскостях, проходящих через центр шарнира, диски 3 по числу делительных пазов, установленные в делительных пазах. 1 илл.

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к сферическим устройствам типа шарнира Гука или двойного механизма Кардана и может использоваться в качестве шарнира равных угловых скоростей, а также аналога шарнира неравных угловых скоростей в приводах тракторов и минитракторов, автомобилей и других транспортных средств, иных машин и механизмов для передачи вращения между валами, оси которых пересекаются под переменным углом и могут изменять свое положение. При этом угловые скорости ведущего и ведомого валов работающего механизма должны быть близкими или совпадать, а вращение передаваться, в основном, равномерно. Полезная модель расширяет область применения механизма.

Известен шарнир карданный, содержащий две вилки, допускающие взаимодействие с соединяемыми валами, имеющие по две цапфы симметричные относительно параллельных плоскостей равноудаленных от оси вилки, с отверстиями, оси которых совпадают и перпендикулярны осям соответствующих вилок, крестовину, имеющую две пары соосных шипов, подвижно соединяемую с вилками через подшипники качения, размещаемые на шипах крестовины и устанавливаемые в отверстия цапф, оси отверстий цапф вилок взаимно перпендикулярны (ГОСТ Р 52923-2008. Автомобильные транспортные средства. Шарниры карданные неравных угловых скоростей. Общие технические требования и методы испытаний. - М.: Стандартинформ, 2008. - С.3-5).

Недостатком шарнира карданного является узкая область применения из-за недостаточных значений максимального угла в шарнире, при котором обеспечивается приемлемая равномерность передачи вращения, а также низкой надежности работы в результате значительных циклических нагрузок на звенья механизма и подшипники при работе с большими углами между осями вилок, которые могут привести к их разрушению. Механизм классифицируется, как шарнир неравных угловых скоростей, и может быть применен только в ограниченном числе случаев функционирования с малыми углами, когда неравномерностью передачи вращения можно пренебречь.

Известен шарнир карданный дисковый синхронный, содержащий две вилки, допускающие взаимодействие с соединяемыми валами, имеющие цапфы с плоскими параллельными боковыми поверхностями, задающими толщину цапфы, ограничивающими поверхностями, пазами в форме части поверхности цилиндра, ось которого перпендикулярна оси вилки, образующими зубья цапфы, два кулака с внешней и опорной поверхностями, с шейкой на внешней поверхности, поверхность основания шейки представляет собой часть поверхности цилиндра, ось которого параллельна оси кулака, и с канавкой в центральной области опорной поверхности прямоугольного профиля, боковые поверхности канавки симметричны относительно плоскости канавки, проходящей через ось кулака и перпендикулярной опорной поверхности, поверхность основания канавки представляет собой часть поверхности цилиндра, ось которого перпендикулярна плоскости канавки, диск, подвижно соединяющий кулаки и устанавливаемый в канавки, цапфы вилок охватывают шейки кулаков с образованием разъемного шарнирного карданного соединения (Конструкция автомобиля. Шасси. Под общей редакцией А.Л.Карунина. - М.: МАМИ, 2000. - С.166).

Недостатком шарнира карданного дискового синхронного является узкая область применения из-за сравнительно большого возможного расстояния L между наружными торцами, обусловленного конструкцией, наличием шейки заданной формы, ограничивающей допустимую глубину канавки на опорной поверхности, сложности сборки механизма, ограниченности максимального угла передачи вращения, что связано с наложением зубьев, низкой надежности, обусловленной недостаточной прочностью диска и боковых поверхностей канавок, возможными перегревами взаимодействующих поверхностей большой площади и неудовлетворительными условиями подвода к ним смазочного материала.

Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является шарнир карданный синхронный, содержащий чашку с внутренней сферической поверхностью и кулак с наружной сферической поверхностью меньшего радиуса, установленный внутрь чашки с возможностью взаимодействия с чашкой, допускающие взаимодействие с соединяемыми валами, сферические поверхности чашки и кулака имеют общий центр, совпадающий с центром шарнира, имеющие на сферических поверхностях шесть делительных канавок полукруглого профиля в меридиональных плоскостях, проходящих через центр шарнира, шесть шариков, установленных в делительных канавках и удерживаемых сепаратором (ГОСТ Р 52924-2008. Автомобильные транспортные средства. Шарниры равных угловых скоростей. Общие технические требования и методы испытаний. - М.: Стандартинформ, 2008. - С.2).

Указанный шарнир карданный синхронный рассматривается в качестве прототипа полезной модели.

Недостатком шарнира карданного синхронного является узкая область применения из-за низкой надежности работы, связанной с высокими контактными напряжениями на взаимодействующих поверхностях, что приводит к быстрому износу деталей механизма и выходу их из строя, и сравнительно малого передаваемого крутящего момента, соответствующего пределу прочности устройства.

Полезная модель направлена на решение задачи расширения области применения шарнира карданного синхронного, что является целью полезной модели.

Указанная цель достигается тем, что в шарнире карданном дисковом синхронном, содержащем чашку с внутренней сферической поверхностью и кулак с наружной сферической поверхностью меньшего радиуса, установленный внутрь чашки с возможностью взаимодействия с чашкой, допускающие взаимодействие с соединяемыми валами, сферические поверхности чашки и кулака имеют общий центр, совпадающий с центром шарнира, имеющие на сферических поверхностях делительные пазы прямоугольного профиля в меридиональных плоскостях, проходящих через центр шарнира, диски по числу делительных пазов, установленные в делительных пазах.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является расширение области применения шарнира карданного синхронного за счет повышения надежности в результате снижения удельной нагрузки на взаимодействующие поверхности наиболее нагруженных звеньев механизма, большой допустимой величины и высокой равномерности передачи крутящего момента (вращения), соответствующего пределу прочности шарнира.

Расширение области применения шарнира карданного дискового синхронного является полученным техническим результатом, обусловленным заявляемым выполнением звеньев механизма, в том числе, дисков, наличием дополнительных элементов в конструкции (делительных пазов) и их пространственной ориентацией, то есть, отличительными признаками полезной модели. Новый шарнир карданный дисковый синхронный может быть применен, в том числе, в приводах колес жестких ведущих мостов автомобилей повышенной проходимости (полноприводных) с выключаемыми или постоянно включенными передними мостами, обеспечивая высокий коэффициент полезного действия и равномерность передачи крутящего момента. Таким образом, отличительные признаки заявляемого шарнира карданного дискового синхронного являются существенными.

На рисунке приведен эскизный чертеж шарнира карданного дискового синхронного, поясняющий сущность полезной модели.

Шарнир карданный дисковый синхронный, содержит чашку 1 с внутренней сферической поверхностью и кулак 2 с наружной сферической поверхностью меньшего радиуса, установленный внутрь чашки с возможностью взаимодействия с чашкой, допускающие взаимодействие с соединяемыми валами, сферические поверхности чашки и кулака имеют общий центр, совпадающий с центром шарнира, имеющие на сферических поверхностях делительные пазы прямоугольного профиля в меридиональных плоскостях, проходящих через центр шарнира, диски 3 по числу делительных пазов, установленные в делительных пазах.

Шарнир карданный дисковый синхронный работает следующим образом. Вращение передается от ведущего вала шарнирного механизма, соединенного, например, с чашкой 1, к ведомому валу, взаимодействующему с кулаком 2 за счет зацепления поверхностей дисков с поверхностями делительных пазов чашки 1 и кулака 2. Устройство представляет собой кинематическую цепь, взаимодействие звеньев которой осуществляется за счет трения качения и скольжения. Число дисков 3 соответствует числу делительных пазов прямоугольного профиля, нарезанных в меридиональных плоскостях на сферических поверхностях чашки 1 и кулака 2. Минимальное число пазов равно 3. Передача вращательного момента от чашки 1 к кулаку 2 через диски 3, устанавливаемые в делительные пазы, осуществляется за счет взаимодействия по поверхностям указанных звеньев, то есть, данные кинематические пары являются простыми. Это позволяет обеспечить предельный передаваемый крутящий момент. Плоские параллельные боковые поверхности делительных пазов чашки 1 и кулака 2 собранного механизма при работе с нулевым углом в шарнире ориентированы в пространстве параллельно друг другу и перпендикулярно осям дисков 3. При работе взаимодействующие внутренние (оснований) и боковые поверхности делительных пазов соприкасаются соответственно с боковыми поверхностями дисков 3. При изменении угла в шарнире за счет, например, переменной глубины делительных пазов происходит смещение и установка дисков 3 таким образом, что точки контакта деталей механизма, через которые передаются окружные силы, всегда находится в плоскости, проходящей через биссектрису угла между осями ведущего и ведомого валов (то есть, также в биссекторной плоскости). Таким образом, реализуется карданное шарнирное соединение, обеспечивающее равные угловые скорости ведущего и ведомого валов. За счет развитых поверхностей взаимодействия механизм допускает не только изменение угла между осями валов (чашки 1 и кулака 2), но и смещение их по высоте.

Вращение может передаваться под произвольным углом между осями ведущего и ведомого валов механизма в пределах заданного диапазона (до более 42°).

Шарнирный механизм является пространственным и обеспечивает равномерную передачу вращения между валами, взаимное положение которых во время работы может изменяться, с высоким коэффициентом полезного действия.

Для ограничения возможности продольного перемещения служат упорные бурты у оснований вилок чашки 1 и кулака 2. При этом внешняя ограничивающая деталь взаимодействует с поверхностью упорного бурта и предотвращает продольное перемещение звеньев механизма. Таким образом, например, механизм устанавливается и используется в жестких ведущих мостах транспортных средств различного назначения.

Сравнительно большие площади взаимодействующих поверхностей звеньев позволяют передавать значительный крутящий момент при минимальных габаритах шарнира (наименьшее регулируемое расстояние L между торцами механизма), а простота конструкции и высокая твердость взаимодействующих поверхностей, позволяют достичь высокой надежности.

По сравнению с прототипом существенно расширяется область применения нового шарнирного механизма за счет повышения надежности работы, увеличения передаваемого крутящего момента, соответствующего пределу прочности шарнира, возможности регулирования расстояния L между наружными торцами, снижения весогабаритных показателей, упрощения сборки, увеличения максимального угла в шарнире, при котором обеспечивается требуемая равномерность передачи вращения и высокий коэффициент полезного действия.

Площадь взаимодействующих поверхностей увеличивается за счет выполнения звеньев механизма в заявленном виде. В результате, снижается удельная нагрузка и увеличивается крутящий момент, соответствующий пределу прочности шарнира. Надежность устройства возрастает. За счет большей площади взаимодействующих поверхностей снижается износ звеньев карданного механизма при длительной эксплуатации, что также повышает надежность его работы.

Повышение надежности расширяет область применения механизма. Заявляемый механизм, в частности, может быть применен в жестких ведущих мостах автомобилей семейства УАЗ, тракторов и минитракторов, например, класса ФОТОН, в других машинах и механизмах, где требуется равномерная передача вращения.

Высокий коэффициент полезного действия механизма при работе с большими углами обеспечивается за счет малого момента поворота в шарнире (использование трения качения дисков). Высокий коэффициент полезного действия механизма гарантирует низкую температуру нагрева взаимодействующих поверхностей при функционировании. В результате, улучшается подвод смазочного материала и сохраняются его характеристики и качество при длительной эксплуатации шарнира.

Одновременно, по сравнению с прототипом, снижаются материальные затраты (в том числе, по причине отсутствия сепаратора) при изготовлении нового механизма и его цена за счет оптимизации и упрощения конструкции звеньев, упрощения сборочных операций, что дополнительно расширяет область его применения.

Шарнир карданный дисковый синхронный, содержащий чашку с внутренней сферической поверхностью и кулак с наружной сферической поверхностью меньшего радиуса, установленный внутрь чашки с возможностью взаимодействия с чашкой, допускающие взаимодействие с соединяемыми валами, сферические поверхности чашки и кулака имеют общий центр, совпадающий с центром шарнира, имеющие на сферических поверхностях делительные пазы прямоугольного профиля в меридиональных плоскостях, проходящих через центр шарнира, диски по числу делительных пазов, установленные в делительных пазах.



 

Наверх