Шарнир равных угловых скоростей

Полезная модель относится к механизмам типа карданного шарнира и может быть использована в приводах автомобилей и других машин для передачи вращения между валами, оси которых пересекаются под переменным углом и могут изменять свое положение, угловые скорости валов должны совпадать, а вращение передаваться равномерно. Полезная модель повышает надежность работы гомокинетического шарнирного механизма. Шарнир равных угловых скоростей, содержащий ведущий и ведомый валы с вилками на соединяемых концах, имеющими одинаковые размеры, две части, симметричные относительно оси вала, плоские параллельные боковые поверхности 1, задающие толщину вилки, упорные поверхности 2 и паз с внутренними поверхностями, перпендикулярными боковым поверхностям, с прямолинейным участком 3 длиной, равной половине ширины паза вилки, и участком в форме дуги окружности с радиусом, равным длине прямолинейного участка, со шлицами 4 прямоугольного профиля на наружной поверхности противоположного конца вала, имеющими заходные фаски, с шейками 5 для установки подшипников и манжет, отверстиями и технологическими зацентровками на торцах, бурт 6 у основания вилки сплошной кольцевой формы, поверхность которого со стороны шлиц выполнена перпендикулярной оси вала и имеет краевую канавку 7, опорно-центрирующий шарик с двумя кольцевыми взаимно перпендикулярными пазами одинакового размера, прямоугольного профиля, ширина пазов опорно-центрирующего шарика равна толщине вилки, боковые поверхности пазов опорно-центрирующего шарика симметричны относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, линия пересечения которых проходит через центр опорно-центрирующего шарика, вилки валов входят в пазы опорно-центрирующего шарика с противоположных сторон с образованием разъемного шарнирного соединения, обеспечивающего угол передачи вращения более 30°, упорные поверхности вилок образуют с внутренними поверхностями прямолинейного участка паза вилок угол более 130°. 1 илл.

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к механизмам типа карданного шарнира и может быть использована в приводах автомобилей и других машин 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 шарнира должны совпадать, а вращение передаваться равномерно. Полезная модель повышает надежность работы гомокинетического шарнирного механизма.

Известен шарнир равных угловых скоростей, содержащий ведущий и ведомый валы с вилками на соединяемых концах, имеющими одинаковые размеры, две части, симметричные относительно оси вала, плоские параллельные боковые поверхности, задающие толщину вилки, упорные поверхности, перпендикулярные оси вала, и паз с внутренними поверхностями, перпендикулярными боковым поверхностям, с прямолинейным участком длиной, равной половине ширины паза вилки, и участком в форме дуги окружности с радиусом, равным длине прямолинейного участка, со шлицами прямоугольного профиля на наружной поверхности противоположного конца вала, имеющими заходные фаски, с шейками для установки подшипников и манжет, отверстиями и технологическими зацентровками на торцах, бурт у основания вилки, поверхность которого со стороны шлиц выполнена перпендикулярной оси вала, опорно-центрирующий шарик с двумя кольцевыми взаимно перпендикулярными пазами одинакового размера, прямоугольного профиля, ширина пазов опорно-центрирующего шарика равна толщине вилки, боковые поверхности пазов опорно-центрирующего шарика симметричны относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, линия пересечения которых проходит через центр опорно-центрирующего шарика, вилки валов входят в пазы опорно-центрирующего шарика с противоположных сторон с образованием разъемного шарнирного соединения, обеспечивающего угол передачи вращения более 30° (П. 49933 РФ, МКИ F16C 11\06. Шарнир карданный равных угловых скоростей \ Шагаев A.M., Силкин Е.М. \\ Б.И.М.П. - 2005. - 34).

Недостатком карданного шарнира равных угловых скоростей является низкая надежность работы, что обусловлено недостаточной площадью взаимодействующих поверхностей при работе механизма с большими углами между осями валов.

Известен шарнир равных угловых скоростей, содержащий ведущий и ведомый валы с вилками на соединяемых концах, имеющими одинаковые размеры, две части, симметричные относительно оси вала, плоские параллельные боковые поверхности, задающие толщину вилки, упорные поверхности, перпендикулярные оси вала, и паз с внутренними поверхностями, перпендикулярными боковым поверхностям, с прямолинейным участком длиной, равной половине ширины паза вилки, и участком в форме дуги окружности с радиусом, равным длине прямолинейного участка, со шлицами прямоугольного профиля на наружной поверхности противоположного конца вала, имеющими заходные фаски, с шейками для установки подшипников и манжет, отверстиями и технологическими зацентровками на торцах, бурт у основания вилки, поверхность которого со стороны шлиц выполнена перпендикулярной оси вала, опорно-центрирующее звено с двумя кольцевыми взаимно перпендикулярными пазами одинакового размера, прямоугольного профиля, ширина пазов опорно-центрирующего звена равна толщине вилки, боковые поверхности пазов опорно-центрирующего звена симметричны относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, линия пересечения которых проходит через геометрический центр опорно-центрирующего звена, вилки валов входят в пазы опорно-центрирующего звена с противоположных сторон с образованием разъемного шарнирного соединения, обеспечивающего угол передачи вращения более 30° (П. 49933 РФ, МКИ F16C 11\06. Шарнир карданный равных угловых скоростей \ Шагаев A.M., Силкин Е.М. \\ Б.И.М.П. - 2006. - 6).

Недостатком карданного шарнира равных угловых скоростей является низкая надежность работы, что обусловлено недостаточной площадью взаимодействующих поверхностей, в первую очередь, при работе механизма с большими углами между осями валов.

Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является карданный шарнир равных угловых скоростей, содержащий ведущий и ведомый валы с вилками на соединяемых концах, имеющими одинаковые размеры, две части, симметричные относительно оси вала, плоские параллельные боковые поверхности, задающие толщину вилки, упорные поверхности, перпендикулярные оси вала, и паз с внутренними поверхностями, перпендикулярными боковым поверхностям, с прямолинейным участком длиной, равной половине ширины паза вилки, и участком в форме дуги окружности с радиусом, равным длине прямолинейного участка, со шлицами прямоугольного профиля на наружной поверхности противоположного конца вала, имеющими заходные фаски, с шейками для установки подшипников и манжет, отверстиями и технологическими зацентровками на торцах, бурт у основания вилки сплошной кольцевой формы, поверхность которого со стороны шлиц выполнена перпендикулярной оси вала, опорно-центрирующий шарик с двумя кольцевыми взаимно перпендикулярными пазами одинакового размера, прямоугольного профиля, ширина пазов опорно-центрирующего шарика равна толщине вилки, боковые поверхности пазов опорно-центрирующего шарика симметричны относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, линия пересечения которых проходит через центр опорно-центрирующего шарика, вилки валов входят в пазы опорно-центрирующего шарика с противоположных сторон с образованием разъемного шарнирного соединения, обеспечивающего угол передачи вращения более 30° (П. 49934 РФ, МКИ F16C 11\06. Шарнир карданный равных угловых скоростей \ Шагаев A.M., Силкин Е.М. \\ Б.И.М.П. - 2005. - 34).

Указанный карданный шарнир равных угловых скоростей рассматривается в качестве прототипа полезной модели.

Недостатком прототипа является низкая надежность работы, что обусловлено недостаточной площадью взаимодействующих поверхностей, в первую очередь, при работе механизма с большими углами между осями валов.

Полезная модель направлена на решение задачи повышения надежности работы карданного шарнира равных угловых скоростей, что является целью полезной модели.

Указанная цель достигается тем, что в шарнире равных угловых скоростей, содержащем ведущий и ведомый валы с вилками на соединяемых концах, имеющими одинаковые размеры, две части, симметричные относительно оси вала, плоские параллельные боковые поверхности, задающие толщину вилки, упорные поверхности и паз с внутренними поверхностями, перпендикулярными боковым поверхностям, с прямолинейным участком длиной, равной половине ширины паза вилки, и участком в форме дуги окружности с радиусом, равным длине прямолинейного участка, со шлицами прямоугольного профиля на наружной поверхности противоположного конца вала, имеющими заходные фаски, с шейками для установки подшипников и манжет, отверстиями и технологическими зацентровками на торцах, бурт у основания вилки сплошной кольцевой формы, поверхность которого со стороны шлиц выполнена перпендикулярной оси вала и имеет краевую канавку, опорно-центрирующий шарик с двумя кольцевыми взаимно перпендикулярными пазами одинакового размера, прямоугольного профиля, ширина пазов опорно-центрирующего шарика равна толщине вилки, боковые поверхности пазов опорно-центрирующего шарика симметричны относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, линия пересечения которых проходит через центр опорно-центрирующего шарика, вилки валов входят в пазы опорно-центрирующего шарика с противоположных сторон с образованием разъемного шарнирного соединения, обеспечивающего угол передачи вращения более 30°, упорные поверхности вилок образуют с внутренними поверхностями прямолинейного участка паза вилок угол более 130°.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является повышение надежности работы карданного шарнира равных угловых скоростей за счет снижения удельной нагрузки на взаимодействующие поверхности звеньев механизма. Повышается статическая и динамическая прочность звеньев механизма. Это достигается увеличением площади взаимодействующих поверхностей звеньев механизма.

Повышение надежности работы карданного шарнира равных угловых скоростей является полученным техническим результатом, обусловленным заявляемым выполнением звеньев механизма, в том числе, вилок, наличием дополнительных элементов в конструкции и их пространственной ориентацией, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемого карданного шарнира равных угловых скоростей являются существенными.

На рисунке приведен эскизный чертеж вала заявляемого карданного шарнира равных угловых скоростей, поясняющий сущность полезной модели.

Шарнир равных угловых скоростей, содержит ведущий и ведомый валы с вилками на соединяемых концах, имеющими одинаковые размеры, две части, симметричные относительно оси вала, плоские параллельные боковые поверхности 1, задающие толщину вилки, упорные поверхности 2 и паз с внутренними поверхностями, перпендикулярными боковым поверхностям, с прямолинейным участком 3 длиной, равной половине ширины паза вилки, и участком в форме дуги окружности с радиусом, равным длине прямолинейного участка, со шлицами 4 прямоугольного профиля на наружной поверхности противоположного конца вала, имеющими заходные фаски, с шейками 5 для установки подшипников и манжет, отверстиями и технологическими зацентровками на торцах, бурт 6 у основания вилки сплошной кольцевой формы, поверхность которого со стороны шлиц выполнена перпендикулярной оси вала и имеет краевую канавку 7, опорно-центрирующий шарик с двумя кольцевыми взаимно перпендикулярными пазами одинакового размера, прямоугольного профиля, ширина пазов опорно-центрирующего шарика равна толщине вилки, боковые поверхности пазов опорно-центрирующего шарика симметричны относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, линия пересечения которых проходит через центр опорно-центрирующего шарика, вилки валов входят в пазы опорно-центрирующего шарика с противоположных сторон с образованием разъемного шарнирного соединения, обеспечивающего угол передачи вращения более 30°, упорные поверхности вилок образуют с внутренними поверхностями прямолинейного участка паза вилок угол более 130°.

Карданный шарнир равных угловых скоростей работает следующим образом. Вращение передается от ведущего вала шарнирного механизма к ведомому валу за счет зацепления частей вилок валов в опорно-центрирующем шарике. Устройство представляет собой кинематическую цепь, состоящую из двух кинематических (вращательных) пар. Опорно-центрирующий шарик образует две кинематические пары с ведущим и ведомым валами, соответственно. Вилки валов входят в пазы опорно-центрирующего шарика с противоположных сторон. Взаимодействие осуществляется по поверхностям звеньев, то есть, кинематические пары являются простыми. Это позволяет обеспечить предельный передаваемый крутящий момент. Плоские параллельные боковые поверхности 1 вилок валов собранного механизма при работе ориентированы в пространстве взаимно перпендикулярно за счет размещения в пазах опорно-центрирующего шарика. При работе взаимодействующие внутренние поверхности пазов вилок (в частности, прямолинейный участок 3) соприкасаются с поверхностями оснований пазов опорно-центрирующего шарика, а взаимодействующие плоские параллельные боковые поверхности 1 вилок валов соприкасаются с боковыми поверхностями пазов опорно-центрирующего шарика. Поскольку обе вилки ведущего и ведомого валов жестко не закреплены в пазах опорно-центрирующего шарика, происходит непрерывное смещение опорных боковых поверхностей 1 вилок относительно боковых поверхностей пазов опорно-центрирующего шарика. При этом ведущая и ведомая вилки и, соответственно, валы при работе механизма совершают простые вращательные движения с постоянной угловой скоростью, а опорно-центрирующий шарик - сложное вращательное или вращательно-колебательное движение вокруг оси, непрерывно меняющей свое положение в пространстве. Свободное перемещение опорно-центрирующего шарика относительно вилок ведущего и ведомого валов позволяет также компенсировать погрешности сборки механизма и небольшие осевые смещения вилок, возникшие в ходе, например, эксплуатации автомобиля с шарниром равных угловых скоростей. Вращение может передаваться под произвольным углом между осями ведущего и ведомого валов механизма в пределах заданного диапазона (до более 30°). Диапазон изменения угла передачи вращения (максимальный угол в шарнире) ограничивается упором внешнего основания (упорной поверхности 2) вилки вала и плоской параллельной боковой поверхности 1 вилки другого вала и задается размерами звеньев механизма (длиной прямолинейного участка 3 и толщиной вилки). Механизм допускает не только изменение угла между осями ведущего и ведомого валов, но и смещение их по высоте.

Таким образом, шарнирный механизм является пространственным и обеспечивает передачу вращения между валами, взаимное положение которых во время работы может изменяться.

Внешние соединения механизма обеспечивается шлицами 4 на концах валов, имеющими для удобства использования заходные фаски.

Для установки подшипников и манжет на ведущем и ведомом валах предусмотрены специальные шейки 5.

Для ограничения возможности продольного перемещения служат упорные бурты 6 у оснований вилок валов с краевыми канавками 7. При этом внешняя ограничивающая деталь взаимодействует с поверхностью упорного бурта 6 и предотвращает продольное перемещение звеньев механизма. Наличие краевой канавки 7 на поверхности бурта 6 позволяет использовать внешние ограничивающие детали разной конструкции, что расширяет область применения механизма и надежной работы в различных условиях.

Большая площадь взаимодействующих опорных поверхностей вилок и боковых поверхностей пазов опорно-центрирующего шарика позволяют передавать значительный крутящий момент при минимальных габаритах шарнира (наименьший максимальный диаметр вращения), а простота конструкции и высокая твердость взаимодействующих поверхностей, работа элементов устройства на «сжатие», позволяют достичь высокой надежности.

По сравнению с прототипом площадь взаимодействующих поверхностей может быть увеличена (при сохранении максимального угла шарнира) за счет выполнения упорной поверхности 2 вилок в заявленном виде. В результате, снижается удельная нагрузка и, соответственно, увеличивается крутящий момент, соответствующий пределу прочности шарнира. Надежность устройства возрастает.

Дополнительно, за счет большей площади взаимодействующих поверхностей, снижается износ звеньев карданного механизма при длительной эксплуатации, что также повышает надежность его работы.

По сравнению с прототипом существенно расширяется и область применения нового шарнирного механизма за счет обеспечения возможности использования его в качестве универсального шарнира, например, в приводах автомобилей и других машин, так как в механизме возможно ограничение продольного перемещения звеньев. От продольного перемещения шарнирный механизм ограничивается путем взаимодействия поверхностей буртов с внешней ограничивающей деталью заданной конструкции.

Шарнир равных угловых скоростей, содержащий ведущий и ведомый валы с вилками на соединяемых концах, имеющими одинаковые размеры, две части, симметричные относительно оси вала, плоские параллельные боковые поверхности, задающие толщину вилки, упорные поверхности и паз с внутренними поверхностями, перпендикулярными боковым поверхностям, с прямолинейным участком длиной, равной половине ширины паза вилки, и участком в форме дуги окружности с радиусом, равным длине прямолинейного участка, со шлицами прямоугольного профиля на наружной поверхности противоположного конца вала, имеющими заходные фаски, с шейками для установки подшипников и манжет, отверстиями и технологическими зацентровками на торцах, бурт у основания вилки сплошной кольцевой формы, поверхность которого со стороны шлиц выполнена перпендикулярной оси вала и имеет краевую канавку, опорно-центрирующий шарик с двумя кольцевыми взаимно перпендикулярными пазами одинакового размера, прямоугольного профиля, ширина пазов опорно-центрирующего шарика равна толщине вилки, боковые поверхности пазов опорно-центрирующего шарика симметричны относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, линия пересечения которых проходит через центр опорно-центрирующего шарика, вилки валов входят в пазы опорно-центрирующего шарика с противоположных сторон с образованием разъемного шарнирного соединения, обеспечивающего угол передачи вращения более 30°, отличающийся тем, что упорные поверхности вилок образуют с внутренними поверхностями прямолинейного участка паза вилок угол более 130°.