Шарнир квазисинхронный кулачковый

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к сферическим устройствам типа шарнира Гука или двойного механизма Кардана и может использоваться в качестве аналога шарнира равных угловых скоростей, а также в качестве прямой замены 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 шарнирного механизма. Шарнир квазисинхронный кулачковый содержит ведущий и ведомый валы 1 с вилками 2 на концах, имеющими одинаковые размеры, два зуба, расположенные симметрично относительно оси вала, с плоскими параллельными опорными поверхностями, задающими толщину зуба h, внешними поверхностями и внутренними поверхностями, перпендикулярными опорным поверхностям, с прямолинейным участком длиной q и участком в форме дуги окружности радиуса q и длиной, равной половине длины окружности, бурт 3 у основания вилки с внешней поверхностью цилиндрической формы, ось которого совпадает с осью вала, поверхность бурта со стороны противоположного конца вала выполнена перпендикулярной оси вала и имеет краевую канавку, внешняя поверхность бурта имеет радиальную канавку 4 кольцевой формы, опорно-центрирующее звено 5 шарообразной формы с двумя кольцевыми пазами 6 одинакового размера прямоугольного профиля, ширина пазов опорно-центрирующего звена равна h, боковые поверхности пазов опорно-центрирующего звена симметричны относительно плоскостей симметрии, пересекающихся под углом 90°, линия пересечения плоскостей симметрии проходит через геометрический центр опорно-центрирующего звена и совпадает с осью опорно-центрирующего звена, поверхности, ограничивающие геометрическую форму оснований пазов опорно-центрирующего звена, представляют собой пересечение поверхностей цилиндров радиуса q, оси которых пересекаются по углом 90°, проходят через геометрический центр опорно-центрирующего звена и перпендикулярны соответствующей плоскости симметрии, зубья вилок ведущего и ведомого валов входят в пазы опорно-центрирующего звена с противоположных сторон с образованием разъемного шарнирного соединения, обеспечивающего угол передачи вращения более 30°, так, что оси ведущего и ведомого валов и опорно-центрирующего звена при нулевом угле передачи вращения совпадают. 2 илл.

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к сферическим устройствам типа шарнира Гука или двойного механизма Кардана и может использоваться в качестве аналога шарнира равных угловых скоростей, а также в качестве прямой замены 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 шарнирного механизма.

Известен шарнир квазисинхронный кулачковый, содержащий ведущий и ведомый валы с вилками на концах, имеющими одинаковые размеры, два зуба, расположенные симметрично относительно оси вала, с плоскими параллельными опорными поверхностями, задающими толщину зуба h, внешними поверхностями и внутренними поверхностями, перпендикулярными опорным поверхностям, с прямолинейным участком длиной q и участком в форме дуги окружности радиуса q и длиной, равной половине длины окружности, бурт у основания вилки кольцевой формы, ось которого совпадает с осью вала, поверхность бурта со стороны противоположного конца вала выполнена перпендикулярной оси вала, опорно-центрирующее звено шарообразной формы с двумя кольцевыми пазами одинакового размера прямоугольного профиля, ширина пазов опорно-центрирующего звена равна h, боковые поверхности пазов опорно-центрирующего звена симметричны относительно плоскостей симметрии, пересекающихся под углом 90°, линия пересечения плоскостей симметрии проходит через геометрический центр опорно-центрирующего звена и совпадает с осью опорно-центрирующего звена, поверхности, ограничивающие геометрическую форму оснований пазов опорно-центрирующего звена представляют собой пересечение поверхностей цилиндров радиуса q, оси которых пересекаются по углом 90°, проходят через геометрический центр опорно-центрирующего звена и перпендикулярны соответствующей плоскости симметрии, зубья вилок ведущего и ведомого валов входят в пазы опорно-центрирующего звена с противоположных сторон с образованием разъемного шарнирного соединения, обеспечивающего угол передачи вращения более 30°, так, что оси ведущего и ведомого валов и опорно-центрирующего звена при нулевом угле передачи вращения совпадают (П. 49933 РФ, МКИ F16C 11\06. Шарнир карданный равных угловых скоростей \ Шагаев А.М, Силкин Е.М. \\ Б.И.М.П. - 2005. - 34).

Недостатком шарнира квазисинхронного кулачкового является узкая область применения из-за неудовлетворительных условий подвода смазочного материала к контактирующим поверхностям, работающим в условиях трения скольжения и контактном пульсирующем взаимодействии, ухудшением условий охлаждения поверхностей трения, значительным нагревом и, связанными с этим, возможными задирами на контактирующих поверхностях деталей шарнира при длительной эксплуатации, невозможности эффективного применения и надежной работы в необслуживаемых мостах машин.

Известен шарнир квазисинхронный кулачковый, содержащий ведущий и ведомый валы с вилками на концах, имеющими одинаковые размеры, два зуба, расположенные симметрично относительно оси вала, с плоскими параллельными опорными поверхностями, задающими толщину зуба h, внешними поверхностями и внутренними поверхностями, перпендикулярными опорным поверхностям, с прямолинейным участком длиной q и участком в форме дуги окружности радиуса q и длиной, равной половине длины окружности, бурт у основания вилки кольцевой формы, ось которого совпадает с осью вала, поверхность бурта со стороны противоположного конца вала выполнена перпендикулярной оси вала, опорно-центрирующее звено шарообразной формы с двумя кольцевыми пазами одинакового размера прямоугольного профиля, ширина пазов опорно-центрирующего звена равна h, боковые поверхности пазов опорно-центрирующего звена симметричны относительно плоскостей симметрии, пересекающихся под углом 90°, линия пересечения плоскостей симметрии проходит через геометрический центр опорно-центрирующего звена и совпадает с осью опорно-центрирующего звена, поверхности, ограничивающие геометрическую форму оснований пазов опорно-центрирующего звена представляют собой пересечение поверхностей цилиндров радиуса q, оси которых пересекаются по углом 90°, проходят через геометрический центр опорно-центрирующего звена и перпендикулярны соответствующей плоскости симметрии, зубья вилок ведущего и ведомого валов входят в пазы опорно-центрирующего звена с противоположных сторон с образованием разъемного шарнирного соединения, обеспечивающего угол передачи вращения более 30°, так, что оси ведущего и ведомого валов и опорно-центрирующего звена при нулевом угле передачи вращения совпадают (П. 49935 РФ, МКИ F16C 11\06. Шарнир карданный равных угловых скоростей \ Шагаев А.М, Силкин Е.М. \\ Б.И.М.П. - 2006. - 6).

Недостатком шарнира квазисинхронного кулачкового является узкая область применения из-за неудовлетворительных условий подвода смазочного материала к контактирующим поверхностям, работающим в условиях трения скольжения и контактном пульсирующем взаимодействии, ухудшением условий охлаждения поверхностей трения, значительным нагревом и, связанными с этим, возможными задирами на контактирующих поверхностях деталей шарнира при длительной эксплуатации, невозможности эффективного применения и надежной работы в необслуживаемых мостах машин.

Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является шарнир квазисинхронный кулачковый, содержащий ведущий и ведомый валы с вилками на концах, имеющими одинаковые размеры, два зуба, расположенные симметрично относительно оси вала, с плоскими параллельными опорными поверхностями, задающими толщину зуба h, внешними поверхностями и внутренними поверхностями, перпендикулярными опорным поверхностям, с прямолинейным участком длиной q и участком в форме дуги окружности радиуса q и длиной, равной половине длины окружности, бурт у основания вилки кольцевой формы, ось которого совпадает с осью вала, поверхность бурта со стороны противоположного конца вала выполнена перпендикулярной оси вала, опорно-центрирующее звено шарообразной формы с двумя кольцевыми пазами одинакового размера прямоугольного профиля, ширина пазов опорно-центрирующего звена равна h, боковые поверхности пазов опорно-центрирующего звена симметричны относительно плоскостей симметрии, пересекающихся под углом 90°, линия пересечения плоскостей симметрии проходит через геометрический центр опорно-центрирующего звена и совпадает с осью опорно-центрирующего звена, поверхности, ограничивающие геометрическую форму оснований пазов опорно-центрирующего звена представляют собой пересечение поверхностей цилиндров радиуса q, оси которых пересекаются по углом 90°, проходят через геометрический центр опорно-центрирующего звена и перпендикулярны соответствующей плоскости симметрии, зубья вилок ведущего и ведомого валов входят в пазы опорно-центрирующего звена с противоположных сторон с образованием разъемного шарнирного соединения, обеспечивающего угол передачи вращения более 30°, так, что оси ведущего и ведомого валов и опорно-центрирующего звена при нулевом угле передачи вращения совпадают (П. 49934 РФ, МКИ F16C 11\06. Шарнир карданный равных угловых скоростей \ Шагаев А.М, Силкин Е.М. \\ Б.И.М.П. - 2005. - 34).

Указанный шарнир квазисинхронный кулачковый рассматривается в качестве прототипа полезной модели.

Недостатком шарнира квазисинхронного кулачкового является узкая область применения из-за неудовлетворительных условий подвода смазочного материала к контактирующим поверхностям, работающим в условиях трения скольжения и контактном пульсирующем взаимодействии, ухудшением условий охлаждения поверхностей трения, значительным нагревом и, связанными с этим, возможными задирами на контактирующих поверхностях деталей шарнира при длительной эксплуатации, невозможности эффективного применения и надежной работы в необслуживаемых мостах машин.

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

Указанная цель достигается тем, что в шарнире квазисинхронном кулачковом, содержащем ведущий и ведомый валы с вилками на концах, имеющими одинаковые размеры, два зуба, расположенные симметрично относительно оси вала, с плоскими параллельными опорными поверхностями, задающими толщину зуба h, внешними поверхностями и внутренними поверхностями, перпендикулярными опорным поверхностям, с прямолинейным участком длиной q и участком в форме дуги окружности радиуса q и длиной, равной половине длины окружности, бурт у основания вилки с внешней поверхностью цилиндрической формы, ось которого совпадает с осью вала, поверхность бурта со стороны противоположного конца вала выполнена перпендикулярной оси вала и имеет краевую канавку, внешняя поверхность бурта имеет радиальную канавку кольцевой формы, опорно-центрирующее звено шарообразной формы с двумя кольцевыми пазами одинакового размера прямоугольного профиля, ширина пазов опорно-центрирующего звена равна h, боковые поверхности пазов опорно-центрирующего звена симметричны относительно плоскостей симметрии, пересекающихся под углом 90°, линия пересечения плоскостей симметрии проходит через геометрический центр опорно-центрирующего звена и совпадает с осью опорно-центрирующего звена, поверхности, ограничивающие геометрическую форму оснований пазов опорно-центрирующего звена, представляют собой пересечение поверхностей цилиндров радиуса q, оси которых пересекаются по углом 90°, проходят через геометрический центр опорно-центрирующего звена и перпендикулярны соответствующей плоскости симметрии, зубья вилок ведущего и ведомого валов входят в пазы опорно-центрирующего звена с противоположных сторон с образованием разъемного шарнирного соединения, обеспечивающего угол передачи вращения более 30°, так, что оси ведущего и ведомого валов и опорно-центрирующего звена при нулевом угле передачи вращения совпадают.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является расширение области применения шарнира квазисинхронного кулачкового за счет повышения надежности из-за улучшения условий подвода смазочного материала к поверхностям трения и их эффективного охлаждения. Новый шарнир может быть применен, в том числе, в приводах колес необслуживаемых жестких ведущих мостов полноприводных автомобилей. При этом на устройство в области соединения устанавливается защитный чехол, внутрь которого вносится смазочный материал на весь срок эксплуатации.

Расширение области применения шарнира квазисинхронного кулачкового 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 квазисинхронного кулачкового являются существенными.

На фиг.1 приведен эскизный чертеж вала заявляемого карданного шарнира с вилкой на конце, на фиг.2 изображен эскиз варианта опорно-центрирующего звена, поясняющие сущность полезной модели.

Шарнир квазисинхронный кулачковый содержит ведущий и ведомый валы 1 с вилками 2 на концах, имеющими одинаковые размеры, два зуба, расположенные симметрично относительно оси вала, с плоскими параллельными опорными поверхностями, задающими толщину зуба h, внешними поверхностями и внутренними поверхностями, перпендикулярными опорным поверхностям, с прямолинейным участком длиной q и участком в форме дуги окружности радиуса q и длиной, равной половине длины окружности, бурт 3 у основания вилки с внешней поверхностью цилиндрической формы, ось которого совпадает с осью вала, поверхность бурта со стороны противоположного конца вала выполнена перпендикулярной оси вала и имеет краевую канавку, внешняя поверхность бурта имеет радиальную канавку 4 кольцевой формы, опорно-центрирующее звено 5 шарообразной формы с двумя кольцевыми пазами 6 одинакового размера прямоугольного профиля, ширина пазов опорно-центрирующего звена равна h, боковые поверхности пазов опорно-центрирующего звена симметричны относительно плоскостей симметрии, пересекающихся под углом 90°, линия пересечения плоскостей симметрии проходит через геометрический центр опорно-центрирующего звена и совпадает с осью опорно-центрирующего звена, поверхности, ограничивающие геометрическую форму оснований пазов опорно-центрирующего звена, представляют собой пересечение поверхностей цилиндров радиуса q, оси которых пересекаются по углом 90°, проходят через геометрический центр опорно-центрирующего звена и перпендикулярны соответствующей плоскости симметрии, зубья вилок ведущего и ведомого валов входят в пазы опорно-центрирующего звена с противоположных сторон с образованием разъемного шарнирного соединения, обеспечивающего угол передачи вращения более 30°, так, что оси ведущего и ведомого валов и опорно-центрирующего звена при нулевом угле передачи вращения совпадают.

Шарнир квазисинхронный кулачковый работает следующим образом. Вращение передается от ведущего вала (1) шарнирного механизма к ведомому валу за счет зацепления зубьев вилок 2 (фиг.1) валов (1) в опорно-центрирующем звене 5 (фиг.2). Устройство представляет собой разомкнутую кинематическую цепь, состоящую из двух кинематических (вращательных) пар. Опорно-центрирующее звено 5, таким образом, образует две кинематические пары с ведущим и ведомым валами (1) соответственно. Вилки 2 валов (1) входят в пазы 6 опорно-центрирующего звена 5 с противоположных сторон. Взаимодействие осуществляется по поверхностям звеньев, то есть, кинематические пары являются простыми. Это позволяет обеспечить предельный передаваемый крутящий момент. Плоские параллельные опорные поверхности вилок 2 валов (1) собранного механизма при работе ориентированы в пространстве под углом 90° за счет размещения в пазах 6 опорно-центрирующего звена 5. При работе взаимодействующие внутренние поверхности вилок 2 соприкасаются с поверхностями оснований пазов 6 опорно-центрирующего звена 5, а взаимодействующие плоские параллельные опорные поверхности вилок 2 валов (1) соприкасаются с боковыми поверхностями пазов 6 опорно-центрирующего звена 5. Поскольку обе вилки ведущего и ведомого валов (1) жестко не закреплены в пазах 6 опорно-центрирующего звена 5, происходит непрерывное смещение опорных поверхностей вилок 2 относительно боковых поверхностей пазов 6 опорно-центрирующего звена 5. При этом ведущая и ведомая вилки 2 и, соответственно, валы (1) при работе механизма совершают простые вращательные движения с постоянной угловой скоростью, а опорно-центрирующее звено 5 - сложное вращательное или вращательно-колебательное движение вокруг оси, непрерывно меняющей свое положение в пространстве. Свободное перемещение опорно-центрирующего звена 5 относительно вилок ведущего и ведомого валов (1) позволяет также компенсировать погрешности сборки механизма и небольшие осевые смещения вилок 2, возникшие в ходе, например, эксплуатации автомобиля с шарниром квазисинхронным кулачковым. Вращение может передаваться под произвольным углом между осями ведущего и ведомого валов (1) механизма в пределах заданного диапазона (до 30°). Диапазон изменения угла передачи вращения (максимальный угол в шарнире) ограничивается упором внешнего основания вилки (2) вала (1) и плоской параллельной опорной поверхности вилки (2) другого вала (1) и задается размерами звеньев механизма (длиной прямолинейного участка и толщиной зуба h вилки). Механизм допускает не только изменение угла между осями ведущего и ведомого валов (1), но и смещение их по высоте.

Таким образом, шарнирный механизм является пространственным и обеспечивает передачу вращения между валами (1), взаимное положение которых во время работы может изменяться.

Для ограничения возможности продольного перемещения служат упорные бурты (3) у оснований вилок (2) валов (1) с краевыми канавками. При этом внешняя ограничивающая деталь взаимодействует с поверхностью упорного бурта 3 и предотвращает продольное перемещение звеньев механизма. Наличие краевой канавки на поверхности бурта 3 позволяет использовать внешние ограничивающие детали разной конструкции, что расширяет область применения механизма и надежной работы в различных условиях.

Выполнение вилки 2 в предложенном виде позволяет обеспечить минимально возможный максимальный диаметр вращения шарнира (при нулевом угле), минимизировать затраты материала при сохранении максимального крутящего момента, снизить вес механизма.

Большая площадь взаимодействующих опорных поверхностей вилок 2 и боковых поверхностей пазов 6 опорно-центрирующего звена 5, их распределенность, позволяют передавать значительный крутящий момент при минимальных габаритах шарнира (наименьший максимальный диаметр вращения), а простота конструкции (фиг.1, 2) и высокая твердость взаимодействующих поверхностей, работа ответственных элементов устройства на «сжатие» (5), позволяют достичь высокой надежности.

Радиальная канавка 4 кольцевой формы на внешней поверхности бурта 3 предназначена для установки хомута защитного чехла. Установка защитного чехла позволяет оптимально использовать смазочный материал требуемого качества и выполнить шарнир необслуживаемым в течение всего срока эксплуатации.

По сравнению с прототипом надежность работы механизма с защитным чехлом возрастает и за счет снижения вероятности «задиров» взаимодействующих поверхностей в условиях эффективного охлаждения и оптимизации подвода смазочного материала. Конструкция защитного чехла является простой и надежной. В результате область применения шарнира существенно расширяется. Новый шарнир квазисинхронный кулачковый предназначен как для использования в обслуживаемых, так и в необслуживаемых механизмах и машинах.

Заявляемый шарнир, в частности, может быть применен в жестких ведущих мостах нового образца автомобилей семейства УАЗ и в трансмиссиях других автомобильных транспортных средств повышенной проходимости. Надежность работы ведущих мостов с новым шарниром значительно возрастает.

Область применения нового шарнира квазисинхронного кулачкового расширяется и за счет обеспечения возможности его использования в качестве универсального шарнира, например, в приводах автомобилей, тракторов и минитракторов и других машин, так как в нем допустимо продольное (осевое) перемещения звеньев. От продольного перемещения шарнирный механизм ограничивается путем взаимодействия боковых поверхностей буртов 3 вилок 2 валов (1) с внешней ограничивающей деталью заданного исполнения.

При использовании заявляемой конструкции может быть увеличен максимальный угол в шарнире и уменьшен максимальный диаметр вращения.

Одновременно снижаются материальные затраты при изготовлении нового механизма за счет оптимизации конструкции звеньев.

Расширение области применения достигается также за счет возможности существенного снижения веса механизма.

Шарнир квазисинхронный кулачковый, содержащий ведущий и ведомый валы с вилками на концах, имеющими одинаковые размеры, два зуба, расположенные симметрично относительно оси вала, с плоскими параллельными опорными поверхностями, задающими толщину зуба h, внешними поверхностями и внутренними поверхностями, перпендикулярными опорным поверхностям, с прямолинейным участком длиной q и участком в форме дуги окружности радиуса q и длиной, равной половине длины окружности, бурт у основания вилки с внешней поверхностью цилиндрической формы, ось которого совпадает с осью вала, поверхность бурта со стороны противоположного конца вала выполнена перпендикулярной оси вала и имеет краевую канавку, внешняя поверхность бурта имеет радиальную канавку кольцевой формы, опорно-центрирующее звено шарообразной формы с двумя кольцевыми пазами одинакового размера прямоугольного профиля, ширина пазов опорно-центрирующего звена равна h, боковые поверхности пазов опорно-центрирующего звена симметричны относительно плоскостей симметрии, пересекающихся под углом 90°, линия пересечения плоскостей симметрии проходит через геометрический центр опорно-центрирующего звена и совпадает с осью опорно-центрирующего звена, поверхности, ограничивающие геометрическую форму оснований пазов опорно-центрирующего звена, представляют собой пересечение поверхностей цилиндров радиуса q, оси которых пересекаются под углом 90°, проходят через геометрический центр опорно-центрирующего звена и перпендикулярны соответствующей плоскости симметрии, зубья вилок ведущего и ведомого валов входят в пазы опорно-центрирующего звена с противоположных сторон с образованием разъемного шарнирного соединения, обеспечивающего угол передачи вращения более 30°, так, что оси ведущего и ведомого валов и опорно-центрирующего звена при нулевом угле передачи вращения совпадают.