Шарнир равных угловых скоростей с плоским угловым смещением осей 360°

Настоящий механизм относится к устройствам для передачи вращения между валами, которые могут совершать плоское угловое смещение относительно друг друга, в том числе во время вращения и может быть использован в машиностроении.

Сущность полезной модели состоит в том, что передача крутящего момента между ведущим и ведомым валами, расположенными в корпусах, имеющих возможность вращаться относительно друг друга, осуществляется через кривошипно-шатунный механизм, который имеет на каждом из валов по два кривошипа, расположенных под углом 90° относительно друг друга, при этом штоки, связывающие соответствующие кривошипы через шатуны, имеют общую продольную ось симметрии пересекающуюся с осями валов, выполнены в виде цилиндра и входящего в него стержня, при этом каждый из штоков состоит из двух частей, соединенных между собой так, чтобы они имели возможность независимо вращаться вокруг продольной оси вместе с корпусами ведущего и ведомого валов.

Технические результаты:

1. Отсутствие предельной точки углового смещения ведущего и ведомого валов.

2. Изменение углового смещения можно производить во время передачи крутящего момента.

3. Ось углового смещения ведущего и ведомого валов всегда находится на пересечении их продольных осей и не меняет своего положения в пространстве при угловом смещении валов, что позволяет удобно взаимодействовать данному устройству с другими механизмами.

4. Отсутствие зависимости нагрузки на узлы механизма от величины углового смещения валов.

2 ил.

Настоящий механизм относится к устройствам для передачи вращения между валами, которые могут совершать плоское угловое смещение относительно друг друга, в том числе во время вращения и может быть использован в машиностроении.

Известен шарнир равных угловых скоростей, содержащий две полумуфты, одна из которых выполнена с внешней и внутренней сферическими соосными поверхностями, а другая выполнена с внешней сферической поверхностью, связанные с соединяемыми валами и имеющие возможность взаимодействия между собой, ось, проходящую через траверсу, концы которой связаны с полумуфтами через имеющие сферические элементы соединительные узлы, размещенные в соответствующих отверстиях полумуфт, отличающийся тем, что на концах оси дополнительно установлены внутренние и наружные вкладыши, взаимодействующие своими торцевыми поверхностями с торцевыми рабочими поверхностями пазов полумуфт, в которых они установлены, а в средней части оси в месте установки траверсы размещена подвижная направляющая, имеющая отверстие круглого сечения для прохождения через него оси и наружный профиль прямоугольного сечения с пазом для установки в него траверсы, концы которой связаны с полумуфтами через шарнирные подшипники [патент РФ 2391567, кл. F16С 11/06, опубл. 10.06.2010, Бюл. 16].

Известен рычажный шарнир, состоящий из двух фланцев с рычагами с шаровым шарниром на конце, соединяющим попарно рычаги двух фланцев, отличающийся тем, что плоскости качания как минимум двух шаровых шарниров каждого из фланцев проходят через ось своего вала и не совпадают [патент РФ 2323374, кл. F16D 3/30, опубл. 27.04.2008, Бюл. 12].

Недостатками данных и аналогичных им устройств являются ограниченная (примерно до 70°) величина углового смещения валов, а так же возрастание нагрузки на узлы устройств, при увеличении углового смещения валов.

Известен также выбранный в качестве ближайшего аналога шарнир равных угловых скоростей с плоским угловым смещением осей 360°, в котором передача вращения осуществляется через сферическое зацепление, при этом сферическое зацепление может быть зубчатым, или сферическое зацепление может быть магнитным, при этом осевое смещение зубчатых сфер осуществляется с помощью толкателя и кулачка, при этом правильный угол зацепления сфер обеспечивается зубчатыми цилиндрическими секторами, жестко соединенными со ступицами - опорами валов [патент РФ 2373440, кл. F16D 3/00, опубл. 20.11.2009, Бюл. 32].

Достоинство описанного устройства заключается в компактности и надежности.

Недостатки прототипа заключаются в том, что:

1. Имеется предельная точка углового смещения ведущего и ведомого валов, т.е. невозможность совершать угловое смещение на неограниченный угол без необходимости возврата ведомого вала в исходное положение.

2. Точка, через которую проходит ось углового смещения валов, меняет свое положение по мере увеличения угла смещения, что усложняет при этом траекторию движения оси ведомого вала и может отрицательно отразиться при взаимодействии данного устройства с другими механизмами.

Задача, заявленного технического решения, заключается в разработке устройства для соединения валов, передающих вращение, позволяющего осям валов совершать неограниченное угловое смещение относительно друг друга, без изменения положения оси углового смещения, без зависимости нагрузки на узлы механизма от величины углового смещения валов.

Данная задача достигается за счет того, что передача вращения между ведущим и ведомым валами, расположенными в корпусах, имеющих возможность вращаться относительно друг друга, осуществляется через кривошипно-шатунный механизм, который имеет на каждом из валов по два кривошипа, расположенных под углом 90° относительно друг друга, при этом штоки, связывающие соответствующие кривошипы через шатуны, имеют общую продольную ось симметрии, пересекающуюся с осями валов, выполнены в виде цилиндра и входящего в него стержня, при этом каждый из штоков состоит из двух частей, соединенных между собой так, чтобы они имели возможность независимо вращаться вокруг своей продольной оси вместе с корпусами ведущего и ведомого валов.

Устройство поясняется фиг.1, 2.

Шарнир равных угловых скоростей включает в себя корпусы 1, соединенные между собой через муфту 2, обеспечивающую их взаимное вращение в плоскости, параллельной ведущему 3 и ведомому 4 валам (в данном случае деление на ведущий и ведомый валы условно, т.к. они могут поменяться местами). Корпусы имеют отверстия с общей продольной осью симметрии для размещения в них штоков 5 и 6. Кроме этого корпусы имеют продольные пазы 7 для прохождения через них шипов 8 наружного штока 5 и шипов 9 внутреннего штока 6. Валы имеют по два кривошипа 10, расположенных под углом 90° относительно друг друга. Такое расположение кривошипов способствует прохождению «мертвых точек» при работе механизма. Кривошип ведущего вала связан с соответствующим кривошипом ведомого вала через шатуны 11 и соответствующий шток. Штоки имеют общую продольную ось симметрии, совпадающую с осью симметрии отверстий корпусов, выполнены в виде цилиндра (наружный шток) 5 и входящего в него стержня (внутренний шток) 6 и расположены внутри корпусов между ведущим и ведомым валами.

Каждый из штоков имеет по два шипа 8, 9 для соединения с соответствующими шатунами 11. С одной стороны штоки имеют продольные сквозные пазы 12 для прохождения через них ведомого вала. Наружный, цилиндрический шток кроме этого с обоих концов имеет продольные не сквозные пазы 13 для размещения в них шипов внутреннего штока 6, что позволяет штокам перемещаться относительно друг друга вдоль своей продольной оси. Кроме того, каждый из штоков состоит из двух частей, соединенных между собой муфтами 14 так, чтобы они имели возможность независимо вращаться вокруг своей продольной оси вместе с корпусами ведущего и ведомого валов.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Вращательное движение ведущего вала 3 с помощью кривошипно-шатунного механизма, состоящего из двух кривошипов 10 и шатунов 11, преобразуется в прямолинейное поступательное движение соосных штоков 5, 6. Далее, напротив, прямолинейное поступательное движение штоков 5, 6 преобразуется с помощью кривошипно-шатунного механизма во вращательное движение ведомого вала 4. Наличие на каждом из валов двух кривошипов, расположенных под углом 90° относительно друг друга, обеспечивает прохождение «мертвых точек» при работе механизма. При повороте корпусов 1 с находящимися в них валами 3, 4 относительно друг друга вокруг продольной оси, вместе с ними поворачиваются и соответствующие части штоков 5, 6. Это достигается за счет того, что шипы 8, 9 штоков находятся в пазах 7 корпусов, а части штоков с соответствующими шипами так же имеют возможность вращаться относительно друг друга за счет соединительных муфт 14. Таким образом, достигается угловое смещение валов относительно друг друга на неограниченный угол.

При реализации заявляемого технического решения могут быть получены следующие технические результаты:

1. Отсутствие предельной точки углового смещения ведущего и ведомого валов.

2. Изменение углового смещения можно производить во время передачи крутящего момента.

3. Ось углового смещения ведущего и ведомого валов всегда находится на пересечении их продольных осей и не меняет своего положения в пространстве при угловом смещении валов, что позволяет удобно взаимодействовать данному устройству с другими механизмами.

4. Отсутствие зависимости нагрузки на узлы механизма от величины углового смещения валов.

Описание прилагаемых фигур.

На фигуре 1 изображен эскиз продольного разреза предложенного шарнира в двух проекциях.

На фигуре 2 изображен эскиз кинематической схемы шарнира без корпусов.

Шарнир равных угловых скоростей, характеризующийся тем, что передача крутящего момента между ведущим и ведомым валами, расположенными в корпусах, имеющих возможность вращаться относительно друг друга, осуществляется через кривошипно-шатунный механизм, который имеет на каждом из валов по два кривошипа, расположенных под углом 90° относительно друг друга, при этом штоки, связывающие соответствующие кривошипы через шатуны, имеют общую продольную ось симметрии, пересекающуюся с осями валов, выполнены в виде цилиндра и входящего в него стержня, при этом каждый из штоков состоит из двух частей, соединенных между собой так, чтобы они имели возможность независимо вращаться вокруг продольной оси вместе с корпусами ведущего и ведомого валов.