Универсальный шарнир

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 В 21 В 35/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Ь;кр,, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / 8

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ . „ -" .м,, (61) 1098597 (21) 3659983/22-02 (22) 05.11.83 (46) 07.04.86. Бюл. )(о 13 (72) А. М. Селезнев (53) 621.771.2.06-88 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР йо 1098597, кл. В 21 В 35/14, 1983. (54) (57) УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШАРНИР по авт. св. N 1098597, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения нагрузочной способности шарнира при сохранении его статистической определенности, каждый элемент качения выполнен с односторонним углублением, контактирующим с элементом качения соседнего ряда и совпадающим с ним в зоне контакта по форме поверхности, 1222345

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в конструкциях шпинделей привода прокатных станов, муфт и шарнирных соединений в узлах машины друтого назначения, и является усовершенствованием известного шарнира по ант. св, N 1098597.

Цель изобретения — повышение нагрузочной способности шарнира при сохранении его статической определенности.

На фиг. 1 изображен универсальный шарнир, поперечный разрез; на фиг. 2 — разрез А-A на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б — Ь на фиг. 1: на фиг. 4-схематически изображено поперечное сечение шарнира с указанием действующих моментон, усилий и классов кинематических пар.

Универсальный шарнир содержит наружную обойму 1 и внутреннюю головку 2 с гнездами 3 и 4 на поверхностях, обращенных одна к другой. В гнездах размещены дна ряда элементов качения, внутренний из которых выполнен в виде цилиндрических роликов 5 с цилиндрическим углублением 6 на поверхностях вращения и уложен в гнездах головки, а наружный выполнен в виде бочкоооразных роликов 7 с цилиндрическим углублением 8 на поверхностях вращения и уложен н гнездах обоймы.

На головке может быть закреплена насадка

9 со сферической либо бочкообразной наружной поверхностью, которая имеет окна для прохода роликов 5 и 7 без соприкосновения с насадкой 9. Цилиндрические ролики 5 своими углублениями 6 контактируют с поверхностями вращения бочкообразных роликов 7, которые своими углублениями 8 контактируют с поверхностями вращения цилиндрических роликов 5. Гнезда обоймы и головки выполнены цилиндрическими с радиусами, большими радиусов, уложенных в них элементов качения, т.е. 1 > R) и R< > 11з, что обеспечивает

1 перемещение элементов качения н поперечном сечении шарнира с одновременным смещением в радиальном и тангенциальном направлениях.

Предлагаемый универсальный шарнир целесообразен для общего случая работы по схеме

"сдвоенного шарнира", когда обойма (голонка) установлена в опоре, образующей кинематическую пару Ч класса, а головка (обойма) установлена н опоре, образующей кинематическую пару III класса.

Кроме цилиндрической формы гнезд 3 и 4 возможна иная, имеющая н поперечном сечении вид других кривых помимо дуг окружностей либо нид V-образно расходящихся прямых. Необходимо, чтобы эта форма обеспечи,вала перемещение элементов качения н попсречном сечении с одновременным смещением н радиальном и тангенциальном направлениях, т.е. чтобы имелись соответствующие тангенциальные зазоры. Элементы качения могут быть выполнены в виде роликов другой формы или шариков. Если необходимо компенсировать помимо углового перекоса небольшие радиальные смещения соединяемых валов, насадка 9 может отсутствовать, а вместо нее на головке

IÎ 2 должно быть установлено ограничительное кольцо 5 для роликов (не показано).

В процессе работы шарнира наружная обойма 1 вращается с некоторой угловой скоростью и передает движущий крутящий момент

15 зз ч.н,, котоРый пРеодолевает момент сопРотнвления Мсопр., действующий на внутреннюю головку 2. В результате действия двух указанных моментов н противоположных направлениях, происходит выборка зазоров в шарни2п ре и некоторое угловое смещение обоймы 1 и головки 2 одна относительно другой (фиг. 4), В процессе выборки зазоров бочкообразные ролики 7 перемещаются в цилиндрических

25 гнездах 3, а цилиндрические ролики 5 — в гнездах 4 с одновременным смещением в радиальном и тангенциальном направлениях. В процессе перемещения цилиндрические ролики 5 проскальзывают своими углублениями

6 относительно поверхностей вращения бочкообразных роликов 7, которые проскальзывают своими углублениями 8 относительно поверхностей вращения цилиндрических роликов 5. При этом каждый ролик в отдельности во:здействует на остальные ролики и оп35 ределяет их положение. В результате этого нсе ролики 7 поддерживаются в состоянии, когда на них действуют одинаковые усилия

N < а ролики 5 давят на головку с одинаковыми усилиями N..

4С а

При этом

I) ñàïð соп р

М д,= )а Nz= л4, лL2

) где I1 — количество роликов н ряду; и L, — плечи приложения сил относительно оси вращения.

При компенсации углового перекоса обой5г1 мы 1 и головки 2 одна OIíoñèòåëüèî другой, обойма 1 перекатывается относительно бочкообразных роликов 6, тем самым его компенсируя, а насадка 9, если она имеется в конструкции, дополнительно центрирует обойму 1 и головку 2 одна относительно другой. Шарнир допускает осевое смещение голонки 2 относительно обоймы 1 с роликами

7 в местах контакта роликов 5 и 7.

1222345

В процессе работы все ролики шарнира по-! стоянно передают крутящий момент и шарнир является статически определенным. Убедиться в этом можно, если проанализировать структуру шарнира по формуле: 5

q=W-6„6P„i4Р Зр г <р

iv и гг г р где 1, — число избыточных связей;

W — подвижность механизма; и — количество подвижных звеньев;

1" - Є— количество кинематических пар соответствующего класса.

Структуру шарнира анализируют с учетом внешних опор; W 2 и состоит из основной подвижности и осевой подвижности обоймы

1 с роликами 7 относительно головки 2 с роликами 5; tt = 22, двадцать роликов, обой ма и головка, учитывая то, что насадка 9 и головка 2 составляют одно звено.

Цилиндрические ролики 5, установленные в гнездах 4, образуют кинематические пары

IV класса, так как имеют две подвижности вращение вокруг оси и одно относительное перемещение, Бочкообразные ролики 7, установленные в гнездах 3, образуют кинематические пары Il класса, так как имеют четыре подвижности — поворот относительно трех осей и одно относительное перемещение с одновременным смещением в радиальном и тангенциальном направлениях.

Бочкообразные ролики 7 в местах контакта своими углублениями 8 с цилиндрическими роликами 5 образуют кинематические пары IV класса, так как имеют две подвижности — поворот относительно оси цилиндрического ролика 5 и смещение вдоль этой оси.

Цилиндрические ролики 5 в местах контакта своими углублениями 6 с бочкообразными роликами 7 образуют кинематические пары

It класса, так как в этих местах имеются четыре подвижности поворот бочкообразного ролика относительно трех осей и смещение вдоль осей роликов. Насадка 9 с обоймой 1 образуют кинематическую пару II класса, имея четыре подвижности — поворот относительно

10 трех осей .и осевое смещение, Таким образом Р = 1 — наружная враща,тельная опора обоймы (головки), Р „ 20— ,ролики. 5 с головкой 2 и ролики 5 с впа15 динами 8 роликов 7, Р = 1 — наружная сферическая опора головки (обоймы), 21 — бочкообразные ролики 7 с впадинами 6 роликов 5, ролики 7 с обоймой 1, насадка 9 с обоймой 1 и Р = О, 2Оaq=о.

Вследствие того, что между рядами элементов -качения контакт двух выпуклых поверхностей заменен контактом выпуклых—

25 вогнутых поверхностей, в пределах заданного габарита повышается нагрузочная способность по условиям контактной прочности. Предлагаемое техническое решение также позволяет в пределах заданного габарита несколько увеЗО личить диаметр элементов качения, что снижает контактные напряжения в местах взаимодействия с головкой и обоймой. Все эти преимущества реализованы при сохранении статической определенности шарнира, при

35 этом нагрузка в процессе работы равномер но распределена между всеми элементами качения каждого ряда.

\ фиъ2

1222345

Фиг 3

Составитель M. Коровина

Техред О.Сопко Корректор М. Демчик

Редактор М. Бланар

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 1б41/7 Тираж 518 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5