ШАРНИР РАВНЫХ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ Российский патент 1997 года по МПК F16C11/06 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть применено в трансмиссионных валах, передающих крутящий момент от силового агрегата транспортного средства к движителю.

Известен внутренний шарнир привода колеса, содержащий корпус, сепаратор, внутреннюю обойму и шарики. В корпусе шарнира и в обойме выполнены дорожки для размещения шариков, а обойма неподвижно закреплена на ведущем валу. В сепараторе выполнены окна, в которых установлены шарики. Сепаратор своей внутренней сферой контактирует с наружной сферой обоймы, а наружной сферической поверхностью соприкасается с внутренним диаметром корпуса шарнира [1]
Недостатком такой конструкции является то, что вал с обоймой, сепаратор и шарики кинематически замкнуты друг на друге и могут перемещаться относительно корпуса шарнира только вместе. При этом невозможно полностью реализовать процесс качения шариков, и при работе шарнира преобладает процесс скольжения, сопровождающийся повышенными осевыми усилиями, приводящими к дополнительным потерям на трение и к ухудшению эксплуатационных качеств шарнира.

Наиболее близким из аналогов к заявляемому техническому решению является синхронный шарнир, содержащий полый наружный корпус с дорожками качения на внутренней поверхности, расположенный в полости внутренний корпус с дорожками качения на наружной поверхности, расположенными напротив дорожек качения наружного корпуса, причем в дорожках корпусов расположены шарики. Сепаратор установлен между корпусами и управляется с одной стороны своей наружной сферической поверхностью, контактирующей с внутренней поверхностью наружного корпуса, а с другой стороны внутренней сферической поверхностью, контактирующей с поверхностью управляющей втулки, установленной на внутреннем корпусе. Причем управляющая втулка находится в зоне расположения шариков, имеет выемки под них и установлена на внутреннем корпусе в зоне дорожек качения шариков по этому корпусу [2]
Наряду с преимуществами такого технического решения по сравнению с предыдущим в части обеспечения процесса качения шариков оно обладает рядом недостатков. Так, например, то, что управляющая втулка находится в зоне размещения шариков предполагает наличие в ее теле выемок, которые снижают жесткость детали и приводят к технологическим сложностям при ее изготовлении. Расположение управляющей втулки над дорожками качения обуславливает уменьшение толщины стенки сепаратора, что сказывается на жесткости и прочности сепаратора и на величине рабочих углов в шарнире, которые ограничиваются выходом точки контакта шарика с окном сепаратора за кромку окна при работе шарнира под углом. Таким образом, даже при условии сглаживания только технологических недостатков путем применения сложного высокоточного оборудования и повышенных затрат на производство такая конструкция не обеспечит приемлемые рабочие углы в шарнире и его достаточную надежность в эксплуатации.

Задачей изобретения является улучшение технических характеристик шарнира, повышение надежности конструкции наряду с ее упрощением.

Задача решается следующим образом. В шарнире равных углевых скоростей, содержащем полый корпус с дорожками качения на внутренней цилиндрической поверхности, расположенный внутри корпуса вал с дорожками качения, шарики, расположенные в дорожках качения корпуса и вала и в окнах установленного между корпусом и валом сепаратора, имеющего на наружной поверхности сферический участок, контактирующий с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, и сферический участок на внутренней поверхности, контактирующий со сферической поверхностью управляющей втулки, установленной на валу с возможностью скольжения, согласно изобретению на валу установлено упорное кольцо, управляющая втулка установлена на участке вала за границей его дорожек качения с возможностью контакта торцом с упорным кольцом, причем торец управляющей втулки, обращенный к шарикам, расположен на расстоянии большем, чем радиус шарика, от плоскости, проходящей через центры шариков.

Сравнение заявляемого технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета показывает, что совокупность существенных признаков этого решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Целесообразно дорожки качения вала выполнить на поверхности обоймы, неподвижно установленной на валу.

Кроме того, с целью повышения технологичности сборки шарнира целесообразно выполнить одно из следующих мероприятий. Либо на внутренней поверхности сепаратора выполнить продольные пазы, расстояние между двумя диаметрально противоположными точками которых не меньше наружного диаметра управляющей втулки. Либо на сферической поверхности управляющей втулки необходимо выполнить по крайней мере одну лыску, расстояние от которой до диаметрально противоположной точки поверхности втулки не превышало бы внутреннего диаметра сепаратора со стороны его внутренней сферической поверхности.

На фиг.1 показан шарнир равных угловых скоростей, продольный разрез; на фиг. 2 вариант выполнения сепаратора, вид со стороны сферического отверстия; на фиг. 3 разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 управляющая втулка; на фиг.5 - процесс подсборки вариантно выполненного сепаратора с управляющей втулкой; на фиг.6 вариант выполнения управляющей втулки; на фиг.7 процесс подсборки сепаратора с вариантно выполненной управляющей втулкой.

Шарнир равных угловых скоростей содержит полый корпус 1 с дорожками качения 2 на внутренней цилиндрической поверхности 3, расположенный внутри корпуса вал 4 с дорожками качения 5, которые могут быть выполнены либо на поверхности вала, либо на поверхности обоймы 6, неподвижно закрепленной на валу. Шарики 7, расположенные в дорожках качения 2 и 5, установлены в окнах 8 сепаратора 9. На наружной поверхности сепаратора выполнен сферический участок 10, которым он контактирует с внутренней цилиндрической поверхностью 3 корпуса. На внутренней поверхности сепаратора имеется сферический участок 11, которым он контактирует со сферической поверхностью 12 управляющей втулки 13, установленной на валу 4 с возможностью скольжения по нему. Торец 14 управляющей втулки должен быть расположен от плоскости, перпендикулярной оси вращения шарнира и проходящей через центр "О" шарика, на расстоянии, не меньшем радиуса R шарика. А сама управляющая втулка 13 должна быть установлена на участке вала 4 вне дорожек качения 5. Относительные продольные перемещения корпуса 1 и вала 4 ограничиваются, с одной стороны, за счет возможности контакта торца 14 управляющей втулки и обоймы 6, а с другой стороны, за счет возможности контакта торца 15 управляющей втулки и упорного кольца 16.

В частном случае исполнения сепаратора на его внутренней поверхности могут быть выполнены продольные пазы 17, расстояние между двумя диаметрально противоположными точками которых не должны быть меньше наружного диаметра управляющей втулки 13.

В частном случае исполнения управляющей втулки на ее сферической поверхности 12 может быть выполнена на крайней мере одна лыска 18, расстояние от которой до диаметрально противоположной точки поверхности втулки должно быть не более внутреннего диаметра сепаратора со стороны отверстия со сферической поверхностью.

На фиг.5 показан процесс подсборки вариантно выполненного сепаратора 9 с продольными пазами 17, между которыми находятся участки сферической поверхности 11, с управляющей втулкой 13. Втулка 13 вводится во внутреннюю полость сепаратора по пазам 17, разворачивается вокруг оси О-О до совмещения ее сферической поверхности 12 с ближайшими участками сферической поверхности 11 сепаратора, затем разворачивается вокруг оси О-О на 90^o в рабочее положение.

На фиг.7 показан процесс подсборки сепаратора 9 с вариантно выполненной управляющей втулкой 13, имеющей лыски 18. Втулка 13 вводится во внутреннюю полость сепаратора, причем лыски 18 для обеспечения собираемости располагаются параллельно продольной оси сепаратора. Затем втулка разворачивается по часовой стрелке до совмещения участков сферической поверхности 12 втулки со сферической поверхностью 11 сепаратора. При этом лыски втулки располагаются в районе продольной оси сепаратора. Последним этапом втулка разворачивается вокруг оси О-О на 90^o в рабочее положение.

Подсобранный с управляющей втулкой 13 сепаратор 9 устанавливается на вал 4 (фиг.1) и фиксируется упорным кольцом 16. Затем в окна 8 сепаратора устанавливаются шарики 7 до упора в дорожки 5 вала. При необходимости сепаратор поворачивают вокруг продольной оси до совмещения окон с дорожками качения. Подсобранный сепаратор с управляющей втулкой, шариками и валом вводится в полость корпуса 1 так, чтобы дорожки качения 2 корпуса совместились с шариками 7, а сфера 10 сепаратора с участками цилиндрической поверхности 3 корпуса. Шарнир собран.

Работает шарнир следующим образом. Крутящий момент от главной передачи (не показана) передается на корпус 1 шарнира. И далее через дорожки 2 качения на внутренней цилиндрической поверхности 3 корпуса через шарики 7 и дорожки 5 качения на поверхности обоймы 6 на вал 4. Представленный шарнир допускает относительное осевое перемещение корпуса 1 и вала 4, что позволяет в процессе движения автомобиля изменяться длине трансмиссионного вала привода колеса (не показан). Это необходимо, например, при наезде ведущего колеса на неровности дороги. Кроме того, при вертикальных перемещениях ведущего колеса трансмиссионный вил его привода как бы переламывается в шарнире, который позволяет не только изменяться углу между корпусом 1 и валом 4, но и равномерно передавать крутящий момент под любым допустимым углом между ними. Это осуществляется посредством того, что сепаратор 9 контактирует своей наружной сферической поверхностью 10 с внутренней цилиндрической поверхностью 3 корпуса, а внутренней сферической поверхностью 11 со сферической поверхностью 12 управляющей втулки 13, за счет чего при возникновении угла между корпусом 1 и валом 4 шарики 7, установленные в окнах 8 сепаратора, располагаются в плоскости, делящей угол между корпусом 1 и валом 4 пополам.

Предложенное техническое решение позволяет упростить конструкцию шарнира, повысить ее надежность, а также улучшить его технические характеристики.

Использование: транспортное машиностроене и может быть применено в трансмиссионных валах, передающих крутящий момент от силового агрегата транспортного средства к ведущим колесам. Сущность изобретения: шарнир содержит корпус 1 с дорожками качения 2 на внутренней цилиндрической поверхности 3, расположенный внутри корпуса вал 4 с дорожками качения 5, шарики 7, находящиеся в дорожках качения корпуса и вала и расположенные в окнах 8 сепаратора 9, контактирующего с корпусом 1 и управляющей втулкой 13, установленной на валу 4. Для повышения надежности и упрощения конструкции шарнира торец 14 втулки, ближний к плоскости, проходящей через центры шариков, отстоит от этой плоскости на расстоянии, не большем радиуса шарика, а управляющая втулка 13 расположена на участке вала 1 за границей дорожек 5 качения шариков. 3 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. Шарнир равных угловых скоростей, включающий в себя полый корпус с дорожками качения на внутренней цилиндрической поверхности, расположенный внутри корпуса вал с дорожками качения, управляющую втулку, установленную на валу с возможностью скольжения, шарики, расположенные в дорожках качения корпуса и вала и в окнах установленного между корпусом и валом сепаратора, имеющего на наружной поверхности сферический участок, контактирующий с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, и сферический участок на внутренней поверхности, контактирующий со сферической поверхностью, выполненной на управляющей втулке, отличающийся тем, что на валу установлено упорное кольцо, управляющая втулка установлена на участке вала за границей его дорожек качения с возможностью контакта торцом с упорным кольцом, причем торец управляющей втулки, обращенный к шарикам, расположен на расстоянии, большем, чем радиус шарика, от плоскости, проходящей через центры шариков. 2. Шарнир по п. 1, отличающийся тем, что дорожки качения выполнены на обойме, неподвижно установленной на валу. 3. Шарнир по п.1 или 2, отличающийся тем, что на внутренней поверхности сепаратора выполнены продольные пазы, минимальное расстояние между двумя диаметрально противоположными точками которых не менее наружного диаметра управляющей втулки. 4. Шарнир по п.1 или 3, отличающийся тем, что на наружной поверхности управляющей втулки выполнена по крайней мере одна лыска, расстояние от которой до диаметрально противоположной точки наружной поверхности не больше внутреннего диаметра сепаратора со стороны его сферического участка.