УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШАРНИР Российский патент 1998 года по МПК F16D3/26 

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к автомобиле-, тракторо-, сельхозмашиностроению и т.д. В частности, к универсальным сферическим шарнирам, например, в управляющих ведущих мостах транспортных средств. Но может быть использовано и в других отраслях промышленности.

Целью изобретения является уменьшение удельных габаритов механизма на единицу передаваемой мощности с одновременным снижением удельных контактных напряжений на рабочих поверхностях взаимодействующих деталей и упрощение геометрических форм сопрягаемых узлов механизма.

Известны четырехзвенные шарнирные сферические механизмы (см. Справочное пособие для инженеров, конструкторов и изобретателей". И.И. Артоболевский. Т. 1, с. 265, механизмы 525 и 526. - М.: Наука, 1979) или применяемые в автомобилестроении на приводных управляемых мостах универсальные шарниры с промежуточными шариковыми элементами между ведущим и ведомым звеньями, имеющие контактные рабочие поверхности второго и третьего порядка, а также шарниры, передающие крутящий момент с ведущего на ведомое звено посредством плоских контактных поверхностей по а.с. N 856271, 12255948, 1368525 и 1606765.

Универсальный шарнир по а.с. N 1368525, кл. F 16 D 3/26, 28.01.88, как конструктивно наиболее близкий предлагаемому техническому решению, принимая за прототип.

Этот универсальный шарнир содержит ведущую и ведомую вилки, охватывающие соединительное звено более чем на 180 градусов. Соединительное звено представляет собой сборную конструкцию из пересекающихся под прямым углом и скрепленных между собой наборов из двух двойных дисков.

Самым существенным недостатком технического решения по а.с. N 1368525 является то, что его контактные конические рабочие поверхности с углом 45^o к оси поворота вилки на промежуточном соединительном звене на перпендикулярны к действующим силам при передаче крутящего момента.

На контактных поверхностях под углом 45^o, нормальное усилие от передаваемого момента, в соответствии с законами механики, порождает такое же радиальное усилие, действующее на ветви вилок ведущего и ведомого звеньев изнутри. Это вынуждает исполнять указанные вилки усиленного мечения или снижать удельные нагрузки путем снижения передаваемой мощности.

В предлагаемом техническом решении контактные рабочие поверхности плоские и практически перпендикулярны к действующим силам при передаче крутящего момента. Поэтому радиальные усилия, возникающие на контактных площадках, незначительны и составляют доли процента от действующих нормальных сил. И, кроме того, конструктивно площадь рабочих контактных поверхностей может быть увеличена не только за счет физических размеров самих элементов, но и увеличением количества единиц поверхностей в тех же габаритах, выполнением дополнительных канавок и ребер на образующих поверхностях соединительного звена и вилок.

Достигается это тем, что рабочий профиль вилок ведущего и ведомого звеньев не V-образный, как у прототипа, а в виде кругового паза прямоугольного сечения, шириной равного толщине диска соединительного звена и диаметром по дну паза равным диаметру диска. Цилиндрические поверхности вилок и соединительного звена обеспечивают им только взаимную вращательную подвижность, как пары вращения, до 70 - 80^o (по 35 - 40^o в обе стороны каждой вилкой), а плоские торцевые поверхности рабочего профиля вилок и соединительного звена воспринимают и передают во время работы только нормальные усилия от вращательного момента.

Предлагаемый универсальный шарнир содержит соединительное звено из двух пересекающихся под прямым углом, скрепленных между собой дисков, две вилки, имеющие внутренние цилиндрические поверхности, охватывающие цилиндрические поверхности дисков соединительного звена, на которых выполнена одна или более канавок прямоугольного сечения, а по внутренним цилиндрическим поверхностям вилок выполнены ответные им выступы.

При взаимном исполнении ведущей и ведомой вилок с оптимальными зазорами по диаметру дисков соединительного звена часть крутящего момента может передаваться и через контакт самих образующих цилиндрических поверхностей. Это способствует возникновению радиальных усилий на вилках, но и снижает удельную нагрузку на торцевых рабочих поверхностях механизма.

Для увеличения количества рабочих контактных поверхностей между вилками и соединительным звеном, с целью снижения удельных контактных напряжений, на их цилиндрических поверхностях дополнительно выполняют одну или более круговую канавку. Между канавками на цилиндрических поверхностях вилок и дисков соединительного звена образуются круговые ребра. Выполняются они таким образом, чтобы круговые ребра входили в кольцевые канавки дисков соединительного звена, а круговые ребра на дисках входили в кольцевые канавки вилок. При одной канавке на цилиндрической поверхности диска образуются два кольцевых ребра, для которых на цилиндрической поверхности вилки выполняются две ответные канавки. При двух канавках на диске образуются три ребра и соответственно на вилках выполняются три ответные им канавки, и т.д.

Соединительное звено выполнено в виде двух дисков с поперечными сквозными прямоугольными пазами шириной равной толщине сопрягаемого с ним диска. Глубина паза в диске до половины его диаметра. Диски взаимно вложены в поперечные пазы друг друга и скреплены между собой, образуя крестовину из пересекающихся под прямым углом осей, у которых диаметр самих осей больше их длины.

С целью механического усиления сопряжения между дисками, передающего крутящий момент с одного диска на другой, по внешней линии их сопряжения, на торцах выполнены упоры в виде приливов по кромкам сквозных пазов со скошенной под углом 45^o плоскостью, обращенной к пазу. Этими наклонными площадками упоры соприкасаются друг с другом в собранном виде. Этим увеличивают контактную площадь между дисками. И, поскольку ширина поперечного паза и толщина диска равны между собой, то эти скошенные контактные площадки разъема между дисками лежат в геометрической плоскости, проходящей по осям обоих дисков.

Суть предлагаемого технического решения изображена на прилагаемых чертежах.

На фиг. 1 изображен пример исполнения шарнира с кольцевыми рабочими канавками и ребрами прямоугольного сечения, выполненными на ведущей и ведомой вилках и дисках соединительного звена, в сборе. Шарнир состоит из ведущего 1 и ведомого 11 звеньев, связанных между собой соединительным звеном, состоящим из двух взаимно перпендикулярных дисков 2 и 12, оси которых пересекаются в плоскости А-А.

На фиг. 2 изображено сечение шарнира в плоскости А-А фиг. 1. В центральной части этого сечения размещены совпадающие с плоскостью чертежа торцевые стенки поперечных пазов разъема дисков 2 и 12. В сборе на торцевых стенках пазов выполнено отверстие под стопорный штифт 10.

На фиг. 3 отдельно изображено соединительное звено шарнира в сборе, состоящее из дисков 2 и 12. На цилиндрической поверхности диска, по его ободу, выполнены канавки с рабочими поверхностями 5 и образованные канавками кольцевые ребра 6. Соответственно на диске 12 выполнены канавки с рабочими поверхностями 15 и ребра 16.

На фиг. 3.1 - вид соединительного звена фиг. 3 справа.

На фиг. 3.2 - вид соединительного звена фиг. 3 слева.

На фиг. 4 изображен диск 2 соединительного звена.

В самом диске, кроме рабочих канавок и ребер на ободе, выполнен сквозной поперечный паз с торцевой стенкой 4 и боковыми стенками 3. На обоих торцах дисков 2 и 12 выполнены боковые упоры 7 с наклонными поверхностями 8.

На фиг. 4.1 и 4.2 соответственно изображены виды справа и слева фиг. 4.

Сборка шарнира осуществляется следующим образом.

Отдельные диски 2 и 12 вводятся поперечными пазами на ветвь соответствующей каждому вилки. Ребра дисков совмещаются с канавками вилок. Вращением дисков внутри вилок заводят их в вилки до тех пор, пока поперечный паз откроется между ветвями вилки. Затем обе вилки с дисками соединяют путем взаимного введения дисков в пазы друг друга до упора и совмещения отверстий под стопорный штифт.

При работе универсального шарнира поворот одной из вилок на некоторый угол вокруг собственной оси передает это движение через контактные площадки на соединительное звено, поворачивая его на тот же угол. Соединительное звено подобным же образом передает это движение на другую вилку, сообщая ей поворот на такой же угол вокруг ее собственной оси.

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно для транспортных средств. Универсальный шарнир для передачи вращательного движения между валами в месте пересечения осей для валов с пересекающимися осями не под постоянным углом, содержит ведущую и ведомую вилки с промежуточным звеном. Достигается это тем, что все контактные поверхности ведущей и ведомой вилок, а также и соединительного звена выполнены плоскими и цилиндрическими, т.е. все поверхности первого порядка. Контакт между взаимодействующими деталями осуществляется по площадкам, а не линейный или точечный. Размер контактных площадок варьируется. Технический результат - уменьшение габаритов механизма с возможностью встраивания его в другие функциональные узлы, например, размещение шарнира внутри поворотного шкворня на управляемых приводных колесах автомобиля, тракторов, и т.д. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Универсальный шарнир, содержащий соединительное звено, состоящее из двух пересекающихся под прямым углом и скрепленных между собой дисков, две вилки с внутренними цилиндрическими поверхностями, охватывающие диски соединительного звена, отличающийся тем, что на боковых цилиндрических поверхностях дисков соединительного звена выполнена одна или более канавок прямоугольного сечения, а на внутренних цилиндрических поверхностях вилок выполнены ответные им выступы. 2. Универсальный шарнир по п.1, отличающийся тем, что диски выполнены со сквозными поперечными пазами, по кромкам которых выполнены упоры со скошенной под 45^o плоскостью, обращенной к сквозному пазу, а в плоскости, проходящей по осям дисков, выполнено отверстие под стопорный штифт.