УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШАРНИР Российский патент 2003 года по МПК F16D3/20 

Изобретение относится к машиностроению, атомобильной технике, а именно к универсальным шарнирным соединениям.

Известны шарнирные муфты, содержащие сферические поверхности касания с образованием низших кинематических пар и пальчикового кинематического соединения [1].

Недостатками таких муфт являются большой вес сферических элементов, недолговечность этих элементов в результате локального касания их поверхностей, высокая трудоемкость и малая прочность пальчикового соединения, которые не позволяют использовать такие муфты в качестве силового устройство.

Известен также универсальный шарнир, содержащий две полумуфты, соединенные промежуточным элементом, выполненным в виде шара. Каждая из полумуфт сопряжена с промежуточным элементом сферической поверхностью, а центры всех сферичесргих поверхностей расположены в кинематическом центре муфты [2].

Недостатком этого технического решения является недолговечность шарнира в результате локального касания поверхностей его элементов.

В качестве прототипа принят универсальный шарнир, содержащий две обращенные друг к другу полумуфты с полуосями, каждая из которых включает канавки, в которых помещены шарики [3].

В таком универсальном шарнире шарики выполняют роль связи между элементами шарнира, снижения трения между элементами и передаточного звена передачи силы и крутящего момента. Из-за небольшой площади соприкосновения шариков с канавками полумуфт их нельзя использовать для передачи больших нагрузок силы и крутящего момента.

Для изготовления таких универсальных шарниров требуется высокая точность выполнения всех деталей. Каждая деталь изготавливается на высокоточном специальном оборудовании, стоимость которого достигает миллионов долларов. В РФ такие станки не изготавливаются, а покупаются за рубежом.

Переналадка станков на изготовление универсальных шарниров другого габарита неосуществима из-за ограниченных функциональных возможностей станков производства деталей другого габарита высокой точности.

Целью предлагаемого изобретения является значительное увеличение передачи нагрузок силы и крутящего момента при тех же габаритах универсального шарнира, упрощение конструкции и значительное сокращение затрат на используемое технологическое оборудование.

Поставленная цель достигается тем, что универсальный шарнир содержит две обращенные друг к другу полумуфты с полуосями, каждая из которых включает канавки, в которых помещены шарики, полумуфты выполнены в виде вилок, дополнительно в него введен промежуточный элемент, состоящий из четырех соединенных между собой дисков, попарно связанных с вилкой соответствующей полумуфты, в каждом диске выполнена прорезь, проходящая до центра и совпадающая по направлению с прорезью соответствующей вилки полумуфты, вилки полумуфты и связанные с ними диски расположены таким образом, что упомянутый промежуточный элемент имеет вид шара, а связь дисков с соответствующими вилками полумуфт осуществляется с помощью шариков, помещенных в канавки, выполненные в вилках полумуфт и дисках, связанных с соответствующими полумуфтами, а прорези дисков могут быть выполнены в виде прямоугольника или трапеции.

На фиг.1 показан универсальный шарнир со снятым диском:, на фиг.2 - полумуфта; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 - диск промежуточного элемента; на фиг.5 - сечение В-В на фиг.4.

Универсальный шарнир содержит две обращенные друг к другу полумуфты 1 и 2, состоящие из вилки 3 и полуоси 4, выполненные заодно. Полумуфты 1 и 2 соединены промежуточным элементом 5, выполненным в виде шара. Промежуточный элемент 5 выполнен из четырех соединенных между собой дисков 6, 7, 8, 9, попарно связанных с вилкой соответствующей полумуфты. В каждом диске выполнена прорезь 10, проходящая до центра диска и совпадающая по направлению с прорезью соответствующей вилки полумуфты. Вилки 3 полумуфт 1, 2 и связанные в ними диски 6, 7, 8, 9 расположены таким образом, что упомянутый промежуточный элемент 5 имеет вид шара. Связь дисков 6, 7, 8, 9 с соответствующими вилками полумуфт 1, 2 осуществляется с помощью шариков 11, помещенных в канавки 12, 13, выполненные, соответственно, в вилках 3 полумуфт 1, 2 и дисках 6, 7, 8, 9, связанных с соответствующими полумуфтами. На фиг.1-5 показаны четыре канавки, выполненные в вилках полумуфт и дисках, в которые укладываются шарики. Таких канавок может быть 1, 2, 3, 4. Шарики выполняют также роль замкового соединения вилок полумуфт и промежуточного элемента. Для устранения выпадения шариков из канавок могут быть использованы предохранительные чеки.

На осях дисков могут быть выполнены выступы 14. Обращенные друг к другу выступы 14 попарно связанных дисков образуют ось, вокруг которой поворачивается вилка полумуфты. Прорези дисков 6, 7, 8, 9 могут быть выполнены в виде прямоугольника или трапеции, на фиг.1, 4 показаны прорези, выполненные в виде прямоугольника.

Универсальный шарнир работает следующим образом. Одну из полуосей, например, полумуфты 1 соединяют с силовозбудителем осевой силы и крутящего момента. Другую полуось, полумуфты 2, соединяют с приемником силы и крутящего момента. Передача силы и крутящего момента от полумуфты 1 к полумуфте 2 осуществляется через промежуточный элемент 5 и шарики 11, при этом угловые скорости полуосей полумуфт 1 и 2 равны.

Угол передачи крутящего момента определяет углы раскрытия прорезей вилок 3, при этом оси полумуфт пересекаются в центре дисков промежуточного элемента 5. Контакт между передающей и приемной полумуфтами осуществляется через промежуточный элемент 5 с помощью боковых поверхностей вилок 1 и 2 и дисков 6, 7, 8, 9 промежуточного элемента 5, а также с помощью шариков 11, уложенных в канавки 12, 13, выполненные в вилках полумуфт и дисках.

Таким образом, использование в универсальном шарнире полумуфт, выполненных в виде вилок, соединенных между собой промежуточным элементом, состоящим из четырех соединенных между собой дисков, попарно связанных с вилкой соответствующей полумуфты, при осуществлении связи дисков с соответствующими вилками с помощью шариков, помещенных в канавки, выполненные в вилках полумуфт и дисках, связанных с соответствующими полумуфтами, позволило в тех же габаритах универсального шарнира значительно увеличить нагрузочную способность за счет увеличения площади контактирующих поверхностей дисков промежуточного элемента и вилок полумуфт; упростить конструкцию универсального шарнира за счет выполнения промежуточного элемента из четырех одинаковых плоских дисков и полумуфт, выполненных в виде плоских вилок, причем изготовление деталей универсального шарнира не требует высокоточного дорогостоящего оборудования, а может быть осуществлено на токарно-фрезерных станках, выпускаемых заводами РФ; упростить сборку универсального шарнира за счет выполнения промежуточного элемента из четырех дисков, которые накладываются на плоскости вилок и фиксируются шариками, уложенными в пазы вилок и дисков, образуя монолитный блок.

Источники информации
1. А. С. N 1831603 МКИ F 16 D 3/41 "Универсальный шарнир", 1991, СССР.

2. А. С. N 625067 МКИ F 16 D 3/20 "Универсальный шарнир", 1974, СССР.

3. Прототип С. Н, Кожевников "Элементы механизмов", Госиздат Оборонной промышленности, М., 1965, стр.379.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к универсальным шарнирным соединениям. Универсальный шарнир содержит две обращенные друг к другу полумуфты с полуосями, каждая из которых включает канавки, в которых помещены шарики. Полумуфты выполнены в виде вилок. Дополнительно в него введен промежуточный элемент, состоящий из четырех соединенных между собой дисков, попарно связанных с вилкой соответствующей полумуфты. В каждом диске выполнена прорезь, проходящая до центра диска и совпадающая по направлению с прорезью соответствующей вилки полумуфты. Вилки полумуфт и связанные с ними диски расположены таким образом, что упомянутый промежуточный элемент имеет вид шара. Связь дисков с соответствующими вилками полумуфт осуществляется с помощью шариков, помещенных в канавки, выполненные в вилках полумуфт и дисках, связанных с соответствующими полумуфтами. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Универсальный шарнир, содержащий две обращенные друг к другу полумуфты с полуосями, каждая из которых включает канавки, в которых помещены шарики, отличающийся тем, что полумуфты выполнены в виде вилок, дополнительно в него введен промежуточный элемент, состоящий из четырех соединенных между собой дисков, попарно связанных с вилкой соответствующей полумуфты, в каждом диске выполнена прорезь, проходящая до центра диска и совпадающая по направлению с прорезью соответствующей вилки полумуфты, вилки полумуфт и связанные с ними диски расположены таким образом, что упомянутый промежуточный элемент имеет вид шара, а связь дисков с соответствующими вилками полумуфт осуществляется с помощью шариков, помещенных в канавки, выполненные в вилках полумуфт и дисках, связанных с соответствующими полумуфтами. 2. Универсальный шарнир по п. 1, отличающийся тем, что прорези дисков выполнены в виде трапеции.