СДВОЕННЫЙ ШАРНИР /ЕГО ВАРИАНТЫ/ Российский патент 2007 года по МПК F16D3/30 

Изобретение относится к шарнирам равных угловых скоростей /ШРУС/ и предназначено в основном для транспорта.

Известны шариковые ШРУС, недостатком которых является сложность изготовления, недостаточные износостойкость и нагрузочная способность, так как шарики в них работают с трением в точке. Известны карданные шарниры /см. а.с. СССР №846847 - аналог/, но они не обеспечивают равенства угловых скоростей при передаче вращения под углом.

Оба варианта предлагаемого ШРУС /далее - "шарнир"/ представляют собой усовершенствование карданного вала с двумя шарнирами Гука, поэтому рассмотрим его работу на фиг.1. Шарнир Гука при работе под углом передает вращение с неравномерной угловой скоростью. Однако, если карданный вал имеет два зеркально симметричных шарнира Гука /т.е. на ведущем и ведомом валах вилки крестовин расположены в одной плоскости/, если оси ведущего и ведомого валов пересекаются /а не перекрещиваются в пространстве/ и если угол карданного вала с ведущим и ведомым одинаков /т.е. угол ОАД=углу ОДА/, то неравномерность вращения, возникшая в первом шарнире Гука, полностью компенсируется во втором, и при этом ведущий и ведомый валы вращаются с равной угловой скоростью.

Так как треугольник ОАД равнобедренный /т.е. ОА=ОД/, то точка "О" пересечения осей ведущего и ведомого валов находится на одинаковом удалении от центров обоих шарниров Гука.

1 вариант предлагаемого сдвоенного шарнира получается при уменьшении длины промежуточного карданного вала до нуля, т.е. оси "В" и "С" вала с фиг.1 совмещаются. Получается шарнир, имеющий три последовательно перпендикулярных оси вращения /см. фиг.2/ и состоящий из 4 деталей: малой вилки 1, крестовины 2, промежуточной детали, которую назовем полукрест 3, и большой вилки 4.

Однако получившийся шарнир имеет лишнюю степень свободы /как и карданный вал на фиг.1/. Для того чтобы соблюдались условия равенства угловых скоростей, совмещенная ось "ВС" /на фиг.2 она выглядит как точка в центре шарнира/ должна находиться под одинаковым углом к ведущему и ведомому валам. Для этого шарнир имеет механизм угловой симметризации оси полукреста /она перпендикулярна осям вилок/, т.е. оси ВС.

Возможны несколько способов такой симметризации, рассмотрим 3 из них.

Подвариант 1а. Шарнир имеет соосные оси полукреста направляющие 5 /см. фиг.3 показана только с одной стороны/, по которой скользит ползун 6, состоящий из двух частей 6а и 6б /см. фиг.4/. Ползун соединен рычагами 7 равной длины с ушками 8 на ведущем и ведомом валах, равноудаленными от центра шарнира /точки пересечения всех трех осей/.

При этом при любом взаимном перемещении валов ось полукреста будет под одинаковым углом к обоим валам. Конструктивно направляющие 5 могут представлять собой просто сильно удлинненые чашки игольчатого подшипника оси "ВС" полукреста /см. фиг.4/.

Подвариант 1б. Механизм симметризации оси полукреста представляет собой два шестеренчатых колеса 9, одно из которых неподвижно закреплено на большой вилке 4 соосно оси вилки, а второе такое же - подвижно на оси большой вилки и связано через кольцевую направляющую, расположенную на малой вилке в плоскости этой вилки /плоскость, образованная осью вилки и осью вала /с малой вилкой, /см. фиг.5, 6, где для наглядности изображены только зубчатые колеса механизма симметризации, а кольцевая направляющая, полукрест и крепления колес не показаны/. Эти два зубчатых колеса попарно последовательно соединены двумя или четырьмя зубчатыми колесами 10, каждое из которых соединено с одним колесом 9 и с одним колесом 10. Зубчатые колеса 10 расположены на полукресте.

При взаимном перемещении колес 9 связанная пара колес 10 будет, прокатываясь по ним, перемещаться на вдвое меньший угол, и таким образом всегда оставаться на биссектрисе угла между ними. При этом произвольная точка на оси полукреста окажется равноудалена от осей валов, и, следовательно, ось будет находиться к ним под одинаковым углом.

Подвариант 1в подобен подварианту 1б, но вместо цилиндрических зубчатых колес 9 имеет два аналогично расположенных конических зубчатых колеса 11, с которым обоюдно связано /одно или несколько/ коническое зубчатое колесо 12, закрепленное на полукресте. При взаимном перемещении колес 11 колесо 12, прокатываясь между ними, будет перемещаться на вдвое меньший угол, всегда оставаясь на биссектрисе угла между колесами, а ось полукреста всегда будет находиться под одинаковым углом к ведущему и ведомому валам.

Вариант 2 представляет собой короткий карданный вал переменной длины, который с помощью внутреннего /если карданный вал полый/ или внешнего шарового шарнира симметрирован относительно ведущего и ведомого валов. При этом соблюдаются условия равных угловых скоростей /см. фиг.1/.

Если применялись крестовины в виде кольца, с достаточно большим отверстием по продольной оси, в которое могла бы войти шлицевая часть карданного вала, то размеры карданного вала можно уменьшить до такой степени, что продольные размеры шарнира будут определяться только возможностью соударения вилок ведущего и ведомого валов при заданном угле отклонения шарнира. То есть приблизятся к пропорциям квадрата, хорошо вписывающегося в сферу. В этом случае, если размеры шарнира будут примерно адекватны размерам шарового ШРУС.

На фиг.1 изображен двухшарнирный карданный вал, где А, В, С и D - оси шарниров Гука, а точка "О" - пересечение осей ведущего и ведомого валов. На фиг.2, 3, 4 изображен шарнир по варианту 1а, где 1 - малая вилка, 2 - крестовина, 3 - полукрест, 4 - большая вилка, 5 - направляющая /стержень/, соосная оси полукреста, 6 - ползун, состоящий из двух частей 6а и 6б, 7 - рычаги, 8 - ушки на валах.

На фиг.5, 6 изображен механизм симметризации по варианту 1б, где 9 и 10 - зубчатые колеса.

На фиг.7, 8 изображен механизм симметризации по варианту 1в, где 11 и 12 - конические зубчатые колеса.

На фиг.9, 10 изображен шарнир по варианту 2, где 13 ведомый и ведущий валы, соединеные шаровым шарниром 14. Валы шарнирно соединены с крестовинами 15, имеющими вид кольца с четырьмя ортогональными отверстиями (фиг.10). По другой оси крестовины соединены с телескопическим карданным валом 16, состоящим из двух частей 16а и 16б, соединенных шлицами.

Работает шарнир на фиг.9 так: один из валов 13 через крестовину 15 шарнира Гука вращает карданный вал 16, который сам вращаясь неравномерно, передает вращение на второй вал 13 с обратно пропорциональной неравномерностью, в результате чего валы 13 вращаются с равными угловыми скоростями.

Применение шарнира позволит повысить долговечность ШРУС на транспорте.

Изобретение относится к шарнирам равных угловых скоростей и предназначено в основном для транспорта. Сдвоенный шарнир по одному из вариантов состоит из двух вилок и крестовины, дополнительной промежуточной детали. Упомянутая деталь имеет две проушины, соединенные с крестовиной шарнира, и два шипа, соединенные с вилкой одного вала, при этом имеет две оси вращения, а одна из осей - общая с осью крестовины. Также дополнительная промежуточная деталь снабжена механизмом угловой симметризации, выполненным с возможностью обеспечения нахождения указанной оси крестовины под одинаковыми углами к ведущему и ведомому валам. Механизм угловой симметризации может представлять собой направляющую, соосную оси дополнительной промежуточной детали, шарнирный ползун или ползуны на ней, шарнирно соединенные рычагами с ведущим и ведомым валами, причем точки крепления шарниров на валах равноудалены от центра шарнира. Механизм угловой симметризации может представлять собой 4 или более цилиндрических зубчатых колеса, первое и второе из которых одинакового размера и закреплены одно - неподвижно на одной вилке и соосно ее оси, а второе - подвижно на этой же оси и связано кольцевой направляющей со второй вилкой в плоскости этой вилки. Третье и четвертое зубчатые колеса - взаимно одинакового размера - размещены на оси дополнительной промежуточной детали и попарно последовательно соединены с первым и вторым зубчатыми колесами. Механизм угловой симметризации может представлять собой 3 или более конических зубчатых колеса, два из которых одинакового размера и закреплены одно - неподвижно на одной вилке и соосно ее оси, а второе - подвижно на этой же оси и связано кольцевой направляющей со второй вилкой в плоскости этой вилки, а третье коническое зубчатое колесо закреплено на оси дополнительной промежуточной детали с возможностью зацепления с двумя первыми. Сдвоенный шарнир по другому варианту состоит из двух шарниров Гука, имеет полый телескопический карданный вал, а ведущий и ведомый валы соединены внутренним шаровым шарниром, равноудаленным от обеих крестовин. При этом крестовина или крестовины шарнира могут быть выполнены в виде кольца. Технический результат заключается в повышении долговечности шарнира равных угловых скоростей. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Сдвоенный шарнир, состоящий из двух вилок и крестовины, отличающийся тем, что имеет дополнительную промежуточную деталь, имеющую две проушины, соединенные с крестовиной шарнира, и два шипа, соединенные с вилкой одного вала, и у которой две оси вращения, причем одна из осей - общая с осью крестовины, при этом упомянутая дополнительная промежуточная деталь снабжена механизмом угловой симметризации, выполненным с возможностью обеспечения нахождения указанной оси крестовины под одинаковыми углами к ведущему и ведомому валам.2. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что механизм угловой симметризации представляет собой направляющую, соосную оси дополнительной промежуточной детали, шарнирный ползун или ползуны на ней, шарнирно соединенные рычагами с ведущим и ведомым валами, причем точки крепления шарниров на валах равноудалены от центра шарнира.3. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что механизм угловой симметризации представляет собой 4 или более цилиндрических зубчатых колеса, первое и второе из которых одинакового размера и закреплены: одно неподвижно на одной вилке и соосно ее оси, а второе подвижно на этой же оси и связано кольцевой направляющей со второй вилкой в плоскости этой вилки, а третье и четвертое зубчатые колеса - взаимно одинакового размера - размещены на оси дополнительной промежуточной детали и попарно последовательно соединены с первым и вторым зубчатыми колесами.4. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что механизм угловой симметризации представляет собой 3 или более конических зубчатых колеса, два из которых одинакового размера и закреплены: одно неподвижно на одной вилке и соосно ее оси, а второе подвижно на этой же оси и связано кольцевой направляющей со второй вилкой в плоскости этой вилки, а третье коническое зубчатое колесо закреплено на оси дополнительной промежуточной детали с возможностью зацепления с двумя первыми.5. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что крестовина или крестовины шарнира выполнены в виде кольца.6. Сдвоенный шарнир, состоящий из двух шарниров Гука, отличающийся тем, что имеет полый телескопический карданный вал, а ведущий и ведомый валы соединены внутренним шаровым шарниром, равноудаленным от обеих крестовин.7. Шарнир по п.5, отличающийся тем, что крестовина или крестовины шарнира выполнены в виде кольца.