ШАРНИР РАВНЫХ УГЛОВ СКОРОСТЕЙ, ВЫПОЛНЕННЫЙ БЕЗ ЛЮФТОВЫХ ЗАЗОРОВ Российский патент 2010 года по МПК F16D3/224 F16D3/16 

Изобретение относится к шарниру равных угловых скоростей, содержащему внешнюю часть шарнира с распределенными по окружности продольными внешними шариковыми дорожками, внутреннюю часть шарнира с распределенными по окружности внутренними шариковыми дорожками, передающие крутящий момент шарики, которые посажены в парах дорожек из соответствующих друг другу внешних и внутренних шариковых дорожек, а также кольцеобразный шариковый сепаратор, который посажен между внешней частью шарнира и внутренней частью шарнира и имеет распределенные по окружности окна шариков, в которых передающие крутящий момент шарики держатся в одной общей плоскости, причем по меньшей мере при частично вытянутом шарнире пары дорожек расширяются в соответствующем осевом направлении, шариковый сепаратор подпирается по оси во внешней части шарнира, и внутренняя часть шарнира имеет осевой зазор по отношению к шариковому сепаратору, причем предусмотрены средства для пружинящей подпорки внутренней части шарнира по отношению к внешней части шарнира, которые воздействуют на внутреннюю часть шарнира по отношению к внешней части шарнира в том же направлении, в котором расширяются пары дорожек.

Шарниры равных угловых скоростей вышеупомянутого вида обозначаются как твердые шарниры Рцеппа. В зависимости от выполнения внешних и внутренних шариковых дорожек эти шарниры включают UF-шарниры без выточек (undercut free), имеющие при рассмотрении по оси свободные от задних срезов шариковые дорожки, и АС-шарниры углового контакта (angular contact) со смещенными по оси относительно друг друга шариковыми дорожками в форме дуги. Наряду с этим также известны другие виды дорожек. Общим для упомянутых шарниров Рцеппа является признак, согласно которому пары из внешних и внутренних шариковых дорожек при вытянутом шарнире расширяются по меньшей мере в средней плоскости шарнира в одном соответствующем осевом направлении, причем иногда используется понятие ′клиновидного расширения′.

Таким образом, при передаче крутящего момента шарниром равных угловых скоростей возникает относительное осевое усилие между внешней частью шарнира и внутренней частью шарнира, которые должны подпираться по оси относительно друг друга так, чтобы шарнир не демонтировался. Для этого, как правило, используются сферические сопряжения поверхностей между внешней частью шарнира и шариковым сепаратором на его внешней стороне и между внутренней частью шарнира и шариковым сепаратором на его внутренней стороне.

Из патента DE 3114290 С2 известно, что отказываются от относительной подпоры между шариковым сепаратором и внутренней частью шарнира и от тонкой обработки соответствующих поверхностей, а вместо этого предусматривают осевую подпору между внутренней частью шарнира и внутренней шарообразной опорной поверхностью во внешней части шарнира. Связанная с внутренней частью шарнира опорная поверхность образуется при этом на части цапфы, которая по оси посажена на внутреннюю часть шарнира. При этом также предусмотрена пружинящая подпора части цапфы по отношению к внутренней части шарнира.

В случае вращающегося с наклоном шарнира равных угловых скоростей упомянутого вида появляются внутренние силы трения, которые, с одной стороны, с частотой оборотов производятся шариками, перемещающимися в обоих направлениях в парах дорожек, и, с другой стороны, соответствуют силам трения между внешней частью шарнира и соответственно внутренней частью шарнира и также шариковым сепаратором, двигающимся с колебаниями относительно нее с частотой оборотов.

В случае упомянутого выше шарнира равных угловых скоростей избегают трения между шариковым сепаратором и внутренней частью шарнира, вместо этого возникает момент трения из-за скользящего движения между упомянутой цапфой и внутренней шарообразной опорной поверхностью во внешней части шарнира, которое в отношении последней представляется как круговое движение, которое сопряжено с вращательным движением. Сумма произведенных этими силами трения моментов обозначается как момент ведения шарнира, который нужно прикладывать, чтобы на стороне привода без контрмомента приводить в действие и соответственно прокручивать установленный с наклоном шарнир.

В случае вышеупомянутого шарнира равных угловых скоростей упомянутый момент трения от трения в упомянутой опорной цапфе является значительным и, таким образом, повышает момент ведения. Он обозначается в последующем также как опорный момент ведения.

Исходя из этого задачей настоящего изобретения является усовершенствование не имеющего люфтовых зазоров шарнира равных угловых скоростей упомянутого вида таким образом, чтобы сокращать его момент ведения. Решение этой задачи состоит в том, что интервал х контактной области Т взаимной подпоры внутренней части шарнира и внешней части шарнира от центра М шарнира составляет величину, меньшую или равную половине наружного диаметра D/2 шарикового сепаратора. С помощью указанных средств момент трения осевой подпоры уменьшается, в то время как плечо R рычага, с которым воздействует сила F трения при вращении шарнира, существенно уменьшается. Шарнир равных угловых скоростей упомянутого вида особенно эффективен, в частности, как шарнир управления, т.е. для использования в рулевой колонке автомобиля, причем равным образом имеют значение отсутствие люфтовых зазоров и незначительный момент ведения.

Особенно выгодно в избранном варианте выполнения то, что основная конструкция шарнира остается по существу неизменной, и вставленные для пружинящей осевой подпоры элементы могут дополняться после проведения соответствующих каналов во внешней части шарнира и/или во внутренней части шарнира и соответственно во вставленном в нее ведущем вале без того, чтобы ухудшались функции шарнира.

В предпочтительной конструктивной форме предусмотрено, чтобы интервал х был меньше или равен половине внутреннего диаметра d/2 шарикового сепаратора в средней плоскости Е шарнира, в частности, интервал х был меньше или равен половине наружного диаметра Di/2 внутренней части шарнира. При этом упомянутый опорный момент ведения сокращается в возрастающей степени. Упомянутым опорным моментом ведения можно практически пренебрегать, если в особой конструктивной форме интервал х становится равным нулю.

В то время как принципиально должно пониматься, что интервал х представляется проходящим от середины шарнира до основания или соответственно крышки внешней части шарнира, однако в любом случае выбирается меньшим, чем в случае известных шарниров, также в измененной конструктивной форме возможно, чтобы интервал проходил от центра шарнира в направлении к открытой стороне внешней части шарнира.

Согласно первому варианту конструкции в контактной области Т могут быть образованы находящиеся во взаимном контакте площади опорных элементов как при вышеупомянутом шарнире, с одной стороны, в виде выпуклой поверхности, в частности, как внешняя сфера, с другой стороны, в виде полой поверхности, в частности, как внутренняя сфера. Согласно второму варианту конструкции также возможно, чтобы обе упомянутых площади выполнялись как выпуклые, в частности как внешне-сферические, поверхности. При этом вместо плоскостного контакта возможен почти точечный контакт, при котором может сокращаться доля трения при относительном вращении. Согласно третьему варианту возможно, наконец, выполнять одну из упомянутых поверхностей выпуклой, в частности внешне-сферической, и другую радиально плоской. При этом также получается почти точечный контакт.

Согласно первому варианту выполнения внешняя часть шарнира имеет основание или крышку, в которой соосно с ней и подвижно относительно нее размещена укрепленная с подпружиниванием цапфа, и на внутренней части шарнира со стороны торца образована выпуклая опорная поверхность, к которой с предварительной затяжкой прилегает цапфа.

При этом предполагается, что опорная поверхность образована на опорном теле, которое жестко связано с внутренней частью шарнира.

При этом предусмотрено, в частности, чтобы опорная поверхность была образована на опорном теле, которое укреплено в ведущем вале, вставленном во внутреннюю часть шарнира.

Согласно альтернативному варианту внешняя часть шарнира имеет основание или крышку, в которой соосно с ней и подвижно относительно нее размещена с подпружиниванием цапфа, а на внутренней части шарнира образована лежащая по оси в пределах внутренних шариковых дорожек опорная поверхность, к которой с предварительной затяжкой прилегает цапфа. Опорная поверхность может располагаться в большой близости к центру шарнира. При этом в первом варианте выполнения опорная поверхность может быть выпуклой, причем ее высшая точка лежит в центре шарнира, в то время как согласно второму варианту выполнения опорная поверхность может быть в полусферической форме, причем ее центр кривизны лежит в центре шарнира.

Для упрощения при этом может предусматриваться, чтобы вышеупомянутая опорная поверхность была образована непосредственно на ведущем вале, вставленном во внутреннюю часть шарнира.

Для обеспечения больших угловых движений предусмотрено, чтобы ведущий вал и в определенном случае внутренняя часть шарнира расширялись от опорной поверхности к цапфе по оси в виде внутреннего конуса.

Следующий конструктивный вариант выполнения предусматривает то, что внешняя часть шарнира имеет основание или крышку, в которой твердо вставлена соосная цапфа, и что во внутренней части шарнира соосно проведено укрепленное с подпружиниванием опорное тело, которое с предварительным напряжением прилегает опорной поверхностью к цапфе.

При этом предлагается, чтобы опорная деталь была проведена непосредственно во вставленном во внутреннюю часть шарнира ведущем вале и подпиралась с подпружиниванием, в частности, посредством винтовой нажимной пружины в ведущем вале.

Также при этом предлагается, чтобы ведущий вал и в определенном случае внутренняя часть шарнира расширялись от опорного тела к цапфе в виде внутреннего конуса. Конструктивно благоприятным является то, что цапфа и опорное тело соответственно имеют выпуклые, в частности внешне-сферические, площади соприкосновения и соответственно опорные поверхности. Также возможно, чтобы цапфа имела выпуклую, в частности внешне-сферическую, площадь соприкосновения, а опорное тело - плоскую радиальную опорную поверхность.

Также предпочтительно, чтобы ведущий вал на принимающем опорную деталь торцевом конце был расширен в виде внутреннего конуса.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены на чертежах и описываются ниже.

Фиг.1 изображает шарнир равных угловых скоростей согласно первому варианту осуществления изобретения

a) в продольном сечении в вытянутом положении;

b) в продольном сечении в согнутом положении;

c) в увеличенном фрагменте X согласно Фиг.1b.

Фиг.2 - шарнир равных угловых скоростей согласно второму варианту осуществления изобретения

a) в продольном сечении в вытянутом положении;

b) в продольном сечении в согнутом положении;

c) в увеличенном фрагменте X согласно фиг.2b;

d) в увеличенном фрагменте Y согласно фиг.2с.

Фиг.3 изображает шарнир равных угловых скоростей согласно третьему варианту осуществления изобретения

a) в продольном сечении в вытянутом положении;

b) в продольном сечении в согнутом положении;

c) в увеличенном фрагменте X согласно фиг.3b;

d) в увеличенном фрагменте Y согласно фиг.3с.

Фиг.4 изображает шарнир равных угловых скоростей согласно четвертому варианту осуществления изобретения

a) в продольном сечении в вытянутом положении;

b) в увеличенном фрагменте X согласно Фиг.4а;

c) в увеличенном фрагменте Y согласно фиг.4b.

Чертеж показывает шарнир 11 равных угловых скоростей в так называемой моноблочной конструкции, при которой на внешней части 12 шарнира основание 13 и цапфа 14 вала отформованы цельно. Основание или крышка могло бы быть установлено также как отдельная деталь и быть сваренным с внешней частью шарнира или быть привинченным. Во внешней части 12 шарнира сформированы проходящие продольно и распределенные по окружности внешние шариковые дорожки 15, центр кривизны которых смещен от средней плоскости Е шарнира по оси к отверстию 16 внешней части 12 шарнира. Шарнир содержит далее внутреннюю часть 17 шарнира, в которую вставлен ведущий вал 18, причем детали (17, 18) за счет зубчатого зацепления вала связаны друг с другом устойчиво к проворачиванию и, сверх того, сопряжены по оси относительно друг друга. Во внутренней части 17 шарнира сформированы проходящие продольно и распределенные по окружности внутренние шариковые дорожки 19, центр кривизны которых смещен по отношению к средней плоскости Е шарнира в направлении к основанию 13 внешней части 12 шарнира. Соответствующие друг другу внешние шариковые дорожки 15 и внутренние шариковые дорожки 19 образуют пары дорожек и соответственно этому расширяются в направлении от основания 13 к отверстию 16 внешней части шарнира. Соответственно в парах дорожек из внешних шариковых дорожек 15 и внутренних шариковых дорожек 19 размещены передающие крутящий момент шарики 31. Шарики удерживаются кольцеобразным шариковым сепаратором 22, который заключен между внешней частью 12 шарнира и внутренней частью 17 шарнира, удерживая центральные точки K шариков в средней плоскости шарнира Е и при отклонении шарнира переводя их в биссекторную плоскость. Шарики 31 размещены при этом в шариковом сепараторе 22 в распределенных по окружности окнах 23 сепаратора. Шариковый сепаратор 22 имеет шарообразную наружную поверхность 24, которая проводится по существу свободно от люфтового зазора во внутренней шарообразной направляющей поверхности 20 внешней части 12 шарнира. Внутренняя поверхность 25 шарикового сепаратора 22 обнаруживает напротив зазор относительно наружной поверхности 21 внутренней части 17 шарнира. Внешние и внутренние шариковые дорожки описываются соответственно формой дуги, так что шарнир является шарниром Рцеппа конструкции АС (угловой контакт).

В основании 13 внешней части 12 шарнира размещена подвижно относительно нее и соосно с продольной осью А12 цапфа 36, которая проведена в отверстии 37, которое проходит вплоть до цапфы 14 вала. Цапфа 36 подпирается посредством винтовой нажимной пружины 38 в цапфе 14 вала и вместе с тем по отношению к внешней части 12 шарнира. Цапфа 36 имеет полукруглую площадь 39 соприкосновения. Противоположно цапфе 36 на внутренней части шарнира 17 находится опорное тело 41, которое подпирается опорной поверхностью 42 на торце 26 внутренней части 17 шарнира. Опорное тело 41 вставлено уступом 44 во внутрицилиндрическое отверстие 27 ведущего вала 18. Опорное тело 41 образует внешнешарообразную опорную поверхность 43, на которую под предварительным напряжением с силой F воздействует цапфа 36 посредством площади 39 соприкосновения. Как можно видеть на фиг.1,b, область Т контакта между цапфой 36 и опорным телом 41 на основе соосного расположения цапфы во внешней части шарнира лежит всегда вблизи продольной оси А12 внешней части шарнира и смещается, тем не менее, при отклонении продольной оси А18 внутренней части шарнира на угол β изгиба шарнира, на тот же самый угол β от продольной оси L18 на сферической опорной поверхности 43 опорного тела 41. Соответствующий изобретению интервал х области Т контакта от центра М шарнира при шарообразной форме опорной поверхности 43 является неизменным и меньше в любом случае, чем радиус D/2 шарообразной наружной поверхности 24 шарикового сепаратора, предпочтительно меньше, чем радиус качения D_K/2 шарика, и, в частности, меньше, чем радиус d/2 внутренней поверхности 25 шарикового сепаратора. Плечо рычага R, которое с силой F входит в расчет опорного момента ведения против свободного вращения шарнира в согнутом положении, возрастает с углом β изгиба шарнира. Если опорная поверхность 43 выполнена с отклонениями, например, как эллипсоид, сила F при перекосе на основе переменного упругого прогиба винтовой нажимной пружины 38 изменяется так же, как и зависимость плеча рычага R от угла β, так как тогда плечо рычага R больше не является никакой чисто синусоидальной функцией от β.

Опорная поверхность 43 является шарообразной, так что х остается так же постоянным, как F. Напряженная винтовая нажимная пружина 38 и вместе с тем цапфа 36 отодвигает внутреннюю часть 17 шарнира опосредованно через опорное тело 41 к отверстию 16 внешней части 12 шарнира, вследствие чего внутренние шариковые дорожки 19 воздействуют на шарики 31 также в направлении к отверстию. Шарики 31 подпираются при этом в окнах 23 сепаратора также к отверстию, вследствие чего шариковый сепаратор 22 подпирается со своей стороны его сферической наружной поверхностью 24 по оси во внутришарообразной внутренней поверхности 20 внешней части шарнира. Таким образом, шарнир является свободным от люфтового зазора. По сравнению с известными шарнирами осевой интервал х точки Т контакта от центра М шарнира отчетливо укорочен, так что при согнутом шарнире плечо рычага R, которое входит в опорный момент ведения против свободного вращения, также невелико.

На фиг.2 показан шарнир 11 равных угловых скоростей в так называемой моноблочной конструкции, при которой на внешней части 12 шарнира основание 13 и цапфа 14 вала отформованы цельно. Основание или крышка могло бы быть установлено также как отдельная деталь и быть сваренным с внешней частью шарнира или быть привинченным. Во внешней части 12 шарнира сформированы проходящие продольно и распределенные по окружности внешние шариковые дорожки 15, центр кривизны которых смещен от средней плоскости Е шарнира по оси к отверстию 16 внешней части 12 шарнира. Шарнир содержит далее внутреннюю часть 17 шарнира, в которую вставлен ведущий вал 18, причем детали (17, 18) за счет зубчатого зацепления вала связаны друг с другом устойчиво к проворачиванию и, сверх того, сопряжены по оси относительно друг друга. Во внутренней части 17 шарнира сформированы проходящие продольно и распределенные по окружности внутренние шариковые дорожки 19, центр кривизны которых смещен по отношению к средней плоскости Е шарнира в направлении к основанию 13 внешней части 12 шарнира.

Соответствующие друг другу внешние шариковые дорожки 15 и внутренние шариковые дорожки 19 образуют пары дорожек и соответственно этому расширяются в направлении от основания 13 к отверстию 16 внешней части шарнира. Соответственно в парах дорожек из внешних шариковых дорожек 15 и внутренних шариковых дорожек 19 размещены передающие крутящий момент шарики 31. Шарики удерживаются кольцеобразным шариковым сепаратором 22, который заключен между внешней частью 12 шарнира и внутренней частью 17 шарнира, удерживая центральные точки K шариков в средней плоскости шарнира Е и при отклонении шарнира переводя их в биссекторную плоскость. Шарики 31 размещены при этом в шариковом сепараторе 22 в распределенных по окружности окнах 23 сепаратора. Шариковый сепаратор 22 имеет шарообразную наружную поверхность 24, которая проводится по существу свободно от люфтового зазора во внутренней шарообразной направляющей поверхности 20 внешней части 12 шарнира. Внутренняя поверхность 25 шарикового сепаратора 22 обнаруживает напротив зазор относительно наружной поверхности 21 внутренней части 17 шарнира. Внешние и внутренние шариковые дорожки описываются соответственно формой дуги, так что шарнир является шарниром Рцеппа конструкции АС (угловой контакт).

В основание 13 внешней части 12 шарнира вставлена проведенная соосно к продольной оси А12 цапфа 36₂, которая проведена в отверстии 37, которое проходит вплоть до цапфы 14 вала. Цапфа 36 подпирается посредством винтовой нажимной пружины 38 в цапфе 14 вала и вместе с тем по отношению к внешней части 12 шарнира. Цапфа 36 имеет полукруглую площадь 39₂ соприкосновения. Противоположно цапфе 36₂ на внутренней части шарнира 17 и вставленном в нее ведущем вале 18 находится внутреннее коническое расширение 28. На основании расширения 28 во внутренней части 17 шарнира образована внешнешарообразная опорная поверхность 43₂ с незначительным радиусом, на которую посредством площади соприкосновения 39₂ под предварительным напряжением с силой F воздействует цапфа 36₂. Как можно видеть на фиг.2,d, область Т контакта между цапфой 36₂ и опорной поверхностью 43₂ на основе соосного расположения цапфы во внешней части шарнира лежит всегда вблизи продольной оси А12 внешней части шарнира и, тем не менее, при отклонении продольной оси А18 внутренней части шарнира на угол β изгиба шарнира смещается на тот же самый угол β от продольной оси А18 на сферической опорной поверхности 43₂. Соответствующий изобретению интервал х области Т контакта от центра М шарнира является в этом случае равным нулю. Плечом рычага R, которое входит с силой F в расчет опорного момента ведения против свободного вращения шарнира в согнутом положении, при этом можно пренебрегать.

Предварительно напряженная нажимная пружина 38 и вместе с тем цапфа 36₂ смещает внутреннюю часть 17 шарнира опосредованно через ведущий вал 18 к отверстию 16 внешней части 12 шарнира, вследствие чего внутренние шариковые дорожки 19 воздействуют на шарики 31 также в направлении к отверстию. Шарики 31 подпираются при этом в окнах 23 сепаратора также к отверстию, вследствие чего шариковый сепаратор 22 подпирается со своей стороны его сферической наружной поверхностью 24 по оси во внутришарообразной внутренней поверхности 20 внешней части шарнира. Таким образом, шарнир является свободным от люфтового зазора. Как выполнено, осевой интервал х точки Т контакта от центра М шарнира является равным нулю, так что при согнутом шарнире можно пренебрегать плечом рычага R, которое входит в опорный момент ведения против свободного вращения.

На фиг.3 показан шарнир 11 равных угловых скоростей в так называемой моноблочной конструкции, при которой на внешней части 12 шарнира основание 13 и цапфа 14 вала отформатированы цельно. Основание или крышка могло бы быть установлено также как отдельная деталь и быть сваренным с внешней частью шарнира или быть привинченным. Во внешней части 12 шарнира сформированы проходящие продольно и распределенные по окружности внешние шариковые дорожки 15, центр кривизны которых смещен от средней плоскости Е шарнира по оси к отверстию 16 внешней части 12 шарнира. Шарнир содержит далее внутреннюю часть 17 шарнира, в которую вставлен ведущий вал 18, причем детали (17, 18) за счет зубчатого зацепления вала связаны друг с другом устойчиво к проворачиванию и, сверх того, сопряжены по оси относительно друг друга. Во внутренней части 17 шарнира сформированы проходящие продольно и распределенные по окружности внутренние шариковые дорожки 19, центр кривизны которых смещен по отношению к средней плоскости Е шарнира в направлении к основанию 13 внешней части 12 шарнира.

Соответствующие друг другу внешние шариковые дорожки 15 и внутренние шариковые дорожки 19 образуют пары дорожек и соответственно этому расширяются в направлении от основания 13 к отверстию 16 внешней части шарнира. Соответственно в парах дорожек из внешних шариковых дорожек 15 и внутренних шариковых дорожек 19 размещены передающие крутящий момент шарики 31. Шарики удерживаются кольцеобразным шариковым сепаратором 22, который заключен между внешней частью 12 шарнира и внутренней частью 17 шарнира, удерживая центральные точки K шариков в средней плоскости шарнира Е и при отклонении шарнира переводя их в биссекторную плоскость. Шарики 31 размещены при этом в шариковом сепараторе 22 в распределенных по окружности окнах 23 сепаратора. Шариковый сепаратор 22 имеет шарообразную наружную поверхность 24, которая проводится по существу свободно от люфтового зазора во внутренней шарообразной направляющей поверхности 20 внешней части 12 шарнира. Внутренняя поверхность 25 шарикового сепаратора 22 обнаруживает напротив зазор относительно наружной поверхности 21 внутренней части 17 шарнира. Внешние и внутренние шариковые дорожки описываются соответственно формой дуги, так что шарнир является шарниром Рцеппа конструкции АС (угловой контакт).

В основание 13 внешней части 12 шарнира вставлена проведенная соосно к продольной оси А12 цапфа 36₃, которая проведена в отверстии 37, которое проходит вплоть до цапфы 14 вала. Цапфа 36₃ подпирается посредством винтовой нажимной пружины 38 в цапфе 14 вала и вместе с тем по отношению к внешней части 12 шарнира. Цапфа 36 имеет полукруглую площадь 39₃ соприкосновения. Противоположно цапфе 36₃ на внутренней части шарнира и вставленном в нее ведущем вале 18 находится коническое расширение 28. На основании расширения находится внутренняя сферическая опорная поверхность 43₃ в форме полусферы, на которую посредством площади соприкосновения 39₃ под предварительным напряжением с силой F воздействует цапфа 36₃. Как можно видеть на фиг.3,d, область Т контакта между цапфой 36₃ и опорной поверхностью 43₃ на основе соосного расположения цапфы во внешней части шарнира лежит всегда вблизи продольной оси А12 внешней части шарнира и, тем не менее, при отклонении продольной оси А18 внутренней части шарнира на угол β изгиба шарнира смещается на тот же самый угол β от продольной оси А18 на сферической поверхности 43₃ заглушки 41. Соответствующий изобретению интервал х области Т контакта от центра М шарнира в этом случае перенесен к отверстию 16 внешней части шарнира. Плечо рычага R, которое входит с силой F в расчет опорного момента ведения против свободного вращения шарнира в согнутом положении, при этом является очень малым.

Предварительно напряженная нажимная пружина 38 и цапфа 36₃ смещает внутреннюю часть 17 шарнира опосредованно через ведущий вал 18 к отверстию 16 внешней части 12 шарнира, вследствие чего внутренние шариковые дорожки 19 воздействуют на шарики 31 также в направлении к отверстию. Шарики 31 подпираются при этом в окнах 23 сепаратора также к отверстию, вследствие чего шариковый сепаратор 22 подпирается со своей стороны его сферической наружной поверхностью 24 по оси во внутришарообразной внутренней поверхности 20 внешней части шарнира. Таким образом, шарнир является свободным от люфтового зазора. По сравнению с известными шарнирами осевой интервал х точки Т контакта от центра М шарнира отчетливо укорочен, так что при согнутом шарнире плечо рычага R, которое входит в опорный момент ведения против свободного вращения, является также малым.

На фиг.4 показан шарнир 11 равных угловых скоростей в так называемой моноблочной конструкции, при которой на внешней части 12 шарнира основание 13 и цапфа 14 вала отформованы цельно. Основание или крышка могло бы быть установлено также как отдельная деталь и быть сваренным с внешней частью шарнира или быть привинченным. Во внешней части 12 шарнира сформированы проходящие продольно и распределенные по окружности внешние шариковые дорожки 15, центр кривизны которых смещен от средней плоскости Е шарнира по оси к отверстию 16 внешней части 12 шарнира. Шарнир содержит далее внутреннюю часть 17 шарнира, в которую вставлен ведущий вал 18, причем детали (17, 18) за счет зубчатого зацепления вала связаны друг с другом устойчиво к проворачиванию и, сверх того, сопряжены по оси относительно друг друга. Во внутренней части 17 шарнира сформированы проходящие продольно и распределенные по окружности внутренние шариковые дорожки 19, центр кривизны которых смещен по отношению к средней плоскости Е шарнира в направлении к основанию 13 внешней части 12 шарнира.

Соответствующие друг другу внешние шариковые дорожки 15 и внутренние шариковые дорожки 19 образуют пары дорожек и соответственно этому расширяются в направлении от основания 13 к отверстию 16 внешней части шарнира. Соответственно в парах дорожек из внешних шариковых дорожек 15 и внутренних шариковых дорожек 19 размещены передающие крутящий момент шарики 31. Шарики удерживаются кольцеобразным шариковым сепаратором 22, который заключен между внешней частью 12 шарнира и внутренней частью 17 шарнира, удерживая центральные точки K шариков в средней плоскости шарнира Е и при отклонении шарнира переводя их в биссекторную плоскость. Шарики 31 размещены при этом в шариковом сепараторе 22 в распределенных по окружности окнах 23 сепаратора. Шариковый сепаратор 22 имеет шарообразную наружную поверхность 24, которая проводится по существу свободно от люфтового зазора во внутренней шарообразной направляющей поверхности 20 внешней части 12 шарнира. Внутренняя поверхность 25 шарикового сепаратора 22 обнаруживает напротив зазор относительно наружной поверхности 21 внутренней части 17 шарнира. Внешние и внутренние шариковые дорожки описываются соответственно формой дуги, так что шарнир является шарниром Рцеппа конструкции АС (угловой контакт).

В основание 13 внешней части 12 шарнира твердо вставлена расположенная соосно к продольной оси А12 цапфа 36₄. Цапфа 36₄ имеет полукруглую площадь 39₄ соприкосновения. Противоположно цапфе 36₄ на внутренней части шарнира находится опорное тело 41₄, которое проведено в отверстии 29 и подпирается винтовой нажимной пружиной 30 в ведущем вале 18 и вместе с тем по отношению к внутренней части 17 шарнира. Опорное тело 41₄ образует внешнешарообразную опорную поверхность 43₄, которая через площадь 39₄ соприкосновения под предварительным напряжением воздействует на цапфу 36₄ с силой F. Как можно видеть в представлении b, область Т контакта лежит между цапфой 36₄ и опорным телом 41₄ в средней плоскости Е шарнира. В то время как в представлениях а и b опорная поверхность 43₄ так же, как и площадь 39₄ соприкосновения, является выпуклой, во фрагменте Y согласно представлению с показана радиально плоская опорная поверхность 43₄′, которая взаимодействует с выпуклой площадью 39₄ соприкосновения. Соответствующий изобретению интервал х области Т контакта от центра М шарнира является, таким образом, снова равным нулю. Плечом рычага R, которое входит с силой F в расчет опорного момента ведения против свободного вращения шарнира в согнутом положении, можно при этом пренебрегать.

Предварительно напряженная нажимная пружина 30 смещает внутреннюю часть 17 шарнира опосредованно через ведущий вал 18 к отверстию 16 внешней части 12 шарнира, вследствие чего внутренние шариковые дорожки 19 воздействуют на шарики 31 также в направлении к отверстию. Шарики 31 подпираются при этом в окнах 23 сепаратора также к отверстию, вследствие чего шариковый сепаратор 22 подпирается со своей стороны его сферической наружной поверхностью 24 по оси во внутришарообразной внутренней поверхности 20 внешней части шарнира. Таким образом, шарнир является свободным от люфтового зазора. Как выполнено, осевой интервал х точки Т контакта от центра М шарнира является равным нулю, так что при согнутом шарнире можно пренебрегать плечом рычага R, которое входит в опорный момент ведения против свободного вращения.

Во всех примерах выполнения шарики должны быть встроены в окна сепаратора предпочтительно без сдавливания.

Перечень основных обозначений

11 шарнир равных угловых скоростей

12 внешняя часть шарнира

13 основание

14 цапфа вала

15 внешняя шариковая дорожка

16 отверстие (12)

17 внутренняя часть шарнира

18 ведущий вал

19 внутренняя шариковая дорожка

20 шарообразная внутренняя поверхность (12)

21 наружная поверхность (17)

22 шариковый сепаратор

23 окна сепаратора

24 шарообразная наружная поверхность (22)

25 внутренняя поверхность (22)

26 торцевая поверхность

27 отверстие

28 расширение

29 отверстие

30 винтовая нажимная пружина

31 шарик

36 цапфа

37 отверстие

38 винтовая нажимная пружина

39 площадь соприкосновения

41 опорное тело

42 опорная поверхность

43 опорная поверхность

44 уступ

х интервал

R плечо рычага

F сила

Т область контакта

А12 продольная ось (12)

А18 продольная ось (18)

А22 продольная ось (22)

М центр шарнира

K центр шарика

Е средняя плоскость шарнира

Изобретение относится к шарниру равных угловых скоростей. Шарнир содержит внешнюю часть с распределенными по окружности внешними дорожками, внутреннюю часть с распределенными по окружности внутренними дорожками и кольцеобразный шариковый сепаратор. При этом при частично вытянутом шарнире пары дорожек расширяются в осевом направлении. В указанных парах дорожек размещены передающие крутящий момент шарики. Сепаратор посажен между внешней частью шарнира и внутренней частью шарнира и имеет распределенные по окружности окна для указанных шариков. Внутренняя часть шарнира имеет осевой зазор по отношению к шариковому сепаратору. При этом предусмотрено средство, в частности цапфа, для пружинящей подпорки внутренней части шарнира по отношению к внешней части шарнира. Цапфа размещена соосно внешней части шарнира и выполнена подвижной относительно нее либо жестко вставленной в нее. Причем интервал контактной области взаимной подпоры внутренней части шарнира и внешней части шарнира от центра шарнира меньше или равен половине наружного диаметра шарикового сепаратора. Решение направлено на создание шарнира без люфтов, имеющего незначительный момент ведения и обеспечивающего поддержание момента ведения на незначительной величине. 21 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Шарнир (11) равных угловых скоростей, содержащий:
внешнюю часть (12) шарнира с распределенными по окружности внешними шариковыми дорожками (15),
внутреннюю часть (17) шарнира с распределенными по окружности внутренними шариковыми дорожками (19),
передающие крутящий момент шарики (31), которые посажены в парах дорожек из соответствующих друг другу внешних и внутренних шариковых дорожек (15, 19), а также
кольцеобразный шариковый сепаратор (22), который посажен между внешней частью (12) шарнира и внутренней частью (17) шарнира и имеет распределенные по окружности окна (23) шариков, в которых передающие крутящий момент шарики (31) удерживаются в одной общей плоскости (Е), причем по меньшей мере при частично вытянутом шарнире пары дорожек расширяются в соответствующем осевом направлении, шариковый сепаратор (22) подпирается по оси во внешней части (12) шарнира, а
внутренняя часть (17) шарнира имеет осевой зазор по отношению к шариковому сепаратору (22),
при этом предусмотрены средства для пружинящей подпорки внутренней части (17) шарнира по отношению к внешней части (12) шарнира, которые воздействуют на внутреннюю часть (17) шарнира по отношению к внешней части (12) шарнира в том же направлении, в котором расширяются пары дорожек, причем средства пружинящей подпорки содержат цапфу (36), размещенную соосно внешней части (12) шарнира и выполненную либо подвижной относительно нее, либо жестко вставленной в нее, а интервал х контактной области Т взаимной подпоры внутренней части (17) шарнира и внешней части (12) шарнира от центра М шарнира меньше или равен половине наружного диаметра D/2 шарикового сепаратора (22).

2. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что интервал х меньше или равен половине внутреннего диаметра d/2 шарикового сепаратора (22) в средней плоскости Е шарнира.

3. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что интервал х меньше или равен половине наружного диаметра Di/2 внутренней части (17) шарнира.

4. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что интервал х равен нулю.

5. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что интервал х от центра М шарнира относится к направлению, в котором раскрываются пары дорожек.

6. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что область Т контакта расположена концентрически к продольной оси L12 внешней части (12) шарнира.

7. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что в области Т контакта обе находящиеся во взаимном контакте поверхности (39, 43) являются выпуклыми, в частности, внешне-сферическими.

8. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что одна из находящихся в области Т контакта во взаимном контакте поверхности (39, 43) является выпуклой, а другая - вогнутой, и обе образуют, в частности, внешнюю сферу и внутреннюю сферу.

9. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что одна из находящихся в области Т контакта во взаимном контакте поверхностей (39, 43) является выпуклой, в частности, внешнесферической, а другая - плоской.

10. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что внешняя часть (12) шарнира имеет основание (13) или крышку, в которой соосно проведена укрепленная с подпружиниванием цапфа (36), причем на внутренней части (17) шарнира с наружной стороны образована выпуклая опорная поверхность (43), к которой с предварительным напряжением прилегает цапфа (36).

11. Шарнир по п.10, отличающийся тем, что опорная поверхность (43) образована на опорном теле (41), которое жестко связано с внутренней частью (17) шарнира.

12. Шарнир по п.11, отличающийся тем, что опорная поверхность (43) образована на опорном теле (41), которое вставлено во вставленный во внутреннюю часть (17) шарнира ведущий вал (18).

13. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что внешняя часть (12) шарнира имеет основание (13) или крышку, в которой соосно проведена укрепленная с подпружиниванием цапфа (36₂, 36₃), причем на внутренней части (17) шарнира образована лежащая по оси в пределах шариковых дорожек (19) опорная поверхность (43₂, 43₃), к которой с предварительным напряжением прилегает цапфа (36₂, 36₃).

14. Шарнир по п.13, отличающийся тем, что опорная поверхность (43₂) является выпуклой и ее вершина лежит, в частности, примерно в центре М шарнира.

15. Шарнир по п.14, отличающийся тем, что опорная поверхность (43₃) имеет форму полусферы и ее центр кривизны лежит, в частности, примерно в центре М шарнира.

16. Шарнир по п.13, отличающийся тем, что опорная поверхность (43₂, 43₃) образована непосредственно на вставленном во внутреннюю часть (17) шарнира ведущем вале (18).

17. Шарнир по п.13, отличающийся тем, что ведущий вал (18) и в определенном случае внутренняя часть (17) шарнира расширяются от опорной поверхности (43₂, 43₃) к цапфе (36₂, 36₃) по оси в виде внутреннего конуса.

18. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что внешняя часть (12) шарнира имеет основание (13) или крышку, в которую жестко вставлена соосная цапфа (36₄), причем во внутренней части (17) шарнира соосно проведено укрепленное с подпружиниванием опорное тело (41₄), которое опорной поверхностью (43₄) с предварительным напряжением прилегает к цапфе (36₄).

19. Шарнир по п.18, отличающийся тем, что цапфа (36₄) и опорное тело (41₄) имеют соответственно выпуклые, в частности, сферические опорные поверхности (39₄, 43₄).

20. Шарнир по п.18, отличающийся тем, что цапфа (36₄) имеет выпуклую, в частности, внешнесферическую площадь (39₄) соприкосновения, а опорное тело (41₄) - плоскую опорную поверхность (43₄).

21. Шарнир по п.18, отличающийся тем, что опорное тело (41₄) соосно проведено непосредственно во вставленном во внутреннюю часть (17) шарнира ведущем вале (18) и с подпружиниванием подпирается в ведущем вале (18).

22. Шарнир по п.18, отличающийся тем, что ведущий вал (18) и в определенном случае внутренняя часть (17) шарнира расширяются от опорного тела (41₄) к цапфе (36₄) в виде внутреннего конуса.