ШАРНИР РАВНЫХ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ, СВОБОДНЫЙ ОТ ЛЮФТОВЫХ ЗАЗОРОВ Российский патент 2011 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, при этом 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 в UF-шарниры без выточек (undercut free), имеющие при рассмотрении по оси свободные от задних срезов шариковые дорожки, и AC-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 дорожек 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 таким образом должны подпираться по оси относительно друг друга, 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 31 14 290 C2 известно, что не используют относительную подпору между шариковым сепаратором и внутренней частью шарнира и тонкую обработку соответствующих поверхностей, и 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 предусмотрена также пружинящая подпора части цапфы по отношению к внутренней части шарнира.

При вращающемся с наклоном шарнире равных угловых скоростей упомянутого вида появляются внутренние силы трения, которые, с одной стороны, с частотой оборотов производятся шариками, перемещающимися туда и обратно в парах дорожек, а с другой стороны, силы трения между внешней частью шарнира и соответственно внутренней частью шарнира и шариковым сепаратором, двигающимся с колебаниями относительно них с частотой оборотов.

В случае упомянутого выше шарнира равных угловых скоростей, стараются исключить трение между шариковым сепаратором и внутренней частью шарнира, однако 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, сопряженное 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, что является неприемлемым. Он обозначается в последующем также как опорный момент ведения.

Исходя из этого, задачей настоящего изобретения является усовершенствование свободного от люфтовых зазоров шарнира равных угловых скоростей упомянутого вида таким образом, чтобы сократить его момент ведения. Шарнир равных угловых скоростей упомянутого вида может быть наиболее эффективно использован, в частности, как шарнир управления в рулевой колонке автомобиля, ввиду отсутствия люфтовых зазоров и незначительного момента ведения.

Целесообразно, чтобы основная конструкция шарнира оставалась по существу неизменной, и вставленные для пружинящей осевой подпоры элементы могли дополняться после проведения соответствующих каналов во внешней части шарнира и/или во внутренней части шарнира и соответственно во вставленном в нее ведущем валу, без ухудшения функционирования шарнира.

Предпочтительно, чтобы внешняя часть шарнира имела основание или крышку, в которой соосно проведена укрепленная с подпружиниванием цапфа, и чтобы на внутренней части шарнира со стороны торца была образована выпуклая опорная поверхность, к которой с предварительным напряжением прилегает цапфа.

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

Предпочтительно, чтобы, в частности, опорная поверхность была образована на опорном теле, которое укреплено в ведущем валу, вставленном во внутреннюю часть шарнира.

Согласно альтернативному варианту внешняя часть шарнира имеет основание или крышку, в которой соосно проведена укрепленная с подпружиниванием цапфа, причем 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 осуществления опорная поверхность может быть выпуклой, причем ее высшая точка лежит в центре шарнира, в то время как согласно второму варианту опорная поверхность может быть выполнена полусферической, с центром кривизны, лежащим в центре шарнира.

Для конструктивного упрощения может предусматриваться, чтобы вышеупомянутая опорная поверхность была образована непосредственно на ведущем валу, 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.

Предпочтительно также, чтобы внешняя часть шарнира имела основание или крышку, в которой твердо вставлена соосная цапфа, и чтобы во внутренней части шарнира было проведено соосно укрепленное с подпружиниванием опорное тело, которое с предварительным напряжением прилегает опорной поверхностью к цапфе.

Предпочтительно также, чтобы опорная деталь была проведена непосредственно во вставленном во внутреннюю часть шарнира ведущем валу и подпиралась с подпружиниванием, в частности, посредством винтовой нажимной пружины в ведущем валу.

Предпочтительно также, чтобы ведущий вал и в определенном случае внутренняя часть шарнира расширялись от опорного тела к цапфе в виде внутреннего конуса. Конструктивно благоприятным при этом снова 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.

Целесообразно, чтобы интервал x контактной области Т взаимной подпоры внутренней части шарнира и внешней части шарнира от центра М шарнира составлял величину, меньшую или равную половине наружного диаметра D/2 шарикового сепаратора. С помощью указанных средств момент трения осевой подпоры сокращается, в то время как плечо R рычага, с которым воздействует сила F трения при вращении шарнира, существенно сокращается.

Целесообразно также, чтобы интервал x был меньше или равен половине внутреннего диаметра d/2 шарикового сепаратора в средней плоскости E шарнира, в частности, интервал x был меньше или равен половине наружного диаметра Di/2 внутренней части шарнира. При этом упомянутый опорный момент ведения сокращается в возрастающем размере. Упомянутым опорным моментом ведения можно практически пренебрегать, если в особой конструктивной форме интервал x становится равным нулю.

Интервал x, проходящий от середины шарнира до основания или соответственно до крышки внешней части шарнира и, в любом случае, выбираемый меньшим, чем в известных шарнирах, может в некоторых вариантах конструкции проходить от центра шарнира в направлении к открытой стороне внешней части шарнира.

Согласно первой конструктивной форме, 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 второй конструктивной форме, 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. Наконец, согласно третьей конструктивной форме, возможно выполнять одну из упомянутых поверхностей выпуклой, в частности, внешне-сферической, и другую радиально плоской. При этом также достигается практически точечный контакт.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены на прилагаемых 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 представлению фиг.1b.

Фиг.2 изображает 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 представлению фиг.2c.

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.3c.

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.4a;

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

На чертежах показан шарнир 11 равных угловых скоростей в так называемой моноблочной конструкции, в которой на внешней части 12 шарнира основание 13 и цапфа 14 вала отформованы цельно. Основание или крышка могли бы быть установлены как отдельная деталь и быть сваренными с внешней частью шарнира или быть привинченными. Во внешней части 12 шарнира сформированы проходящие продольно и распределенные по окружности внешние шариковые дорожки 15, центр кривизны которых смещен относительно средней плоскости E шарнира по оси к отверстию 16 внешней части 12 шарнира. Шарнир содержит, кроме того, внутреннюю часть 17, 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 E 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 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 E 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 проходит по существу без зазора во внутреннюю шарообразную направляющую поверхности 20 внешней части 12 шарнира. Внутренняя поверхность 25 шарикового сепаратора 22 имеет 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 AC (угловой контакт).

В основание 13 внешней части 12 шарнира вставлена проведенная соосно к продольной оси A12 цапфа 36, которая проведена в отверстии 37, которое доходит 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 внутри-цилиндрическое отверстие 27 ведущего вала 18. Опорное тело 41 образует внешне-шарообразную опорную поверхность 43, на которую под предварительным напряжением с силой F воздействует цапфа 36 посредством площади 39 соприкосновения. Как можно видеть на фиг.1b, область Т контакта между цапфой 36 и опорным телом 41 на основе соосного расположения цапфы во внешней части шарнира лежит всегда вблизи продольной оси A12 внешней части шарнира, и смещается при отклонении продольной оси A18 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. Интервал x области Т контакта от центра М шарнира при шарообразной форме опорной поверхности 43 является неизменным и, в любом случае, меньшим чем радиус D/2 шарообразной наружной поверхности 24 шарикового сепаратора, предпочтительно меньшим, чем радиус качения D_K/2 шарика, и в частности, меньшим, 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 в этом случае плечо рычага R больше не является чисто синусоидальной функцией от β.

Тем не менее, в представленном варианте опорная поверхность 43 является шарообразной, так что x остается так же постоянным, как и F. Напряженная винтовая нажимная пружина 38 и вместе с тем цапфа 36 отодвигает внутреннюю часть 17 шарнира опосредовано 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 внутри-шарообразной внутренней поверхности 20 внешней части шарнира. Таким образом шарнир не имеет люфтового зазора. По сравнению с известными шарнирами, осевой интервал x точки Т контакта от центра М шарнира существенно 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 могли бы быть установлены также как отдельная деталь и быть сваренными с внешней частью шарнира или быть привинченными. Во внешней части 12 шарнира сформированы проходящие продольно и распределенные по окружности внешние шариковые дорожки 15, центр кривизны которых смещен от средней плоскости E шарнира по оси к отверстию 16 внешней части 12 шарнира. Шарнир содержит, кроме того, 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, кроме 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 E 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 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 E 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 заходит по существу без люфтового зазора во внутреннюю шарообразную направляющую поверхность 20 внешней части 12 шарнира. В то же время внутренняя поверхность 25 шарикового сепаратора 22 имеет 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 AC (угловой контакт).

В основание 13 внешней части 12 шарнира вставлена проведенная соосно к продольной оси A12 цапфа 36₂, которая проведена в отверстие 37, проходящее 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 валу 18 находится внутреннее коническое расширение 28. На основании расширения 28 во внутренней части 17 шарнира образована внешне-шарообразная 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.2d, область Т контакта между цапфой 36₂ и опорной поверхностью 43₂ на основе соосного расположения цапфы во внешней части шарнира лежит всегда вблизи продольной оси A12 внешней части шарнира, и, тем не менее, при отклонении продольной оси A18 внутренней части шарнира на угол β изгиба шарнира смещается на тот же самый угол β от продольной оси А18 на сферической опорной поверхности 43₂. Интервал x области Т контакта от центра М шарнира является в этом случае равным нулю. При этом можно пренебрегать плечом рычага R, которое характеризуется силой F в расчетах опорного момента ведения против свободного вращения шарнира в согнутом положении.

Предварительно напряженная нажимная пружина 38 и вместе с тем цапфа 36₂ смещает внутреннюю часть 17 шарнира опосредовано 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 внутри-шарообразной внутренней поверхности 20 внешней части шарнира. Таким образом шарнир не имеет люфтового зазора. Осевой интервал x точки Т контакта от центра М шарнира равен 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 отформованы цельно. Основание или крышка могли бы быть установлены также как отдельная деталь и быть сваренными с внешней частью шарнира или быть привинченными. Во внешней части 12 шарнира сформированы проходящие продольно и распределенные по окружности внешние шариковые дорожки 15, центр кривизны которых смещен от средней плоскости E шарнира по оси к отверстию 16 внешней части 12 шарнира. Шарнир содержит также 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, кроме 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 E 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 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 E 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 заводится по существу без люфтового зазора во внутреннюю шарообразную направляющую поверхность 20 внешней части 12 шарнира. Внутренняя поверхность 25 шарикового сепаратора 22 имеет 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 AC (угловой контакт).

В основание 13 внешней части 12 шарнира вставлена проходящая соосно с продольной осью A12 цапфа 36₃, которая заходит в отверстие 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. В отличие от цапфы 36₃ на внутренней части шарнира и вставленном в нее ведущем валу 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.3d, область Т контакта между цапфой 36₃ и опорной поверхностью 43₃ на основе соосного расположения цапфы во внешней части шарнира всегда лежит вблизи продольной оси A12 внешней части шарнира, и, вместе с тем, при отклонении продольной оси A18 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 x 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 пренебрежительно малым.

Предварительно напряженная нажимная пружина 38 и вместе с тем цапфа 36₃ смещает внутреннюю часть 17 шарнира опосредовано 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 внутри-шарообразной внутренней поверхности 20 внешней части шарнира. Таким образом шарнир не имеет люфтового зазора. По сравнению с известными шарнирами осевой интервал x точки Т контакта от центра М шарнира заметно 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 могли бы быть установлены в виде отдельной детали и быть сваренными с внешней частью шарнира или быть привинченными. Во внешней части 12 шарнира сформированы проходящие продольно и распределенные по окружности внешние шариковые дорожки 15, центр кривизны которых смещен от средней плоскости E шарнира по оси к отверстию 16 внешней части 12 шарнира. Шарнир дополнительно содержит 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, кроме 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 E 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 расширяются в направлении от основания 13 к отверстию 16 внешней части шарнира. Соответственно во внешних шариковых дорожках 15 и внутренних шариковых дорожках 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 E 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 без люфтового зазора по внутренней шарообразной направляющей поверхности 20 внешней части 12 шарнира. Внутренняя поверхность 25 шарикового сепаратора 22 имеет 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 AC (угловой контакт).

В основание 13 внешней части 12 шарнира жестко вставлена расположенная соосно к продольной оси A12 цапфа 36₄. Цапфа 36₄ имеет полукруглую площадь 39₄ соприкосновения. Напротив цапфы 36₄ на внутренней части шарнира находится опорное тело 41₄, которое заходит в отверстие 29 и подпирается винтовой нажимной пружиной 30 в ведущем валу 18 и по отношению к внутренней части 17 шарнира. Опорное тело 41₄ образует внешне-шарообразную опорную поверхность 43₄, которая через площадь 39₄ соприкосновения под предварительным напряжением воздействует на цапфу 36₄ с силой F. Как можно видеть на фиг.4b, область Т контакта лежит между цапфой 36₄ и опорным телом 41₄ в средней плоскости E шарнира. В то время как и на фиг. 4a и b опорная поверхность 43₄ так же, как и площадь 39₄ соприкосновения являются выпуклыми, во фрагменте Y, согласно представлению фиг.4c, показана радиально плоская опорная поверхность 43₄', которая взаимодействует с выпуклой площадью 39₄ соприкосновения. Интервал x 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 опосредовано 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 внутри-шарообразной внутренней поверхности 20 внешней части шарнира. Таким образом шарнир не имеет люфтового зазора. Осевой интервал x точки Т контакта от центра М шарнира равен 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;

x - интервал;

R - плечо рычага;

F - сила;

Т - область контакта;

A12 - продольная ось (12);

A18 - продольная ось (18);

A22 - продольная ось (22);

М - центр шарнира;

K - центр шарика;

E - 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, имеющей основание или крышку по отношению к внешней части шарнира. Причем на внутренней части шарнира с наружной стороны сформирована выпуклая опорная поверхность, и цапфа прилегает непосредственно к указанной опорной поверхности с предварительным напряжением. Решение направлено на создание шарнира без люфтов, имеющего незначительный момент ведения, а также упрощение конструкции шарнира. При этом силы, действующие в шарнире на его внутреннюю часть, направлены на среднюю точку шарнира. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 14 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, 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 сформирована выпуклая опорная поверхность (43), к которой с предварительным напряжением прилегает цапфа (36).

2. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что опорная поверхность (43) образована на опорном теле (41), которое жестко связано с внутренней частью (17) шарнира.

3. Шарнир по п.2, отличающийся тем, что опорная поверхность (43) сформирована на опорном теле (41), которое входит во вставленный во внутреннюю часть (17) шарнира ведущий вал (18).

4. 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, отличающийся тем, что внешняя часть (12) шарнира имеет основание (13) или крышку, в которой соосно проведена укрепленная с подпружиниванием цапфа (36₂, 36₃), причем на ведущем валу (18), вставленном во внутреннюю часть (17) шарнира, образована опорная поверхность (43₂, 43₃), лежащая по оси в пределах шариковых дорожек (19) внутренней части (17), причем цапфа (36₂, 36₃) прилегает непосредственно к опорной поверхности (43₂, 43₃) с предварительным напряжением.

5. Шарнир по п.4, отличающийся тем, что опорная поверхность (43₂) является выпуклой, и ее вершина лежит, в частности, примерно в центре М шарнира.

6. Шарнир по п.5, отличающийся тем, что опорная поверхность (43₃) имеет форму полусферы, и ее центр кривизны лежит, в частности, примерно в центре М шарнира.

7. Шарнир по п.4, отличающийся тем, что опорная поверхность (43₂, 43₃) образована непосредственно на вставленном во внутреннюю часть (17) шарнира ведущем валу (18).

8. Шарнир по п.4, отличающийся тем, что ведущий вал (18) или внутренняя часть (17) шарнира расширяются от опорной поверхности (43₂, 43₃) к цапфе (36₂, 36₃) по оси в виде внутреннего конуса.

9. 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, 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 непосредственно к площади (39₄) соприкосновения цапфы (36₄), причем площадь (39₄) соприкосновения расположена по оси в пределах шариковых дорожек (19) внутренней части (17) шарнира.

10. Шарнир по п.9, отличающийся тем, что цапфа (36₄) и опорное тело (41₄) имеют соответственно выпуклые, в частности сферические опорные поверхности (39₄, 43₄).

11. Шарнир по п.9, отличающийся тем, что цапфа (36₄) имеет выпуклую, в частности внешне-сферическую площадь (39₄) соприкосновения, и опорное тело (41₄) - плоскую опорную поверхность (43₄).

12. Шарнир по п.9, отличающийся тем, что опорное тело (41₄) соосно проведено непосредственно во вставленном во внутреннюю часть (17) шарнира ведущем валу (18) и с подпружиниванием подпирается в ведущем валу (18).

13. Шарнир по п.9, отличающийся тем, что ведущий вал (18) или внутренняя часть (17) шарнира расширяются от опорного тела (41₄) к цапфе (36₄) в виде внутреннего конуса.

14. Шарнир по любому из пп.1, 4 или 9, отличающийся тем, что интервал x 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).

15. Шарнир по любому из пп.1, 4 или 9, отличающийся тем, что интервал х контактной области Т взаимной подпоры внутренней части (17) шарнира и внешней части (12) шарнира от центра М шарнира меньше или равен половине внутреннего диаметра d/2 шарикового сепаратора (22) в средней плоскости Е шарнира.

16. Шарнир по любому из пп.1, 4 или 9, отличающийся тем, что 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 Di/2 внутренней части (17) шарнира.

17. Шарнир по любому из пп.1, 4 или 9, отличающийся тем, что интервал х контактной области Т взаимной подпоры внутренней части (17) шарнира и внешней части (12) шарнира от центра М шарнира равен нулю.

18. Шарнир по любому из пп.1, 4 или 9, отличающийся тем, что интервал х контактной области Т взаимной подпоры внутренней части (17) и внешней части (12) шарнира от центра М шарнира проходит в направлении, в котором раскрываются пары дорожек.

19. Шарнир по любому из пп.1, 4 или 9, отличающийся тем, что область Т контакта расположена концентрически к продольной оси L12 внешней части (12) шарнира.

20. Шарнир по любому из пп.1, 4 или 9, отличающийся тем, что в области Т контакта обе находящиеся во взаимном контакте поверхности (39, 43) являются выпуклыми, в частности внешне-сферическими.

21. Шарнир по любому из пп.1, 4 или 9, отличающийся тем, что находящиеся в области Т контакта во взаимном контакте поверхности (39, 43) являются соответственно выпуклой и вогнутой и образуют внешнюю сферу и внутреннюю сферу.

22. Шарнир по любому из пп.1, 4 или 9, отличающийся тем, что из находящихся в области Т контакта во взаимном контакте поверхностей (39, 43) одна является выпуклой, в частности внешне-сферической, а другая - плоской.