СИНХРОННАЯ МУФТА Российский патент 2016 года по МПК F16C11/06 F16D3/30 

Изобретение относится к шарнирным муфтам - модификациям шарнира Гука.

Известны шарнирные синхронные муфты, содержащие промежуточный вал с вилками в одной плоскости и устройство поддержки одинаковых углов ведущего и ведомого вала с промежуточным [1, с. 45, 46, рис. 11.37а]; RU 2292494 и др.

Недостаток таких муфт в повышенной сложности устройства.

Известна синхронная муфта в виде пятизвенного сферического механизма, содержащего меньшую и большую вилки, соединенные последовательно через меньшую и большую крестовины шарнирами с возможностью центробежными силами удерживать вращение крестовин в бисекторной плоскости угла между осями вращения вилок при совпадении осей пары шарниров большей и меньшей вилок, RU 2431065 прототип.

Недостаток ее в слишком сложной сборке.

Задачей и техническим результатом является изыскание синхронной муфты, технология сборки которой аналогична сборке шарнира Гука.

Сущность изобретения:

1. Синхронная муфта в виде пятизвенного сферического механизма, содержащего меньшую и большую вилки, соединенные последовательно через меньшую и большую крестовины шарнирами с возможностью центробежными силами удерживать вращение крестовин в бисекторной плоскости угла между осями вращения вилок при совпадении осей пары шарниров большей и меньшей вилок, причем по изобретению меньшая крестовина парой своих шипов соединена шарнирно с меньшей вилкой, а другой парой своих шипов соединена шарнирно с большей крестовиной.

2. Синхронная муфта по п. 1 такая, что большая крестовина охватывает большую вилку и выполнена с двумя парами отверстий для подшипников шарнирного соединения и с большей вилкой, и с меньшей крестовиной.

3. Синхронная муфта по п. 1 такая, что большая крестовина выполнена овальной рамкой, причем отверстия для шарнирного соединения с меньшей крестовиной расположены в дугообразной стенке рамки, а шипы шарнирного соединения с большей вилкой примыкают к прямолинейной стенке рамки.

4. Синхронная муфта по п. 1 такая, что большая крестовина выполнена прямоугольной рамкой, причем отверстия для шарнирного соединения с меньшей крестовиной расположены в стенке рамки меньшей длины, а шипы шарнирного соединения с большей вилкой примыкают к стенке рамки большей длины.

Благодаря этому сборка синхронной муфты аналогична сборке шарнира Гука

Устроена синхронная муфта (далее муфта), например, следующим образом.

На фиг. 1 представлена соответствующая пп. 1, 2 формулы изобретения муфта в сборе.

На фиг. 2 - меньшая крестовина в проекции на плоскость, параллельную осям шипов.

На фиг. 3 - меньшая крестовина, вид А на фиг. 2.

На фиг. 4 - соответственно п. 2 формулы изобретения, большая крестовина в проекции на плоскость параллельную осям отверстий шарнирных соединений.

На фиг. 5 - большая крестовина, вид Б на фиг. 4.

На фиг. 6 - кинематическая схема пятизвенного сферического механизма муфты, соответствующего пп. 1, 2 формулы изобретения.

На фиг. 7 - то же, что на фиг. 6, но при пересечении валов под углом γ и в мгновение расположения вилок в плоскости, перпендикулярной чертежу.

На фиг. 8 - соответствующая пп. 1, 3, 4 формулы изобретения муфта в сборе.

На фиг. 9 - соответственно п. 2 формулы изобретения большая крестовина в проекции на плоскость, параллельную осям отверстий и шипов шарнирных соединений.

На фиг. 10 - большая крестовина, вид В на фиг. 9.

На фиг. 11 - кинематическая схема пятизвенного сферического механизма муфты, соответствующего пп. 1, 3, 4 формулы изобретения.

Условные обозначения на фиг. 1…7:

1 - корпус с подшипниками для валов, соединенных муфтой, то есть неподвижное звено пятизвенного механизма (далее звено),

2 - меньшая вилка с двумя соосными отверстиями для шарнирного соединения с меньшей крестовиной (далее вилка),

3 - большая вилка с двумя соосными шипами для шарнирного соединения с большей крестовиной (далее вилка),

4 - меньшая крестовина в виде двух взаимно перпендикулярных не одинаковой длины стержней с шипами на концах для подшипников шарнирного соединения с меньшей вилкой и с большей крестовиной (далее крестовина),

5 - большая крестовина в виде кольца с четырьмя равноудаленными от центра кольца отверстиями в стенке, причем оси отверстий взаимно перпендикулярны и пересекаются в центре кольца (далее крестовина),

6 - со смазкой и уплотнением подшипник роликовый игольчатый карданный шарнирного соединения вилки 2 и крестовины 4, два одинаковых подшипника такого размера [2, с. 189, табл. 113] (далее подшипник),

7 - со смазкой и уплотнением подшипник роликовый игольчатый карданный шарнирного соединения вилки 3 и крестовины 5, крестовины 4 и крестовины 5, четыре одинаковых подшипника такого размера [2, с. 189, табл. 113], причем эти подшипники меньше подшипников 6 (далее подшипник),

8 - внутреннее кольцо пружинное упорное по ГОСТ 13941-86 фиксации корпуса подшипника 6 в отверстии вилки 2 соединения ее с крестовиной 4, два кольца такого размера (далее кольцо),

9 - внутреннее кольцо пружинное упорное по ГОСТ 13941-86 фиксации корпуса подшипника 7 в отверстии вилки 5 соединения ее с крестовинами 4 и 5, четыре кольца такого размера, (далее кольцо),

10 - в отверстиях для подшипников канавка для кольца по ГОСТ 13941-8. всего 6 канавок, (далее канавка).

Условные обозначения на фиг. 8…11:

11 - корпус с подшипниками для валов, соединенных муфтой, то есть неподвижное звено пятизвенного механизма (далее звено),

12 - меньшая вилка с двумя соосными отверстиями для шарнирного соединения с меньшей крестовиной (далее вилка),

13 - большая вилка с двумя соосными отверстиями для шарнирного соединения с меньшей крестовиной (далее вилка),

14 - меньшая крестовина в виде двух взаимно перпендикулярных не одинаковой длины стержней с шипами на концах для подшипников шарнирного соединения с вилкой 12 и с большей крестовиной, причем разница длин стержней меньше, чем у крестовины 4 муфты на фиг. 1 (далее крестовина),

15 - большая крестовина в виде овальной (в другом варианте прямоугольной) рамки с двумя отверстиями для шарнирного соединения с крестовиной 14 и с двумя шипами для шарнирного соединения с вилкой 13 (далее крестовина),

16 - подшипник такой же, как подшипник 6 (далее подшипник),

17 - подшипник такой же, как подшипник 7 (далее подшипник),

18 - внутреннее кольцо пружинное упорное по ГОСТ 13941-86 фиксации корпуса подшипника 16 в отверстии вилки 12 соединения ее с крестовиной 14, два кольца такого размера, (далее кольцо),

19 - внутреннее кольцо пружинное упорное по ГОСТ 13941-86 фиксации корпуса подшипника 16 в отверстии вилки 12 соединения ее с крестовиной 14 и фиксации корпуса подшипника 17 в отверстии вилки 13 соединения ее с крестовиной 15, четыре кольца такого размера (далее кольцо),

20 - в отверстиях для подшипников канавка для кольца по ГОСТ 13941-8 всего 6 канавок (далее канавка).

Названные в условных обозначениях детали муфты собирают в сферический механизм так же, как собирают в сферический механизм детали обычного шарнира Гука. Шипы одной детали вводят в отверстия сопряженной детали, а затем устанавливают подшипники шарнирных соединений и фиксируют их кольцами.

Работа. Степень подвижности муфты - кинематической цепи пятизвенного сферического механизма по формуле Чебышева-Артоболевского [2, с. 76, формула (3.5) ]:

где w - число степеней свободы (степеней подвижности),

n - число подвижных звеньев кинематической цепи,

р₅ - число пар пятого класса,

р₄ - число пар четвертого класса.

Но так как муфта представляет собой карданный вал [2, с. 250, рис. 367], нулевой длины между полюсами крайних шарниров Гука (эта длина вырождается в точку - полюс сферического механизма), то звенья - вилки 2, 3 на фиг. 1, 6, 7 и звенья - вилки 12, 13 на фиг. 8, 11 связаны геометрической зависимостью (11.8) [2, с. 251]:

где φ₁- угол поворота звена 2 (12) вокруг своей оси вращения,

φ₂ - угол поворота звена 3 (13) вокруг своей оси вращения.

Поэтому число степеней свободы на одну степень меньше, т.е. фактически w=2-1=1, что аналогично, например, винтовой паре: винт вращают в неподвижной гайке вокруг оси и одновременно перемещают вдоль оси, но число степеней свободы равно единице.

При этом в муфте угол излома осей вращения вилок γ-α₁+α₂. Пусть .

Следовательно: cos α₁=cos α₂ и поэтому φ₁=φ₂. Значит звенья - вилки 2, 3 (фиг. 1, 6, 7) и звенья - вилки 12, 13 (фиг. 8, 11) вращают синхронно.

При угле γ=0 зависимость (2) принимает неопределенное значение. Но при этом центробежной силой выставляют и удерживают вращение звеньев - крестовин 4, 5 и 14, 15 в плоскости, перпендикулярной совпадающим между собой осям вращения вилок, если даже до начала вращения крестовины находились в другой позиции. То есть вращением муфты при угле γ=0 на крестовины накладывают дополнительно динамическую связь. Поэтому и у крестовин одна степень свободы. Если угол γ≠0, то в двух точках по окружности вращения (φ=90° - позиция на фиг. 7) зависимость (2) также принимает неопределенное значение. В этой позиции равнодействующим вектором F центробежных сил Z вращения вокруг осей вилок крестовины удерживают в бисекторной плоскости угла между осями вилок, то есть также дополнительной динамической связью. Поэтому и в этой позиции у крестовин одна степень свободы.

Итак, ведущие и ведомые звенья муфты вращают так же, как звенья карданного вала с лежащими в одной плоскости соосными вилками при равных углах шарниров Гука, то есть синхронно.

Источники информации

1. В.С. Поляков и др. Справочник по муфтам. 2-е изд., испр. и доп. - Л.: Машиностроение, 1979, 344 с.

2. И.И Артоболевский. Теория механизмов. Изд. 2-е исправленное. - М.: изд. «Наука». Главная редакция физико-математической литературы. 1962, 719 с.

Изобретение относится к шарнирным муфтам. Синхронная муфта в виде пятизвенного сферического механизма содержит меньшую и большую вилки, соединенные последовательно через меньшую и большую крестовины шарнирами. Центробежными силами вращение крестовин удерживают в бисекторной плоскости угла между осями вращения вилок при совпадении осей пары шарниров большей и меньшей вилок. Меньшая крестовина парой своих шипов соединена шарнирно с меньшей вилкой, а другой парой своих шипов соединена шарнирно с большей крестовиной. Большая крестовина охватывает большую вилку и выполнена с двумя парами отверстий для подшипников шарнирного соединения и с большей вилкой, и с меньшей крестовиной. Большая крестовина может быть выполнена овальной рамкой, причем отверстия для шарнирного соединения с меньшей крестовиной расположены в дугообразной стенке рамки, а шипы шарнирного соединения с большей вилкой примыкают к прямолинейной стенке рамки. Достигается упрощение сборки. 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Синхронная муфта в виде пятизвенного сферического механизма, содержащего меньшую и большую вилки, соединенные последовательно через меньшую и большую крестовины шарнирами с возможностью центробежными силами удерживать вращение крестовин в бисекторной плоскости угла между осями вращения вилок при совпадении осей пары шарниров большей и меньшей вилок, отличающаяся тем, что меньшая крестовина парой своих шипов соединена шарнирно с меньшей вилкой, а другой парой своих шипов соединена шарнирно с большей крестовиной.

2. Синхронная муфта по п. 1, отличающаяся тем, что большая крестовина охватывает большую вилку и выполнена с двумя парами отверстий для подшипников шарнирного соединения и с большей вилкой, и с меньшей крестовиной.

3. Синхронная муфта по п. 1, отличающаяся тем, что большая крестовина выполнена овальной рамкой, причем отверстия для шарнирного соединения с меньшей крестовиной расположены в дугообразной стенке рамки, а шипы шарнирного соединения с большей вилкой примыкают к прямолинейной стенке рамки.

4. Синхронная муфта по п. 1, отличающаяся тем, что большая крестовина выполнена прямоугольной рамкой, причем отверстия для шарнирного соединения с меньшей крестовиной расположены в стенке рамки меньшей длины, а шипы шарнирного соединения с большей вилкой примыкают к стенке рамки большей длины.