Трехшиповой шарнир равных угловых скоростей Советский патент 1984 года по МПК B60K17/22 

Изобретение относится к трансмис сиям транспортных средств, в частно ти к карданным передачам и шарнирам этих передач. Известен трехшиповой шарнир равных угловых скоростей, содержащий установленную на одном из валов посредством цилиндрической ступицы крестовину с равномерно расположенн ми по ее окружности шипами и связан ную с другим валом вилку, установле ную втулку на одном конце, цилиндри ческая поверхность которой имеет тр паза,, равномерно расположенных по о ружности в осевом направлении и обр зующих дорожки качения круглого поперечного сечения, и расположенные в пазах сферические ролики, установ ленные посредством игольчатых подти НИКОВ на указанных шипах l . Недостатком известного шарнира является низкий КПД, вызванный боль шими механическими потерями. Сравнительные лабораторные измерения показали, что шарниры с треугольной крестовиной описанного тип при правильной их конструкции приво дят к самым малым механическим поте рям под действием вращающего -момент Эти потери порядка 5/10.000 для раб чего угла, равного 5, и 2/10.000 для, рабочего угла, равного З. И на против, те же измерения показывают, что механические потери довольно быстро возрастают с увеличением угла Например, рабочему углу в 10° соответствуют механические потери, равные 25/10.000, противодействие сколь жению становится соответственно более значительным и шарнир с треуголь ной крестовиной теряет, таким образом, частично свое преимущество перед другими типами телескопических соединений. Целью изобретения является повышение КПД. Поставленная цель достигается тем, что в шарнире пазы выполнены тороидальными, а отношение максималь ного расстояния между продольной осью вилки и продольной осью пазов к радиусу тороидальной поверхности .последних находится в пределах 0,25-0,75. На фиг. 1 представлен частичь J разрез по оси классического шарнира с треугольной крестовиной; на фиг.2 схема, соответствующая шарниру по фиг. 1; на фиг. 3 - разрез по оси предлагаемого шарнираJ на фиг. 4 разрез А-А на фиг. 3} на фиг. 5 схема, соответствующая шарниру по фиг. 3 и 4/ на фиг. ё - то же, второй вариант положения деталей шарнира . Синхронный шарнир 1 (фиг. 1) содержит вилку 2 и трехцапфовый узел (треугольную крестовину) 3, закреп ленный на имеющем протовку конце тра.нсмиссионного вала 4 с продольной осью Z-Z. Вилка 2 имеет втулку 5 с осью Х-Х и выполненной .внутри проточкой. От этой втулки три выступа 6, соседние продольные края которых выполнены таким образом, чтобы определять между двумя находящимися рядом выступами дорожки качения 7 круглого сечения, расположенные на равном расстоянии (равные углы) один от другого. Ось Y-Y каждой дорожки качения 7 прямолинейна и параллельна оси Х-Х. Крепление: треугольной крестовины. на вале 4 осуществляется посредством ступицы 8 цилиндрической формы с выполненной внутри нее проточкой. От этой ступицы в радиальном направлении расходятся три рукава или шипы 9 круглого сечения. На каждом шипе 9 имеется ролик 10 с внешней активной поверхностью 11 сферической формы. Между шипом 9 и роликом Ю установлен игольчатый подшипник 12, удерживаемый в осевом направлении посредством предохранительного устройства, образованного соответствующими шайбами ,13 и 14 и стопорным кольцом 15, которое входит в предусмотренную на конце шипа 9 выемку. Треугольная крестовина 3 свободна в осевом направлении внутри вилки 2. Снаружи вилка 2 имеет круглую форму. Непроницаемая упругая гармсяика 16 закреплена одним концом на поверхности втулки 5, окружает выступы 6 , затем подходит к проточенным пазам 17 для крепления, предусмотренным на вале 4. Гармошка 16 вместе с вилкой 2 ограничивает непроницаемую оболочку 18, которая задерживает смазывающее вещество и защищает механизм. Когда величина угла образуемого осью Z-Z вала 4 сосью Х-Х мала, движение осевого скольжения треугольной крестовины под действием вращающего момента осуществляется простым качением, с одной стороны, роликов на шипах посредством игольчатогс подшипника и, с другой стороны, сферической поверхности роликов по дорожкам качения вилки. В этих условиях возвратно-поступательное движение роликов на их шипах 9, являнядееся результатом вращения шарнира под углом, а также общее поступательное движение всех трех роликов , являющееся результатом скольжения треугольной крестовины, осуществляются без существенного сопротивления даже при большом значении передаваемого момента вращения. На фиг. 2 схематически представлено положение ролика 10, когда шарвир 1 работает под заданным углом между осями Z-Z и Х-х. Качению ролика в плоскости Р в предпочтительном направлении препятствует направляющая дорожка качения 7, которая заставляет этот роЛик перемещаться по оси Y-Y, т.е. под углом сноса oi , образован.ным плоскостью Р ролика с осью Y-Y дорожки 7 относительно его естественного направления качения. Этот снос соответствует боковому скольжению ролика которое осуществляется одновременно с одной стороны, мезвду сферической поверхностью ролика и путем качения и, с другой стороны, вращением ролика относительно его шипа 9. Посколь ку ролик установлен на игольчатом подшипнике, предполагается, что его вращение относительно шипа 9 абсолютно свободно. Следовательно, движение скольжения по трассе может осу ществляться только в плоскости, про ходящей через ось шипа. Если обозначить 0 расстояние меж ду центром О треугольной крестовины и центром 0( ролика, и обозначить г и расстояние между осями Х-Х и Y-Y, и выражение для эле ментарного скольжения следующее , , dn P006-T- ot (Р J . COS« Шарнир (фиг. 3 и 4) существенно дтличается от шарнира 1 (фиг. 1) лишь в двух аспектах. Во-первых, -центральной осью Y-Y каждой дорожки качения 7 вилки 2 является дуга, благодаря чему эти дорожки качения имеют тороидальную форму. Радиус R каждого тора значительно больше максимального значения г расстояния меж ду осью Х-Х и ду-гой Y-Y. В результа те такой конструкции свободное осевое скольжение треугольной крестови ны 3 в вилке сопровождается скольже нием роликов на их шипах, независимо от размеров угла между осямц Z-Z и Х-Х. Для обеспечения этого сколь женин роликов относительно их шипов возросшего по сравнению с известной конструкцией (фиг. 1), длина игольчатого подшипника 12 превосходит длину роликов, что является вторым различием между шарнирами, В представленном варианте гармошка 16 за|креплена на цилиндрическом кожухе ;19, который окружает выступы б вилки 2 на открытом конце последней. На фиг. 5 схематически представлено положение ролика 10/ когда центр О треугольной крестовины находится в своем среднем осевом поло жении в точке 0 оси Х-Х, которая соответствует максимальному расстоянию г, определенному выше, как в случае, изображенном на фиг. 3, когда шарнир 1 работает под углом. На фиг. 6 представлена аналогичная схема, соответствующая смещению h по оси Х-Х между точками О и 0. Угол 0 , образованный плоскостью Р ролика и касательной к траектории Y,-Y дорожки 7, меньше угла «; . С хорошим приближением этот угол может быть выражен следующим отношением: ,4(e)-(b).tgccA. (2) Элементарное скольжение, соответствующее приросту d ct угла oi , задается выражением сходной с выражением (1) формы, имеющим следующий вид: l,.pd(...d4 -Ht -HМожно заметить, что получено отношение (1), если принять R к , что верно, так как прямолинейные доройки 7 могут рассматриваться как торы . с бесконечным радиусом кривизны. Для h О (фиг. 5) отношение элементарного скольжения предлагаемого шарнира к элементарному скольжению dp известного (фиг. 1) (Записывается следующим образом: iLt- BillM i -,.n (4) Когда h т О, при рассмотрении ролика с углом oi и ролика с углом ei, оказывается, что только средняя величина в абсолютных значений со.;ртветствующих углов Q vi 62 существенна для потерь из-за скольжения. Можно показать, что (i-f)4.|. Сравнивая это отношение с приведенными отношениями (2) и (3), можно заметить, что механические потери имеют ту же величину, что и для h О, т.е. отношение (4) является еременным.. Так, механическая потеря уменьшается в отношении 1 - - . Иными словами, элементарная работа скольжения и, следовательно, элементарная механическая потеря, которая является пропорциональной этвй работе, могут быть для любого угла Л значительно более низкими при использовании предлагаемого шарнира 1 (фиг. 3). В результате достигается легкость скольжения каждого ролика, когда шарнир работает под углом, благодаря чему обеспечивается лучшая изоляция, Например, кабины автомоб ля от двигателя агрегата, который является источником вибраций, и меньшая чувствительность к трению, а значит большее удобство, в частности для значительных рабочих угл Например, для соотношения . 1 Сопротивление пере получим J мещению ролика по его дорожке каче ния уменьшается тогда примерно на 50%, прямым следствием чего являет весьма значительный выигрыш в план свободы .скольжения под воздействием вращающегося момента и, следовател но, удобства. Теоретически можно у личить соотношение - до 1 и при эт условии механические потери были бы практически равны нулю. Однако за пределами определенной величины сопротивление скольжению не оказывает больше никакого неприятного воздействия, а. с другой стороны, увеличивая соотношение - до 1, существенRным образом можно уменьшить возможность осевого скольжения предлагаемого шарнира. -Вот почему, в зависи мости от конкретного случая применения,, с учетом наиболее распространенной величины рабочего угла и требуемой для треугольной крестовины длины осевого скольжения, соотношение - будет, как правило, огра Н ничено пределами от 1/4 до 3/4. Другие преимущества достигаются благодаря этому усовершенствоваяию шарниров с треугольной крестович й В том случае, когда два шарнира с треугольной крестовиной каждый известного типа, представленные на фиг. 1 - установлены на концах качающегося трансмиссионного вала вал, естественно, соприкасается в конце хода С внутренней частью одного из шарниров с треугольной крестовидной и производит толчки в осевом направлении, вызванные вибрацией движущихся и ведомых деталей. И напротив, при использовании одного или двух шарниров 1 (фиг, 3) с кольцеобразными путями качения качающийся вал имеет тенденцию к самоцентрированию относительно сил, сохраняя до упора свободные пространства, равные для каждого из этих концов, С другой стороны, при нарушении центрирования треугольной крестовины относительно оси ролика 10 приближаются к центру треугольной крестовины, и одновременно расстояние h возрастает, пока не упрутся в выступ 20 шипов 9, ограничивающий скольжение роликов в направлении к середине. Эта особенность может дать преимущество при использовании для осевого фиксатора безопасности таким образом можно избежать потери управления роликов на концах выступов вилки без введения какик-быто ни было дополнительных устройств фиксации, а значит простым и. экономичным способом. Для этого достаточно, чтобы длина дорожек качения 7 была достаточной для того, чтобы при растяжении шарнира 1 (фиг. 3) ролики 10 упирались в выступы 20 до того, как достигнут открытого конца этих дорожек качения. В этом случае для.того, чтобы избежать шумного контакта роликов с выступами 20 треугольной крестовины между каждым роликом и соответствующим выступом может быть установлена пружинная шайба типа гофрированной шайбы или диска тарельчатой пружины, или кольцо из эластомера. В этом месте можно также установить гофрированное стопорное кольцо, которое можно вставлять после сборки треугольной крестовины внутри вилки (такая амортизирующая деталь не показана) . Изобретение позволяет повысить КПД шарнира.

/2 А

9 fO 19

Фиг.5

ТР ХИШПОВОЙ ШАРНИР РАВНЫХ |УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ, содержащий уста :новленную на одном из валов посред ством цилиндрической ступицы крест вину с равномерно расположенными по окружности шипами и связанную с др гим валом вилку, установленную с Фиг.1 зазором относительно крестовины и имеющую втулку на одном конце, цилиндрическая поверхность которой имеет три паза, равномерно расположенных по окружности в осевом направлении и образующих дорожки качения круглого поперечного сечения, и расположе ные в пазах сферические ролики, установленные посредством игольчатых подшипников на указанных шипах, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, пазы выполнены тороидальными, а отношение максимального расстояния между продольной осью вилки и тродольной осью пазов к радиусу тороидальной поверхности последних находится в пределах 0,25-0,75. Г038Г5136Г27 11 / //

А-А 15 9 20

1д

W

12

Фиг.

.-...

Фиг. 6