Универсальный шарнир Советский патент 1984 года по МПК B21B35/14 

Изобретение относится к обработк металлов давлением и может быть использовано в конструкциях шпиндел привода прокатных станов, а- также в конструкциях муфт и шарнирных сое .динений в узлах машин другого назна чения. Известен универсальный шарнир, содержащий ведущее и ведомое звенья в виде обоймы с размещенной в ней сферической головкой вала шпинделя и соединительные элементы качения, например шары СИ. В универсальном шарнире сделана попытка компенсировать пассивные избыточные связи путем введения.в r ловку упругих опор для соединительных элементов качения. Однако в про цессе эксплуатации шарнира после не начительного износа гнезд обойкы появляются радиальные усилия, которые воспринимаются упругими опорами Эти радиальные усилия вызывают деформацию упругих опор выше допустимого значения, что приводит к потере упругости и к появлению пассивны избыточных связей. Если же попытать ся дл устранения потери упругости увеличить ход упругих опор, то под воздействием радиальных усилий возможен выход соединительных элементо качения из зацепления с обоймой, т.е. полная потеря работоспособност шарнира. Наиболее близким по технической сущности к изобретение является уни версальный шарнир, содержащий наруж ную обойму и внутреннюю головку с гнездами на поверхностях, обращенных (одна к другому, два ряда, элементов качения, внутренний из которых уложен в гнездах головки, а наружный в гнездах обоймы. В известном шарнире между рядами элементов качения установлен промежуточный элемент в виде шарового сегмента, внутренняя гаповка выполнена сферической, а гнезда выполнены с формой, не допускающей перекатываНИН в них элементов качения в поперечном сечении шарнира Il2j. Недостаток известного шарнира состоит в его статической неопределенности с большим числом пассивных избыточных связей, которые требуют высокой точности изготовления деталей шарнира. Кроме того, в процессе работы этого шарнира в любой момент времени в каждом ряду элементов каче ния в зацеплении находятся один-два элемента качения, которые расположены вблизи биссекторной плоскости, а остальные выходят из зацепления из-за относительного перемещения связывающих элементов головки шарнира при наклоне оси под углом. Все это приводит к циклическому нагружению деталей шарнира повышенными усилиями, так как болыйая часть элементов качения в каждый момент времени в передаче крутящего момента участия не принимает. Следствием этого является низкая надежность работы шарнира по условиям контактной и усталостной прочностям. Цель изобретения - повыиение надежности шарнира путем исключения пассивных из&лточных связей. Поставленная цель достигается тем, что в универсальном шарнире, содержащем наружную обойму и внутреннюю головку с гнездами на поверхностях, обращенных одно к другому, два ряда элементов качения, внутренний из которых уложен в гнездах головки, а наружный - в гнездах обоймы, каждый элемент качения одного ряда непосредственно контактирует с двумя элементами качения другого ряда, а гнезда в поперечном сечении выполнены с тангенциальными зазорами относительно элементов качения, увеличивающимися по мере удаления от точки их контактаi На фиг. 1 изображен вариант универсального шарнира, поперечный разрез} на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. Ij на фиг. 3 - второй вариант универсгшьного шарнира, поперечный разрез f на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 1 на фиг. 5 -.разрез В-В на фиг. 3} на фиг. 6 - шарнир, поперечное сечение, с указанием действуйсцих моментов, усилий и классов кинематических пар (схематически). Универсальный шарнир содержит наружную обойму 1 и внутреннюю головку 2 с пазами гнездами 3 и 4 на поверхностях, обращенных одно к другому, два ряда элементов качения, внутренний из которых выполнен в виде цилиндрических роликов 5 и уложен в гнездах головки, а наружный выполЬен в виде бочкообразных роликов 6 и уложен в гнездах обоймы. Каждый элемент качения одного ряда непосредственно контактирует с двумя элементами качения другого ряда. Гнезда обойкы и головки вып.олнены цилиндрическими с радиусами большими радиусов уложенных в них элементов качения, т.е. и что обеспечивает перекатывание элементов качения в поперечном сечении шарнира с одновременным смещением в радиальном и тангенциальном направлениях. Вариант шарнира фиг. 1 и 2 целесообразен для использования при работе шарнира по схеме одиночного шарнира , например, в конструкциях муфт при установке наружной обоймы и внутренней головки во вращательных кинематических парах У класса и допускает помимо компенсации углового перекоса компенсацию небольших непараллельностей соединяемых валов. Этот вариант шарнира также целесообразен в некоторых случаях при работе по схеме сдвоенного шарнира в конструкциях шйинделей прокатных станов, снабженных механизмами уравновешивания, которые вносят в конструк цию приводов клетей избыточные связи Способность этого шарнира допускать небольшие смещения обоймы и головки одна относительно другой в двух взаимно перпендикулярных плоскостях позволяет- в этом случае компенсировать эти избыточные связи. Вариант шарнира (фиг. 3 и. 5) целесообразен для общего случая работы по схеме сдвоенного шарнира и соответствуе установке обоймы (головки/ во вращательной кинематической паре У класс а головки (обоймы) в сферической ки нематической паре Ш классов. Этот вариант отличается от предыдущего наличием насадки 7, закрепленной на головке 2 и выполненной со сферической либо бочкообразной наружной по верхностью, которая имеет окна для прохода роликов 5 и б без соприкосновения с насадкой 7. Своей наружно поверхностью насадка 7 контактирует с участками внутренней цилиндрической поверхности обоймы 1 и тем самым центрирует обойму 1 и головку 2 одна относительно другой. В пределах вышеприведенных двух вариантов возможны другие подвариан ты, касающиеся различий в форме выполнения отдельных элементов. Так, помимо цилиндрической формы гнезд 3 и 4 возможна иная форма, имеющая в перечном сечении вид других кривых, помимо дуг окружностей, либо вид V-образно расходящихся прямых. Един ственным обязательным условием явля ется то, чтобы эта форма обеспечива ла перекатывание элементов качения в поперечном сечении шарнира с одно временным смещением в радиальном и тангенциальном направлениях, т.е. чтобы имелись соответствующие тангенциальные зазоры. Тела качения мо гут быть выполнены в виде роликов другой формы или шариков. Ролики Могут иметь вогнутые или выпуклые участки наружных поверхностей для б 1лее благоприятных условий контакта между рядами, либо для центрирования одного ряда элементов качения относительно другого ряда. В последнем случае осевая подвижность в шарнире может быть обеспечена в зоне контакта наружного ряда элемен тов качения с обоймой, либо в зоне контакта внутреннего ряда элементов качения с головкой. в процессе работы шарнира наружная обойма 1 вращается с некоторой угловой скоростью и передает движу-; щий крутящий момент , который преодалевает момент сопротивления действующий на внутреннюю головку 2. В результате действия двух указанных моментов в противоположном направлении происходит выборка зазоров в шарнире и некоторое смещение обойьвл 1 и головки 2 одна относительно другой (фиг. 6). В процессе выборки зазоров бочкообразные ролики 6, перекатывая.сь в цилиндрических гнездах 3, смещаются одновременно в радиальном и тангенциальном направлениях относительно обоймы 1, а цилиндрические ролики 5, перекатываясь в цилиндрических гнездах 3, смещаются одновременно в радиальном и тангенциальном направлениях относительно головки 2. В этот период вследствие описанных соединений роликов и гнезд каждый ролик в отдельности определяет положение остальных роликов. Выборка зазоров заканчивается тогда, когда на все ролики 6 наружного ряда действуют одинаковые. усилия N , а ролики 5 давят на головку 2 с одинаковыми усилиями N При этом где h - количество роликов в ряду; Ц и Lj- плечи приложения сил относительно оси вращения. В процессе- углового перекоса обой1 ы 1 и головки 2 одна относительно другой обойма 1 своими бочкообразными роликами 6 перекатывается относительно цилиндрических роликов 5 головки 2, компенсируя тем самым угловой перекос, а насадка 7, если она имеется в конструкции шарнира, дополнительно центрирует обойму 1 и головку 2 одна относительно другой. Шарнир допускает осевое смещение головки -2 с роликами 5 относительно обоймы 1 с роликами 6. Таким образом, все ролики шарнира постоянно передают крутящий момент, а пассивные избыточные связи отсутствуют.; Вследствие того, что шарнир лишается пассивных избыточных связей, усилия .на каждый ролик в местах предачи крутящего момента стают меньшими, так как они равномерно распределяются между роликами одного ряда. Постоянная нагрузка всех роликов уменьшенными усилиями исключает цикличность нагружения детелй шарнира. Все это повышает надежность шарнира в работе по условиям контактной и усталостной прочностям. Кроме того, исключение пассивных избыточных связей позволяет снизить требования к точности изготовления деталей шарнира.

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШАРНИР, содержащий наружную обойму и внутреннюю головку с гнездами на поверхностях, обраий нпых одно к другому, два ряда Фиг,1 элементов качения, внутренний из которых уложен в гнездах головки, а наружный - в гнездах обойма, отличающийся тем, что, с целью повьаиения нгщежности шарнира путем исключения пассивных избыточных связей, каждый элемент качения одного ряда непосредственно контактирует с двумя элементами качения другого ряда, а гнезда в поперечном сечении выполнены с тангенциальными зазорами относительно элементов качения, увеличивоцацимися от точки их контакта. (Л эо :л :о -sj XI

Фиг.

Z

/ 6

Фиг. 4