Карданный шарнир Советский патент 1985 года по МПК F16D3/16 

ром в направлениях к периферии, внутри которого с зазором размещена другая поперечина,

10,Шарнир по пп, 7-9, о т л ич ающий ся тем, что каждая прозтпина вилки снабжена чашкой, охватывающей с зазором соответствующую цапфу полой крестовины,

11.Шарнир по п, 7, о т л и ч аю щ и и с я тем, что крестовина вьтолнена составной из четырех вкладьшей, установленных с возможностью

взаимодействия друг с другом посредством наклонных боковых поверхностей и с.возможностью взаимодействия с кольцевым кожухом посредством других боковых поверхностей,

12. Шарнир по п. 11, от ли ч аю щ и и с я тем, что он снабжен двумя сильфонами, один конец каждого из которых закреплен на валу вилки, а .другой установлен между кольцевым кожухом и составной крестовиной.

1. КАРДАННЫЙ ШАРНИР, содержащий крестовину с цапфами, имеющими рабочие поверхности, две вилки с закрепленными в их проушинах стаканами с рабочими поверхностями и элементы качения, установленные с возможностью линейного соприкосновений с упомянутыми рабочими по верхностями, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения срока службы путем устранения перегрузок участков рабочих поверхностей контактиРУЮ1ЦИХ с концами элементов качения, и концов элементов качения, вызванных упругими деформациями крестовины к вилок, а также с целью снижения трудоемкости изготовления путем снижения класса точности обработки рабочих поверхностей и точности регулирования звеньев, одна из рабочих поверхностей каждой пары звеньев, образованной цапфой и стаканом, выполнена сферической, другая - тороидальной, элементы качения вьтолнены в виде роликов с выпуклой im вогнутой образующей, радиус которой равен радиусу сферы и радиусу образующей тороидальной поверхности, расположенных с наклоном к оси цапфы, а стаканы, расположенные один напротив другого, соединены стяжным стержнем. 2.Шарнир по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я TeMj что угол наклона осей роликов относительно соответствующих осей цапф составляет , 3.Шарнир по п. 1 . о т л и ч Sю щ и и с я тем, что стяжной стержень выполнен с опорной поверхностью на одном из концов и резьбовой поверхностью на другом. 4.Шарнир по пп. 1 и 3, о т л ичающийся тем, что стяжные стержни установлены внутри крестови(Л ны и расположены эксцентрично относительно осей цапф в двух параллельс: ных плоскостях с зазором друг относительно друга. 1 5. Шарнир по пп. 1 и 3, о т л ичающийся тем, что стяжные j стержни размещены вне крестовины. 6.Шарнир по п. 1, отлича4 01 ю щ и и с я тем, что он снабжен крышками, каждая из которых установСО лена в выполненном на дне соответстсо вующего стакана сквозном отвёрс тии. Од 7.Шарнир по п. 1, о т ли ч аю щи и с я тем, что крестовина выполнена полой с внутренними рабочими поверхностями. 8.Шарнир по п. 7, отличающийся тем, что он снабжен пересекающимися поперечинами, на концах которых закреплены- стаканы. 9.Шарнир по пп. 7 и 8, о т л ичающийся тем, что одна из поперечин вьшолнена с центральным отверстием с увеличивающимся диамет

л Изобретение относится к машиностроению, в частности для соединения валов, расположенных под некоторым изменяющимся углом друг, к другу,

Известен карданньй шарнир, содержащий крестовину с цапфами, имеющими рабочие поверхности в виде беговых дорожек, две вилки с закрепленными в их проушинах .стаканами с рабочими поверхностями в виде беговых дорожек и элементы -качения в ввде игл, установленные с возможностью линейного соприкосновения с упомянутыми рабочими поверхностями t1J«

Однако при нагружении карданного шарнира крутящим моментом возникающие, упругие деформации lpoyшин вилок и крестовины вызывают перекос игл относительно рабочих поверхностей цапф и стаканов, что приводит к значительньм перегрузкам концов игл и частей беговых дорожек, соприкасающихся с концами игл, что, в свою очередь, приводит к их преждевременному разрушению; неизбежное взаимодействие концов игл с дном стакана приводит к перегрузкам концов игл и их перекосу относительно рабочих поверхностей, что также снижает долговечность шарнира; поскольку игольчатые подшипники не передаю осевых нагрузок, осевое взаимодействие цапф и стаканов обеспечиваетс за счет непосредственного крнтакта между некоторыми их поверхностями, что приводит к повышению температуры шарнира из-за трения скольжения между поверхностями цапф и стаканов к возникновению цилиндрических усилий при передаче крутящего момента между валами, расположенными под некоторым углом друг к другу, вызывающих шум, к необходимости обеспечения высокой точности исполнения поверхностей цапф, игл и стаканов и селективной сборки, к необходимости обеспечения жестких требований соосности, параллельности, перпендикулярности, пересечения и прочих.

Цель изобретения - повьшение срока службы шарнира путем устранения перегрузок участков рабочих поверхностей, контактирующих с концами элементов качения, и концов элементов качения путем устранения соприкосновения поверхностей цапф крестовины с поверхностями стакана, а также снижение трудоемкости изготовления путем снижения класса точности обработки рабочих поверхностей и упрощения сборки и регулировки.

Поставленная цель достигается тем, что в карданном шарнире, содержащем крестовину с цапфами, имеющими рабочие поверхности, две вилки с закрепленными в их проушинах стаканами с рабочими поверхностями и элементы качения, установленные с возможностыо лине1Йного соприкосновения с упомянутыми рабочими поверхностями, одна из рабочих поверхностей каждой пары звеньев, образованной цапфсй и стаканом, выполнена сферической, другая - тороидальной, элементы качения выполнены в виде роликов с выпуклой или вогнутой образующей, радиус которой равен радиусу сферы и радиусу образующей тороидаль3ной поверхности, расположенных с на клоном к оси цапфы, а стаканы, расп ложенные один напротив другого, соединены стяжным стержнем. Угол наклона осей роликов относи тельно соответствующих осей цапф мо жет составлять 5-20, Стяжной стержень может быть вьто нен с опорной поверхностью на одно 13 концов ирезьбовой поверхностью на другом., Стяжные стержни установлены внутри крестовины и расположены эксцентрично относительно осей цапф в двух параллельных плоскостях с за зором друг относительно друга. Стяжные стержни размещены вне крестовины. Шарнир снабжен крьшшами, каждая из которых установлена в выполненном на дне соответствукицего стакана сквозном отверстии. Крестовина вьшолнена полой с внутренними рабочими поверхностями. Шарнир снабжен пересекающимися поперечинами, на концах которьк закреплены стаканы. Одна из поперечин вьшолнена с центральным отверстием с увеличивающимся диаметром в направлениях к периферии, внутри которого с зазором размещена другая поперечина. Каждая проушина вилки снабжена чашкой, охватывающей с зазором соответствующую цапфу крестовины, « Крестовина выполнена составной из четырех вкладышей, установленных с возможностью взаимодействия друг с другом посредством наклонных боковых поверхностей и с возможностью взаимодействия с кольцевым кожухом посредством цилиндрических поверхностей и других боковых поверхностей Шарнир снабжен двумя сильфонами, один конец каждого из которых закреп лен на валу вилки, а другой установлен между кольцевым кожухом и состав ной крестовиной. На фиг, 1 изображен карданный шарнир, разрез; на фиг, 2 - сечение А-А на фиг, 1; на фиг, 3 - вариант с 1единения цапфы крестовины со стакаяом вилки, р азрез; на фиг. 4 - вариант исполнения карданного шарнира с полой крестовиной, разрез; на фиг, 5 - сечение Б-Б на фиг, 6 (вари ант соединения полой крестовины с вилкой); на фиг. 6 - сечение В-В на фиг, 5 (вариант соединения полой 364 крестовины с вилкой); на фиг. 7 вкладьш полой составной крестовины, вид; на фиг, 8 и 9 - вариант соедил нения цапфы крестовины со стаканом вилки, разрез; на фиг, 10 - вариант соединения полой крестовины с вилкой, разрез; на фиг. 11 - карданный шарнир с вариантом размещения стяжных стержней, разрез. Карданньй шарнир (фиг, 1-2) содержит крестовину 1 с двумя парами соосных цапф 2, рабочая поверхность 3 каждой из которых установлена с возможностью линейного контактирования с телами качения, вьтолненными в виде роликов 4. Рабочая поверхность 3 цапф 2 выполнена наружной, , сферической. Оси Х-Х роликов 4 размещены под углом d к оси У-У соосных цапф, который може изменяться в диапазоне 5-20, и пересекаются в одной точке, расположенной на оси У-У, в направлении от центра крестовины. Образующая ролика 4 выполнена криволинейной, вогнутой. Ролики 4 охвачены рабочей поверхностью 5,, вьшолненной выпуклой, внут ренней, -тороидальной, стакана 6. Радиус образунщей ролика 4 выполнен равным радиусу рабочей поверхности 3 и равньм радиусу, образующей рабочей поверхности 5. Стаканы 6, расположенные ОД1Ш. напротив другого, закреплены в проушинах вилок (не показаны) и соединены стяжным стержнем 7j выполненным с, опорной поверхностью 8 на одном из концов и резьбовой поверхностыо 9 на другом, и гайкой tO. Стяжные стержни 7 расположены эксцентрично относительно оси цапф, внутри осевых отверстий 11 крестови ны 1, Между поверхностью 2 и поверхностью стакана 6 установлен кольцевой уплотнительный манжет 12. Карданный шарнир (фиг. 3) содержит крестовину 13с цапфами 2, рабачая поверхность 3 каждой из которых установлена с возможностью взаимодействия с роликами 4, которыр, в свою очередь, установлены с врзмозкностью взаимодействия с рабочей поверхностью 5 стакана 14, в толнённого с осевым отверстием 15, в котором установлена крьшша 16, Между цапфой 2 и стаканом 14 установлен кольцевой уплотнительный манжет 12, Оси Х-Х роликов 4 пересекаются в одной точке, расположенной на оси У-У, в направлении к центру крестовины. Карданный шарнир (фиг, 8 и 9) содержит | естовину (1, 13) с цапфами 2, рабочая поверхность 17 каждой из которых установлена с возможность взаимодействия с телами качения, выполненными в виде роликов 18, установленных с возможностью взаимодействия с рабочей поверхностью 19 стакана (6, 14), Образующая ролика 18 выполнена криволинейной, вьшуклой, Рабочая поверхность 17 вьтолнена наружной, вогнутой, тороидальной, Рабочая поверхность 19 выполнена внутренней, вогнутой, сферической. Радиус образующей ролика. 18 раве |радиусу сферической поверхности 19 равен радиусу образующей тороидальной поверхности 17, Шарнир снабжен сепаратрром 20 и уплотнительными манжетами 12, Оси Х-Х роликов 18 пересекаются в одной точке, расположенной на оси У-У, в направлении от.центра крестовины (в варианте исполнения по фиг, 8) и в направлении к центру крестовины (в варианте исполнения по фиг, 9), Карданный шарнир (фиг, 4) содержит полую крестовину 21 с рабочими поверхностями 22, установленными с возможностью взаимодействия с роликами 4, установленными, в свою очередь, с возможностью взаимодействия с рабочими поверхностями 23 стаканов 24, вьтолненных в виде кольца. Рабочая поверхность 22 выполнена внутренней, выпуклой, тороидальной. Рабочая поверхность 23 выполнена наружной, выпуклой, сферической. Одна пара соосных стаканов 24 соединена с проушинами 25 одной из вилок через чашки 26, а между собой через поперечину 27.посредством бол та 28 и гайки 29, Другие стаканы 24 соединены с проушинами 25 вилок через чашки 26, а между собой - через поперечину 30 болтами 31, Поперечины 27 и 30 вьшолнены пересекающимися в центре крест.овины, причем поперечина 30 выполнена со сквозным отверстием 32, расширяющимся от центральной части к периферии в обоих направлениях. Между внутренней поверхностью чашки 26 и наружной поверхностью цапфы крестовины 21 установлен кольцеобразный уплотнительный манжет 33, Карданный шарнир (фиг, 10) содержит крестовину 21 с рабочими поверхностями 34, установленными с возможностью взаимодействия с телами качения в виде роликов 18, установленных с возможностью взаимодействия с рабочими поверхностями 35 стаканов 24, Рабочая поверхность 34 выполнена внутренней, вогнутой, сферической. Рабочая поверхность 35 выполнена наружной, вогнутой, тороидальной. Одна пара соосных стаканов 24 соединена с проушинами 25 одной из вилок через чашки 26, а между собой- через поперечину 27 посредством болта 28 и гайки 29, Другие стаканы 24 соединены с проушинами 25 вилок через чашки 26, а между собой - через поперечину 30 болтами 31, Между чашкой и крестовиной установлен манжет 33, Ролики 18 установлены в сепараторе 20, Карданньш шарнир (фиг, 5-7) содержит составную полую крестовину 36, выполненную из четырех вкладьшгей 37, каждый из которых выполнен с рабоче | поверхностью 22, установленной с возможностью взаимодействия с роликами 4, которые, в свою очередь, установлены с возможностью взаимодействия с рабочей поверхностью 23 шейки 38 вилки 39, Вкладьш1и 37 выполнены с наклонными боковыйи поверхностями 40, предназначенными для взаимодействия друг с другом, другими боковыми поверхностями 41, параллельными между собой, установленными с возможностью взаимодействия с кольцевым кожухом 42 и цилиндрическими поверхностями 43, Кроме того, карданньй шарнир снабжен двумя сильфонами 44, один из концов каждого из которых закреплен на валу вилки 39, а другой установлен между кольцевым кожухом 42 и составной крестовиной 36, Карданный шарнир (фиг, 11) содержит крестовину 13, ролики 4, рабочие поверхности 5, выполненные в проушинах 45 вилки 46, крышки 16 и стяжные стержни 47, расположенные вне крестовины.

Сборку.шарнира (фиг. 1) осуществляют следующим образом.

Перед сборкой в исходном состоянии расстояние между противолежащими стаканами 6, закрепленными в проушинах вилки, несколько большее расстояния между стаканами в собранном виде. Одна из цапф 2 вводится внутрь одного из стаканов 6, а затем противоположная цапфа вводится в другой стакан.

Благодаря увеличенному расстоянию между стаканами 6, ролики 4 устанавливаются в зазор между рабочими поверхностями одной пары сопряжения (цапфа-стакан), а затем - в зазор между рабочими поверхностями другой пары сопряжения. Затем устанавливается стяжной стержень 7 и гайка 10. Регулировка люфта или предварительного напряжения как радиального, так и осевого сопряжений 3-4-5 достигается посредством большего или меньшего навинчибания гайки 10.

Таким образом осуществляется точная и надежная сборка одной вилки с крестовиной. Сборка другой вилки с крестовиной осуществляется аналогично.

В варианте исполнения по фиг. 11 сборка и регулировка шарнира осуществляется аналогично посредством стяжных стержней 47.

В варианте исполнения по фиг. 3 направление осей Х-Х роликов 4 инвенсированно относительно варианта исполнения по фиг. 1 с целью повышеНИЛ грузоподъемности.

Сборку шарнира (фиг. 3) осуществляют следующим образом.

Перед установкой крьшгек 16 крестовину 13 с установленными манжетами 12 вводят в отверстие 15 одного из стаканов 14 соответствующей цапфой 2, а затем другой соосной цапфой 2 в отверстие 15 другого стакана 14. Ролики 4 устанавливают между рабочими поверхностями 3, 5 одной пары (цапфа стакан), затем сближают стаканы 14 за счет pyrqjrp .сжатия проушин рилок и устанавливают ролики 4 между рабочими поверхностями 3, 5 другой пары (цапфа-стакан).

После установки роликов снимают сжимающее усилие, приложенное к

проушинам вилки, давая тем самым под действием сил упругости вернутся про5апинам вилки в первоначально положение, которое обеспечивает требуемое предварительное напряжение в соединении 3-4-5. Далее устанавливают крьшпси 16, набивают смазку и устанавливают уплотнительнвк манжеты 12.

Для точной регулировки размера между соосными стаканами могут быть установлены стержни аналогично изображенньп на фиг. 2 или фиг. 11, работающие на сжатие.

Сборку прочих вариантов исполнения шарнира осуществляют аналогично сборке описанных вариантов.

Работа предлагаемого карданного шарнира не отличается от работы известного шарнира, поскольку схематически они выполнены аналогично.

В связи с вьтолнением рабочих поверхностей цапфы и стакана сферической и тороидальной формы, с выполнением элементов качения в виде роликов с выпуклой или вогнутойкриволинейной образующей соответствующего радиуса, с установкой осей элементов качения под некоторым углом к осям соответствующих цапф, а также с соединением противолежащих стаканов посредством стяжных стержней в предлагаемом карданном шарнире устранены недостатки, присущие известному шарниру.

Благодаря предлагаемому вьтолнению шарнира достигнуто повьшгение его прока службы и снижение трудоемкости изготовления, в частности упругие деформации проушин вилок и крестовины не ухудшают распределения давления по линиям соприкосновения тел качения с рабочими поверхностями цапф и стаканов благодаря выбору формы соприкасающихся поверхностей, чем достигается повышение срока службы; элементы качения своими торцовыми частями не взаимодействуют с дном стакана благодаря вы- бору формы соприкасающихся поверхностей, -что не вызывает перегрева, чем достигается повьш1ение срока службы, а также снижение трудоемкости изготовления ввиду отсутствия .требования к качеству изготовления торцов элементов качения и дна стакана; регулирование осевых и рациональных зазоров или натягов (напря91145936

женнй) в сопряжениях обеспечивается ности исполнения ввиду конструктивnpocto. чем достигается снижение ной возможности регулирования осевых трудоемкости изготовления; вьшолне- и радиальных зазоров в сопряжениях, ние рабочих поверхностей цапф, игл чем достигается снижение трудоемкосИ стаканов не требует высокой точ-5 ти изготовления

иг.г А-А

V «

fO

Фиг. 2

ФигЛ

б-б 40L Физ.5

Фиг.7 фиг. б

У

Х Ю

17

X/ 20

Фиг. 8

/4

Фиг. 9 в S №

Фи&П 4