Универсальный шарнир Советский патент 1986 года по МПК B21B35/14 

Изобретение относится к обработке метгт- лов давлением и может быть использовано в конструкциях шпинделей привода прокатных станов, муфт и шарнирных соединений в узлах машин другого назначения.

Цель изобретения - повышение срока службы шарнира при сохранении его статической определенности.

На фиг. 1 изображен универсальный шарнир, поперечный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б -Б на фиг. 1; на фиг. 4 схематически изображен шарнир с указанием действующих моментов, усилий и классов кинематических пар поперечное сечение.

,, Универсальный иирнир содержит наружную обойму 1 и внутреннюю головку 2 ; гнездами 3 и 4 на поверхностях, обрашет-1ых одна к другой, два ряда элементов качения, внутренний из которых выполнен в виде цилиндрических роликов 5 и уложен в гнездах головки, а наружный выполнен в виде бочкообразных роликов 6 и уложен в гнездах обоймы. Между торцами бочкообразных ро- лико в и стенками гнезд обоймы имеются зазоры, что позволяет бочкообразным роликам поворачиваться в направлениях поперек своей оси. Каждый элемент качения одного ряда контактирует с двумя элементами качения др

гого ряда с помощью вставок 7 с рзумя впа- зо ролик в отдельности воздействует через

динами 8 и 9 ответной формы относительно контактирующих с ними элементов качения. Гнезда обоймы и головки вьшолнены цилиндрическими с радиусами, большими радиусов уложенных в них элементов качения, т.е. ,HR4 5 что обеспечивает перекатывание элементов качения в nonepeiMOM сечетши шарнира с одновременным смещением в радиальном и тангенциальном направлениях. На головке может быть закреплена на- сг1дка 10 со сферической либо бочкообразной наружной поверхностью, которая имеет окна для прохода роликов 5 и 6 без соприкосновения с насадкой 10. Предлагаемый уни версальный шарнир целесообразен дл:я общего случая работы по схеме сдвоенного шарнира, когда обойма (головка) установлена в опоре, образующей кинематическую пару V класса, а головка (обойма) установлена в опоре, образующей кинематическу :о пару

111 класса.

1

Кроме цилиндрической формы гнезд 3 и 4 возможна иная, имеющая в поперечном сечении вид других кривых, кроме, окружностей, либо вид V-образно расходящихся прямых. Необходимо, ггобы эта форма обеспечивала перекатывание элементов качеш1Я в поперечном сечении шарнира с одновременным смешением в радиальном и тангенциальном направлениях. Элементь качения могут быть выполнены в виде роликов другой формы или шариков. Если имеется необходимость компенсировать помимо углового перекоса небольшие непересечения осей соединяемых валов, насадка 10 может отсутствовать, а вместо нее на головке 2 должно быть установлено ограничительное кольцо (не показано) . для

роликов 5.

В процессе работы шарнира наружная обойма 1 вращается с некоторой угловой скоростью U и передает движущий крутящий момент -Мдв, который преодолевает момент

сопротивления Мсопр.; действующий на внут-. реш{юю головку 2. В результате действия даух указанных моментов в противополож- ьш1х направлениях, происходит выборка зазоров в шарнире и некоторое угловое смешение

обоймы 1 и головки 2 одна относительно другой (фиг. 4). В процессе выборки зазоров бочкообразные ролики 6, перекатываясь в цилиндрических гнездах 3, смещаются одновременно в радиальном и таетенциальном направле1 гаях относительно обоймы 1, а цилиндрические ролики 5, перекатываясь в цилиндрических гнездах 4, смещаются одновременно в радиальном и тангенциальном направлениях относительно головки 2. В этот период каж

15ставки 7 с впадинами 8 и 9 на другие ро- ;шки и определяет их положение. В результате этого все ролики 6 поддерживаются в со- стояшии, когда на них действуют одинаковые усшшя N, , а ролики 5 давят на голов- jcy с одинаковыми усилиями N . При этом

М

сопр

ПЬ ,

-,aN

где п - кол}1чество роликов в ряду; 1,и1 - плечи приложения сил относительно оси вращения.

В процессе углового перекоса обоймы 1 и головки 2 одно относительно другой обойма I перекатывается относительно бочкообразных роликов 6 и тем самым компенсируется угловой перекос, а насадка 10, если она имеется в конструкпдаи шарнира, дополнитель- -но центрирует обойму 1 и головку 2 друг от- носительно друга. Шарнир допускает относительное осевое смещение обоймы 1 и головки 2 в местах контакта цилиндрических роликов 5 с впадинами 9 вставок 7.

Таким образом, все ролики шарнирно постоянно передают крутятдий момент, а пассивные избыточные связи отсутствуют, т.е. шарнир является статически определенным. Убедиться в этом также можно ес;ш проанализи

ровать структуру шарнира по формуле Малы шева:

Л W 6 + 5р., +

.

2Р

I 7

где - количество избыточных связей; W - подвижность механизма; 1 - количество подвижных звеньев;

Pf PV количество кинематических пар соответствующего класса.

Структуру шарнира анализируют с учетом внеиших опор: W 2 и состоит из основной подвижности и осевой подвижности обоймы 1 и головки 2 одна относительно другой У1 42 (двадцать роликов, двадцать вставок, обойма и головка, учитывая то, что насадка 10 и головка 9 составляют одно звено).

Цилиндрические ролики 5, установленные в гнездах 4 образуют кинематические пары IV класса, так как имеют две подвижности- вращение вокруг оси и одно относительное перемещение. Бочкообразные ролики 6, установленные в гнездах 3, образуют кинематические пары II класса, так как имеют четыре подвижности - поворот относительно трех осей и одно относительное перемещение с одновременным смещением в радиальном и тангенсиальном направлениях. Циливдричес- кие ролики 5 с впадинами 9 вставок 7 образуют кинематические пары IV класса, так как имеют две подвижности - поворот отно10

сительно оси ролика и перемещение вдоль этой оси. Бочкообразные ролики 6 с впадинами вставок 7 образуют кинематические пары V класса, имея одну подвижность - поворот относительно оси ролика. Насадка 10 с обоймой 1 образуют кинематическую пару II класса, так как имеет четыре подвижности - поворот относительно трех осей и осевое перемещение.

Таким образом Ру 21 (вставки с бочкообразными роликами и наружная вращательная опора обоймы), Р 1 - 30 (цилиндрические ролики с вставками и цилиндрические ролики с гнездами), Р 1 (наружная 5 сферическая опора головки), Pj.. ll (бочкообразные ролики с гнездами и сферическая насадка с наружной обоймой) и Р О, а q 0.

Вследствие того, что в местах передачи 0 усилий от ролика одного ряда к дьум роликам другого ряда линейная поверхность контакта заменена поверхнос.тной с сохранением статической определениости шарнира, умень-. шаются контактные напряжения, повыииется 5 долговечность щарнира, так как исключен опережающий износ в указанных местах. При этом сохраненная статическая определенность шарнира обеспечивает распределение нагрузки между всеми роликами, что позволяет Полу- 0 чить высокую нагрузочную способность шарнира по условиям контактной прочности используемых материалов.

fфиг.З

i .

фuг.

Редактор М. Бланар

Составитель М. Коровина

Техред О .СопкеКорректор М. Демчик

1641/7Тираж 518 Подписное

ВНИИПИ «Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 11.Н)35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал (1Г1П Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4