Универсальный шарнир Советский патент 1986 года по МПК B21B35/14 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в конструкциях пшинделей ,приводов прокатных станов, а также в конструкциях муфт и шарнирных соединений в узлах машин другого назначения .

Целью изобретения является повышение надежности шарнира.

На фигЛ изображен универсальный шарнир, поперечное сечение, с указанием классов кинематических пар; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - разрез Б-Б на ,

Универсальный шарнир содержит наружную обойму 1 и внутреннюю головку 2 с цилиндрическими гнездами 3 и 4 на поверхностях, обращенных одна к другой. В гнездах размещены промежуточные звенья 5 и 6, выполненные в виде тел вращения (цилиндрические) усеченных вдсшь оси, имеющих на усекающих поверхностях по два углубления 7 или 8, расположенных симметрично оси вращения. Каждое промежуточное 35 элементов 9 качения с углублениями 7

звено 6, установленное в гнездах 3 обоймы 1, своими двумя углублениями 8 через элементы качения 9 в виде бочкообразных роликов или шаров взаимруцействует с углублениями 7 дву идентичных промежуточных звеньев 5, установленных в гнездах 4 головки 2. Соответственно каждое промежуточное звено 5 своими двумя углублениями 7 через элементы 9 качения соединенно с углублениями 8 двух промежуточных звеньев 6.

Радиус R, элементов 9 качения равен радиусу углублений 8, а радиус углублений 7 промежуточных звеньев 5 болыпе радиуса элементов 9 качения, т.е. , .

Возможен также вариант, когда на одном и том же промежуточном звене одно углубление в поперечном сечении шарнира вьтолнено с радиусом, равным радиусу элементов качения, а другое - с радиусом, превышающим радиус элементов качения. При этом важно, чтобы самой сборкой шарнира обеспечивалось требование - в зоне контакта каждого элемента качения углубление одного из промежуточных звеньев выполнено в поперечном сечении шарнира с радиусом, равным радиусу элемента качения, а углубление другого - с радиусом, превышаюпщм радиус элемента качения. В случае необходимост

центрирования обоймы 1 и ГОЛОБ/ Л 2 друг относительно друга на усекагощей поверхности промежуточных звеньев 6 могут быть закреплены накладные элементы 10, а головка 2 может иметь сферическую поверхность f1, контактирующую с последними.

В процессе работы шарнира наружная обойма 1 передает движущий крутящий

момент, преодолевая момент сопротивления, действ1пощий на внутреннюю голоБку 2 и направленный в противоположную сторону. Б результате действия двух указанных моментов в противоположную сторону происходит выборка зазоров в шарнире. В процессе выборки зазоров промежуточные звенья 5 и 6э воздействуя своими углублениями 7 и 8 через элементы качения 9

друг на друга, вызывают проворот друг друга своими цилиндрическими поверхностями относительно цилиндрически:; поверхностей гнезд 3 и 4, Вследствие того, что в зоне контакта

R,,

элементы 9 качения т-гмеют возможности некоторого смещения в поперечном сечении шарнира. Это смещение позво.гшет осущ вствлять такой прово- рот промежуточных звеньев 5 и 6j при котором два отдельных промежуточных звена 5 к 6, взаимодействующие друг с другом, не способны заклинить друг друга и исключить тем самым этот про- ворот. Выборка зазоров заканчивается . гогда, когда промежуточные звенья 5 и 6 займут уравновешенное положение, при котором все элеме Нты 9 качения перед,ают крутящий момент. Возникающее при этом окружное усилие от передаваемого крутящего момента делится между всеми элементами 9 качения.

В процессе углового перехода обой- tsbi 1 и 1 оловки 2 друг относительно друга обойка 1 совместно с промежз -- точнь&ш звеньями 5 обкатьтается относительно всех элементов 9 качения, ко шеысируя тем самым угловой перекос, а накладные элементы 10, если они имеются в конструкции шарни ра, взаимодействуя со сферической поверхностью 11 головки 2, дополнительно центрируют обойму 1 и головку 2 друг относительно друга. Шарнир допускает осевое пефемещение обоймы 1 совместно с промежуточными звеньями 6 и элементами 9 качения относительно го

ловки 2 совместно с промежуточными звеньями 5.

Таким образом, все детали шарнира постоянно передают крутящий момент. Это подтверждается анализом структуры шарнира по формуле

+SPy+4Piy+3PIIJ+2PU+P1,

где g - число избыточных связей; W - подвижность механизма; п - количество подвижных звеньев P1...PY - количество кинематических пар соответствующего класса.

Структуру шарнира анализируют с учетом внешних опор, принимая во внимание то, что шарнир, изображенный на фиг.1-3, предназначен для работы по схеме сдвоенного шарнира (кардана), когда обойма (головка) установлена в опоре, образующей сферическую кинематическую пару Ш класса, а головка (обойма) - в опоре, образз ицей вращательную кинематическую пару Y класса.

W 62 (общая подвижность, осевая и по три местные подвижности двадцати элементов качения);

п 42 (обойма, головка, двадцать промежуточных звеньев, двадцать элементов качения) ;

РУ 21 (промежуточные звенья 5 и 6 с обоймой 1 и головкой 2, а также одна внешняя опора);

F1J о;

РШ 21 (промежуточные звенья 6 с

элементами качения 9 и одна внешняя опора);

РЦ 1 (взаимодействие накладных элементов 10 со сферической поверхностью 11 головки 2, не влияющее на передачу крутящего момента.

эквивалентно наличию кинематической пары П класса) ; 20 (промежуточные звенья 5

с элементами качения 9).

0

5

0

5

0

5

0

f О +

5

g 62 - 6 к 42 + 5 21 + + 20 0

Структурный анализ подтверждает отсутствие пассивных избыточных связей. Следовательно, все детали шарнира передают крутящий момент.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет получить такую кинаматическую схему шарнира, в которой все детали шарнира передают крутящий момент, в результате чего нагрузка равномерно распределяется между всеми одинаковыми деталями шарнира к одинаковыми местами контакта в шарнире, каждая деталь и место контакта существенно меньше нагружены, исключается циркуляционный характер нагрузкения обоймы и головки, тем самым устраняются условия усталостного их разрушения. Кроме того, гнезда головки и обоймы меньше нагружены еще и потому, что кинематическая схема шарнира обеспечивает поверхностный контакт гнезд с другими деталями взамен линейного.. При этом при работе шарнира в зоне контакта промежуточных звеньев с гнездами головки и обоймы возникают лишь небольшие установочные перемещения. Все это ведет к тому, что износ гнезд обоймы и головки существенно уменьшается. Б pe3yj ibTaTe при менее частых ремонтах нет необходимости демонтировать обойму и головку в линии привода клети прокатного стана, а необходимо лишь заменить остальные детали, в итоге уменьшается время простоя прокатного стана, повьш1ается эксплуатационная надежность шарнира.

аг.З

Редактор Л.Веселовская

Заказ 1862/9Тираж 518Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Составитель М.Коровина

Техред в. Кадар Корректор, А. Тяско