Шаровой шарнир Мозоровых С.Д. и Д.С. Советский патент 1988 года по МПК F16C11/06 

4

00

го чг

1

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к универсальным шарнирам, предназначенным дл соединения валов, расположенных под углом друг к другу.

Цель изобретения - повышение долговечности и надежности шарнира

На фиг, I показан шарнирj осевое сечение; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. -I; на фиг, 3 - шарнир при повернутой вилке на угол у, общий вид;

на фиг, 4 - вилка, сечение экваториальной плоскостью; на фиг. 5 - шар, общий вид; на фиг, 6 - сеченке Б-Б на фиг, 5; на фиг, 7 - вид В на фиг, 5; на фиг, 8 - вариант выполнения шарнира с другими боковыми и внутренними поверхностями выступов вилки и канавки шара при повернутой вилке на угол с/, осевое сечение; на фиг« 9 - сечение Г-Г на фиг, 8, на фиг, 10 - вилка для варианта шарнра, общий вид; на фиг. 11 - шар для варианта шарнира, общий вил: ня фиг, 12 - сечение Д-Д на фиг, П; на фиг, 13 - вид Е на фиг. J1| на фиг, 14 - сечение Ж-Ж на фиг, JO; на фиг. 15 - сечение И-И на фиг,, 10 на фиг, 16 - то же, в увеличенном масштабе.

Шаровой шарнир содержит две вилки 1, соединенные друг с другом посредством промелсу точно го элемента в виде ш ара 2, а также фрикционный гаситель крутильных колебаний в виде составной обоймы 3, соединенной с каждой из вилок манжетой 4,

Вилка 1 выполнена в виде цапфы 5 и других осевых выступов 6, которые образовань наружными сферическими поверхностями 7, внутреннай цилиндрической поверхностью 8, внутренними вьшуклыми тороидальными поверхностями 9, плоскими поверхностями 10, внутренними цислиндричесними поверхностями 1I и торцовыми поверхностями 12, Шар 2 выполнен со сферическими наружными поверхностями 13 и дву-

4

мя расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях меридианапьны- ми. кaнaвкa ц-I 14, образованными внутренними вогнутыми тороидальными поверхностями 15, сопряжен1а 1ми с двумя плоскими поверхностями 16, параллель друг другу, представляющими собой боковые и внугренние поверхности канавки 3, содержит кольца 17 и 18, соединенные друг с другом

я

и081272

посредством винтов 19 и выполненные с внутренней сферической поверхностью 20,

Центры сферических поверхностей 13, 7 и 20 расположены в точке О, им€;нуемой далее центром шарнира. Диаметры поверхностей 13, -7 и 20 вь1дол- нены одинаковыми.

Расстояние между поверхностями 10 выполнено равным расстоянию между поверхностями 16, а радиус поверхности 15 выполнен равным радиусу поверхности 9, канавка 14 охвачена выступами 6 в пределах угла 230°, угод наклона торцовых поверхностей 12 к оси вилки выполнен равным 25°. Обойма 3 установлена с возможностью разворота вокруг центра шарнира О в мериди10

анальных плоскостях на угол ±35°, а в экваториальной плоскости - на неограниченный угол, при этом Н h К-БШ Rr К,Р.„; Т RI;

- ф RI t),005-K, Х, --2;

Кг

XY 7 .

j.p

V2

U)

5

5

0

i

0

0

где Н -

h

К

D;,

R, KIТ

R,

X. -RO - P

расстояние между поверхностями 10, толщина выступов вилки;

расстояние между поверхностями 16, ширина канавки;

О,30,,,0,38 - коэффициент;

- диаметр поверхности 13, диаметр шара; расстояние от поверхности 15 до центра шарнира 0; О,18,,,О,24 - коэффициент; наибольшее расстояние от периферии выступа вилки до центра шарнира 0; расстояние от поверхности 8 до центра шарнира; расстояние от центра поверхности 11 до центра шарнира О в направлении оси вилки; . радиус поверхности 11; расстояние между соседними поверхностями 15 в наислабейшем сечении шара.

Шаровой шарнир (фиг, 8-16) также содержит две вилки 1, соединенные друг с другом посредством шара 2, фрикционньй гаситель крутильных ко3 14

лебаний в виде составной обоймы 3, соединенной с каждой из вилок манжетой 4, и отличается от рассмотренного шарнира формой боковых и внутрен- них поверхностей выступов вилки и канавки шара, углом наклона к оси вилки торцовых поверхностей выступов вилки, а также ко нструкцией обоймы.

Выступы вилки образованы наружны- ми сферическими поверхностями 7j внутренней цилиндрической поверхностью 8, соединенной с двумя плоскими параллельными друг другу поверхностями 21, ширина которых равна ширине поверх- ности 8, расстояние между которыми равно диаметру поверхности 8, расположенными за мидельной плоскостью вилки (мидельная плоскость - плоскость нормального сечения выступов вилки, перпендикулярная оси вилки и проходящая через центр наружных сферических поверхностей ), внутренними выпуклыми тороидальными поверхностями 22, выпуклыми цилиндрически- ми поверхностями 23, вогнутыми сферическими поверхностями 2А, внутрен-, ними цилиндрическими поверхностями 25 и торцовыми поверхностями 26. ;

Линия перехода поверхностей 8 и 2 22 и 23, 24 и 25 лежит в мидельной плоскости. Поверхность 22 плавно сопряжена с поверхностью 24, поверхность 23 - с поверхностью 25.

Канавка шара 2 образована внутрен- ней вогнутой тороидальной поверхностью 27, плавно сопряженной с обеих сторон с выпуклыми наружными сферическими поверхностями 2,8,

Обойма 3 содержит два кольца 29 с внутренней сферической поверхностью 20, резьбовое кольцо 30 и гайку 31, зафиксированные от проворота.

Центр сферических поверхностей 24 совпадает с центрами сферических по- верхностей 28, а.их диаметры равны диаметру шара D,, при этом центры сферических поверхностей 24 и 28 расположены на поверхности 7. Центры радиусов г тороидальных поверхнос- тей 22 к 21 совпадают и расположены на равных расстояниях от центра шарнира О, на диаметре d.

Поверхности 27 в минимальном сечении шара образуют диаметр d 2r.

Диаметр поверхности 8 d + О,Old.

-Таким образом, между поверхностя- ми,, расположенными на диаметрах d

7

и dj, образуется полость, заполняемая смазкой.

Торцовые поверхности выступов вилки расположены под углом + с к оси вилки:,

II 1

S i Binoi , г -j- ,;

do D -tgof ; P DU. S;

Q т(2 - 2r,

где S - хсрда меридианальных .канавок; . . d - угол - профиля канавки

(фиг.11), равный углу профиля вилки Сфиг.8)J г - радиусы тороидальных поверхностей 22 и 27; d - диаметр, на котором расположены центры радиусов г ; Р - номинальная ширина вилки; D, - диаметр цапфы; Q - расстояние между соседними поверхностями 27 в наислабейшем сечении шара. Шарнир работает следующим образом. Разворот одной из вилок относительно собственной оси приводит к. развороту промежуточного элемента, вращаюшего в свою очередь вторую вилку. .

Передача вращающих усилий осуществляется боковыми поверхностями вы- ступов вилки и канавки шара. Центри- рование звеньев шарнира, вилок и шара осуществляется обоймой. Обойма обеспечивает возможность передачи шарниром осевых усилий в обоих направлениях, а также служит фрикционным гасителем крутильных колебаний, контактируя одновременно с поверхностями вилок и шара.

При передаче крутящего момента между валами, расположенными под неизменным углом друг к другу, обойма устанавливается в биссекторной плоскости.

Формула изобретения

1.Шаровой шарнир, содержялций две вилки, каждая из которыас состо-г ит из цапфы и двух осевых выступов, образованных Наружными, боковыми, внутренними поверхностями, а также то цовыми поверхностями, расположен

5

ными под углом к оси вилки, установленные с, возможностью взаимодействия друг с другом посредством шара с наружными сферическими поверхностями и двумя расположенными во взаимно перпендикулярных плоскостях мериди- анальными канавка ми, профиль которых образован боковыми и внутренними поверхностями, расположенными с возможностью взаимодействия с боковыми и внутренними поверхностями выступов вилок, отличающийся тем что, с целью повышения долговечности и надежности, он снабжен составной, обоймой, выполненной с внутренней сферической поверхностью радиусом, равным радиусу шара, центр которой совмещен с центром наружных сферических поверхностей шара, и установленной с возможностью, взаимодей:ствия с наружными поверхностями ща- ра и наружными выполненными сферичесIкими поверхностями выступов вилок,

I а боковые и внутренние поверхности выступов вилок и взаимодействующие .с ними боковые и внутренние поверх ности канавок шара выполнены в виде сопряженньос между собой криволинейных и плоских поверхностей,

2. Шарнир поп. 1, отличающийся тем, что угол охвата канавок шара выступами вилок равен 230 , обойма установлена с возможностью .поворота в меридианальных

плоскостях на угол ±35 от нейтрального положения J а торцовые поверхности выступов вилки расположены под углом.25 к оси вилки,

3. Шарнир по пп. 1 и 2, о т л и- ч а ю щ и и. с я тем, что внутренние и боковые поверхности выступов вилки выполнены с внутренней цилиндрической поверхностью, ось которой проходит через центр наружных сферических поверхностей выступов вилки и расположена перпендикулярно оси вилки, соединенной с обеих сторон с внутренними выпуклыми тороидальными поверхностями, каждая из которых сопряжена с плоской поверхностью, причем плоские поверхности выполнены параллельно друг другуу a кaж n;aя из них сопряжена с цапфой внутренней цио шнд- рической поверхностью, ось которой расположена параллельно плоской поверхности и перпендикулярно оси вилки, внутренние и боковые поверхности канавк.и шара выполнены с внутренней

276

вогнутой тороидальной поверхно.стью, сопряженной с параллельными между со- ,бой плоскими поверхностями.

4. Шарнир по п. 3, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что взаимосвязь параметров и геометрических форм поверхностей вилки и шара определена из уравнений

10 Н h K D

Ul9

RI ,;

Т R

R. 0,005 K,-Dj X

ш

fi 4

5

0

5

5

0

5

5

0

0

Dtu(2Ki-t-. K) 2

K-D

Ш

D

Ш

R,

-T R.

R - - . Г

0- 2

где H - -расстояние между параллель--, ными плоскими поверхностями выступов вилки;

h - расстояние между параллельными плоскими поверхностями канавок шара;

-диаметр наружных сферических поверхностей шара;

-расстояние от внутренней вогнутой тороидальной поверхности канавки щара до его центра;

наибольшее расстояние от периферии выступа вилки до центра их наружных сферических поверхностей;

-расстояние от внутренней цилиндрической поверхности выступов вилки до центра их наружных сферических поверхностей;

расстояние от центра внутренних цилиндрических поверхностей, сопрягающих выступы вилки с цапфой, от центра наружных сферических поверхностей вилки;

радиус поверхностей, сопрягающих выступы -ВИЛКИ с. цапфой;

наименьшее расстояние между соседними тороидальными поверхностями канавок шара;

К О,30...О,38, Ki 0,18...0,24.

5. Шарнир по.п 1, о тли ч а- ю El и и с я тем, что внутренние и боковые поверхности выступов вилки выполнены с внутренней цилиндрической поверхностью, ось которой проходит через центр наружных сферических поверхностей выступов вилки и

л . -

R,

С расположена перпендикулярно, оси вил- ки, соединенной с обеих сторон с внутренними выпуклыми тороидальными поверхностями, каждая из которых штав но сопряжена с вогнутой, сферической поверхностью, диаметр которой выполнен равным диаметру шара, а центр ее расположен на наружной сферической поверхнбсти выступов, при этом за мидельной плоскостью упомянутая внутренняя цилиндрическая, поверхность плавно сопряжена с двумя плоскими параллельными друг другу поверхностями, ширина которых равна ширине внутренней цилиндрической поверхности, сопряженных с обеих сторон с выпуклыми цилиндрическими поверхностями, радиус которых выполнен равным радиусу тороидальных поверхностей, плавно . сопряженными с внутренними цилиндрическими поверхностями, радиус которых равен радиусу сферических поверхностей, а внутренние и боковые поверхности канавки шара выполнены с внут- ренней вогнутой тороидальной поверхностью, плавно сопряженной с обеих сторон выпуклыми наружными сферическими поверхностями.

6. Шарнир по п. 5, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что угол наклона

10 1520 251278 .

торцовых поверхностей выступов вилки .равен сумме угла профиля канавки и угла максимального наклона одной из вилок.

7. Шарнир по пп. 5 и 6, отличающий ся тем, что взаимосвязь параметров и геометрических форм поверхностей вилки и шара определено

из уравнений S D jsino ; г

2 i

d 1 РШ -tgo ;

Q Y2-fi tgot- 2г,

де S

о1

г

(1„ р -хорда меридианальных канавок;

-угол профиля канавки;

-радиусы тороидальных поверхностей; .

диаметр, на котором расположены центры радиусов торо- идальных поверхностей; номинальная ширина вилки;

Бц - диаметр цапфы;

Q - наименьшее расстояние между соседними тороидальными поверхностями.

rs

фиг.1

19

Изобретение относится к области машиностроения,.в частности к универсальным шарнирам для соединения валов, расположенных под углом друг к другу. Целью изобретения является повышение долговечности и надежное-. ти. Шарнир содержит две вилки, соединенные друг с другом посредством шара с двумя взаимно перпендикулярными меридианальньми канавками. С вилками и шаром взаимодействует обойма, играющая роль центрирующего элемента и фрикционного гасителя крутильных колебаний. Кроме того, обойма позволяет передавать разнонаправленные осевые усилия. Передача крутящего момента осуществляется боковыми поверхностями выступов вилки и канавки шара, выполненными в виде совокупностей криволинейных (тороидальных, цилиндрических и сфериуеских) и плоских поверхностей. Меяоду поверхностями, образующими профиль выступов вилки и профиль канавки шара, образованы полости, заполняемые смазкой. 6 з.п. ф-лы, 16 ил. I (Л сг

фиг.з

CPU г. 2

то

id

i3

-А

фие.5

(риг. 4

6-6

фае, 6

фаг.го

фШ.Ъ

(ptiQ. iZ

фае. /у 7

Фae.i5

фа.1б