УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШАРНИР ПОСТОЯННОЙ УГЛОВОЙСКОРОСТИ Советский патент 1971 года по МПК F16D3/26 

Изобретение относится к универсальным шарнирам постоянной угловой скорости, в частности, допускающим перекос осей соедияемых валов до 90°, и может быть испольовано в различных отраслях машиностроения для соединения несоосных валов машин и механизмов.

Известен универсальный шарнир постоянной угловой скорости, содерл аший установленные на концах валов втулки с пальцами связуюш,ую систему, включающую шарнирно соединенные жесткие элементы. Недостатки известного универсального шарнира постоянной угловой скорости заключаются в том, что он передает момент при произвольном, в пределах вышеуказанного, но фиксированном угле перекоса осей валов и при отсутствии осевой нагрузки. Кроме того, этот шарнир имеет большое количество деталей и сложную конструкцию.

Цель изобретения - устранение перечисленных недостатков.

Указанная цель достигается благодаря тому, что связующая система шарнира выполнена в виде нескольких звеньев, каждое из которых содержит пару концевых и центральный соединительные элементы, шариирно связанные друг с другом с помощью валиков, а со втулками - с помощью радиально установленных на них пальцев. Пальцы каждой из втулок и прилежащие к ним валики всех центральных элементов расположены так, что их оси пересекаются в общих точках на осях соответствующих валов, а оси

валиков каждого центрального элемента

пересекаются попарно в точках, лежащих

вне осей валов и определяющи. поперечную

плоскость симметрии шарнира.

Оси пальцев одной втулки установлены

под одинаковыми углами к оси соответствующего вала и между собой, а оси пальцев другой втулки при сооспом располол ении валов совпадаЕОТ. Оси пальцев каждой из двух сопряженных втулок при соосном расположеНИИ валов могут быть повернуты на 180°.

Такое выполнение шарнира обеспечивает увеличение угла перекоса осей валов, передачу момента при любых, в пределах допустимого, в том числе и переменных углах несоосности при одновременной передаче осевых усилий, а также упрошение конструкции. На фиг. 1 изображен шарнир с совпадающим расположением осей пальцев обеих втулок, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид по оси

валов; па фиг. 3 - кинематическая схема этого же шарнира прп перекосе осей валов; на фиг. 4 - шарнир с расположением осей пальцев каждой из двух сопряженных втулок под углом 180°, вид сбоку; на фиг. 5 - то же,

Универсальный шарнир постоянной угловой скорости по одному из возможных вариантов его выполнения содержит жестко установленные на концах валов /, 2, втулки 3, 4, выполненные каждая по меньшей мере с тремя пальцами 5-7, соединенными соответственно элементами связующей системы. Оси валов, в общем случае, нересекаются друг с другом под углом перекоса -90° 7 -i-90° в точке А. Оси пальцев каждой из втулок расположены симметрично по окружности под одинаковыми углами а к осям, равными, например, 90°, и пересекаются на осях валов в общих точках В и С.

Связующая система выполнена в виде шарнирно установленных одним из своих концов на указанных пальцах геометрически одинаковых концевых элементов 8-10, которые другими своими концами шарнирно и попарно соединены валиками 11-13 с тремя также геометрически подобными центральными шарнирными элементами 14-16.

При этом, во-первых, оси всех валиков пересекаются на осях валов в тех же общих точках, что и оси упомянутых пальцев, т. е. соответственно s точках S и С, и расположены но отношению к осям сопрял енных с каждым концевым элементом пальцев под произвольными, но также взаимно одинаковыми углами р. Во-вторых, оси каждой пары валиков 11-13 кал{дого центрального элемента 14-16 попарно пересекаются друг с другом вне осей валов, но также в общих точках соответственно , Е, ЕЗ иод произвольными, но одинаковыми углами ф.

Очевидно, что точки EI, Е, Е определяют собой некоторую плоскость Q, которая в соответствии с принятыми условиями является плоскостью симметрии, проходит посредине между геометрическими концами валов /, 2 и перпендикулярна к линии, их соединяющей. При этом независимо от величины угла перекоса Y условием нормальной работы описываемого щарнира является установка валов }, 2 в положение, при котором их оси пересекаются в точке А, расположенной в плоскости симметрии Q.

Максимальная величина угла у ограничена механическими помехами между элементами связующей системы. При выполнении шарнира, показанном на фиг. 1-3, величина тах достигает 92°. При шарнир работает нормально и обеспечивает передачу момента при равных угловых скоростях и значительных углах перекоса осей валов. При вращении коаксиальных валов (у О) меледу элементами каладого из связующих звеньев относительное отсутствует.

Необходимо отметить, что если входные и выходные валы укрепляются аксиально неподвижно, то оси валиков связующих звеньев должны быть параллельны между собой. Однако в случае их пересечения так, как было указано выше, шарнир имеет достаточную аксиальную л есткость, чтобы автоматически

препятствовать поступательному перемещению валов друг относительно друга. Углы а, Р и гр могут иметь любую величину, удовлетворяющую соотнощениям

2a-f2p -ф 180°+7гаах; .

Связующая система шарнира быть выполнена с любым числом связующих звеньев. Чем больше связующих звеньев в системе, тем меньше угол 7, при котором вознпкают механические помехи.

При использовании одного или двух связующих звеньев входной или выходной вал устанавливаться аксиально неподвижно. Такой шарнир может быть использован вместо системы с коническим зубчатым колесом между двумя пересекающимися валами.

Каладое связующее звено также должно удовлетворять выщеприведенному условию,

но внутри каждого звена величины углов а, (3 и ф могут быть разными, поскольку расстояние между точками В и С остается постоянным. В случае, если величины углов а, Р и ф изменяются в щарнире от одного связующего звена к другому, самая низщая величина угла Y, полученная из соотношения 2а+2р - ф 180°+7тах Для каждого звена, определяет у для щарнира в целом. В случае использования в щарнире нескольких связующих звеньев оси всех пальцев втулки 3 пересекаться в одной точке, располол енной па оси входного вала, а оси всех валиков втулки 4 - в одной точке, располол енной на оси выходного вала.

В любом щарнире, использующем одно или

несколько связующих звеньев, оси валиков

звена могут быть параллельны между собой.

Если шарнир имеет такую конструкцию,

при которой меньше, чем три связующих звена имеют валики, оси вращения которых нересекаются в точках, расположенных на некотором расстоянии от линии, соединяющей геометрические концы входного и выходного валов, то в щарнире нет осевой жесткости, и

валы быть зафиксированы в боковом направлении. С другой стороны, если шарнир включает в себя по крайней мере три связующих звена, оси валиков которых пересекаются в точках, расположенных вне

линии, соединяющей геометрические концы валов, как показано на чертежах, шарнир обладает достаточной поперечной жесткостью, чтобы передавать усилие, а также крутящий момент.

Если щарнир включает в себя три или более связующих звена, то по крайней мере три из них иметь оси пальцев на каждой втулке шарнира, располагающиеся в непараллельных плоскостях, что также является условием обеспечения аксиальной жесткости.

На. фиг. 4 и 5 показан другой возмол ный варнайт выполнения универсального шарнира ностоянной угловой скорости. Шарнир,

/3

Фиг2

Фиг 3

при изготовлении и обеспечивает несколько большую величину угла у.

В шарнире, изображенном на фиг. 4, 5, в отличие от шарнира, изображенного на фиг. 1-3 оси пальцев смещены по углу относительно осей валиков, когда оси валов коаксиальны, на угол, равный 180°.

Однако звенья связуюш,ей системы вместе и по отдельности симметричны относительно плоскости Q симметрии шарнира, так как каждое звено связующей системы определяет на своих противоположных концах величины углов а и р, а каждый угол ф делится плоскостью Q пополам.

Как и в шарнире, изображенном на фиг. 1-3, оси пальцев описываемого шарнира располагаются симметрично относительно соответствующих осей валов и пересекают их в геометрических концах.

При описываемом вьшолнении шарнира, кроме перечисленных выше, должно выполняться дополнительное условие, состоящее в том, что в случае, если оси пальцев связующей системы смещаются друг относительно друга и относительно осей ведущего и ведомого валов, углы аир равняются 90°, и оси пальцев каждого связующего звена располагаются друг от друга на 180° относительно осей ведущего и ведомого валов.

Как и в шарнире, описанном выше, в шарнире, изображенном на фиг. 4, 5, может быть одно или несколько связуюших звеньев.

Универсальные шарниры, показанные на фиг. 1-5, имеют как геометрическую, так и структурную симметрию. В них связующие элементы, шарнирно соединенные с пальцами ведущего и ведомого валов, идентичны, но могут быть лево- или правосторонними.

Однако, как отмечалось выше, связующие системы в любом шарнире со многими связующими звеньями согласно изобретению необязательно должны быть структурно или геометрически идентичными. При этом звенья необязательно должны быть симметрично соединены входными и выходными валами. Например, в описанном шарнире с тремя связующими системами углы между осями пальцев втулки 3, измеренные в плоскости, перпендикулярной оси входного вала /, необязательно должны быть равны 120°, но угловое отношение между осями пальцев втулки входного вала должно быть таким же, как и у втулки выходного вала.

Работа описываемого шарнира в целом аналогична работе подобных известных

устройств и отличается от нее тем, что в пределах допустимых углов перекоса осей шарнир, кроме передачи крутящего момента, обеспечивает также восприятие и передачу

осевых усилий.

При этом в пределах допустимых углов перекоса осей сопрягаемых валов обеспечивается полная линейность нередаваемого момента.

Преимущества описываемого шарнира состоят, следовательно, в обеспечении при его работе высоких динамических качеств, в увеличении допустимых углов перекоса сопрягаемых валов, в обеспечении восприятия и

передачи наряду с крутящим моментом - осевых усилий, в улучшении технологичности изготовления и ремонта и в повышении надежности работы.

20

Предмет изобретения

концах валов втулки и связующую систему, отличающийся тем, что, с целью увеличения допустимого угла перекоса осей валов при передаче момента, улучшения динамических характеристик и обеспечения передачи осевых усилий, связующая система выполнена в виде нескольких звеньев, каждое из которых содержит пару концевых и центральный соединительные элементы, шарнирно связанные один с другим с помощью валиков, а со

втулками - с помощью радиально установленных на них пальцев, причем пальцы каждой из втулок и прилежащие к ним валики всех центральных элементов расположены так, что их оси пересекаются в общих точках на осях соответствующих валов, а оси валиков каждого центрального элемента пересекаются попарно в точках, лежащих вне осей валов и определяющих поперечную нлоскость симметрии шарнира.

180°.