Универсальный шарнир Советский патент 1977 года по МПК F16C11/06 F16D3/24 

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к карданным передачам, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где требуется обеспечить соединение валов тяжело- нагруженных машин и механизмов, передающих крутящий момент в условиях изменяющи ся углов перекоса и смещения осей. Известен щарнир, предназначенный для по выщения нагрузочной способности и надежности карданной передачи при динамических нагрузках за счет снижения неравномерности нагрузки, обусловленной неравенством угловых скоростей сочлененных валов. Известный шарнир равных угловых скоростей сод ержит внутренний и наружный элементы с криволинейными поверхностями, каждый из которых жестко соединен с соответствующим валом. Наружный и внутренний элементы связаны щариками, предназначенными дляпередачи крутящего момента и обеспечения требуемого взаимного положения элементов. Шарики размещены в беговых дорожках, образованных частично на наружном, а частич но - на внутреннем элементах. Геометрические формы рабочих поверхностей наружных и внутренних элементов и вьшолненных на них беговых дорожек разнообразны, В указанных конструкциях щарниров равных угловых скоростей передача крутящего момента осуществляется одним рядом щари- ков, равномерно расположенных на окружности, плоскость которой пересекается с точкой пересечения осей сочлененных валов. Однорядные конструкции шарниров, обеспечивая равенство угловых скоростей сочлененных валов, способны передавать небольщие по величине крутящие моменты, ограниченные контактной прочностью рабочих поверхностей беговых дорожек и тел качения. Надежность и долговечность таких щарниров при передачи больших крутящих моментов ограничена. Для повышения нагрузочной способности шарнира стремятся увеличичь до оптимального количества число рабочих тел качения, участвующих в передаче нагрузки, что приводит к многорядным шарнирам, конструкция которых предусматривает наличие промежуточного подвижного элемента, обеспечивающего необходимую подвижность шарнира. Известен шарнир равных угловых скорос тей с подвижным промежуточным элементом содержащий закрепленную на валу разъем- дую эбойму со сферической внутренней пове ностью (обхватывающий элемент), шаровое тело (обхватываемый элемент) жестко связанное с другим валом, и размещенные меж ду ними шарики. Шарнир снабжен щпонками, закрепленным а сегментах - вкладышах (промежуточный элемент), зафиксированных шариками на шаровом теле с возможностью поворота относи тельно осей- пересекающихся в точке первоечения осей соединяемых валов, и опирающих ся через шарики на плоскости обоймы, параллельные плоскости ее разъема. Данное устройство является наиболее бли ким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Однако передача крутящего момента осуществляется ограниченным количеством щар ков, вследствие чего нагрузочная способнос такого шарнира практически ниже однорядно го. Кроме того, да1шый щарнир требует высо кой точности изготовления и монтажа. Целью изобретения является повышение нагрузочной способности и надежности шарнира в работе. Это достигается тем, что сопряженные сферические поверхности одного из основных элементов шарнира и вкладышей выполнены с продольными, расположенными с интервалом по окружности полуцилиндрическими канавками, совместно образующими беговые дорожки, в каждой из которых установлено по несколько шариков, подпружиненных с обеих сторон дорожки и закрытых упорами. При этом каждый поворотный вкладыш выполнен с радиальной опорной и тангенциальной упорной поверхностями, снабженными подшипниками, взаимодействующими с ответными поверхностями одного из основных элементов шарнира. Каждый из поворотных вкладышей может быть выполнен с радиальными, направленными наружу (или внутрь) цапфами, снабженными роликоподшипниками, и с внутренней (или наружной) сферической поверхностью и канавкой для шариков, а обхватывающий (либо соответственно - обхватываемый) основной элемент шарнира - с радиально расположенными гнездами, в которых установлены на указанных подшипниках цапфы вкладышей. Каждый из поворотных вкладышей может быть выполнен с радиально расположенным гнездом и установленным в нем роликопод- шипником, а соотвехствуюш;ий основной элемент шарнира (обхватывающего или обхватываемого) - с радиальными шипами, на каждом из которых установлен через упомянутый подшипник вкладыш, С целью обеспечения осевой подвижности шарнира и самоустанавливаемости один из основных элементов шарнира, например обхватываемый, может быть выполнен с возможностью осевого перемещения, например на шлицах вала. На фиг. 1 изображен шарнир, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечный раэрез; на фиг. 3 - 6 - варианты исполнения. Универсальный шарнир содержит шаровое тело 1, жестко соединенное с валом, поворотные вкладыши 2 и обойму 3, снабженную фланцем 4 для соединения с другим валом болтами 5, вставленными в отверстия 6, Шаровое тело имеет равномерно распределенные по окружности выступы и впадины, необходимые для сборки щарнира. Между шаровым телом и поворотными вкладышами размещены несколькими рядами шарики 7, уложенные в беговые дорожки 8, которые образованы частично на выпуклой сферической поверхности выступов шарового тела, а частично - на вогнутых сферических поверхностях поворотных вкладышей. Беговые дорожки в продольном направлении выполнены по дугам окружности с обшим центром, совпадающим с центром шарового тела. Положение шариков фиксируется пружинами 9, установленными в упорах 10, закрепленных на шаровом теле. Поворотный вкладыш плоскостью, расположенной со стороны цапфы 11, опирается через подшипник скольжения 12 на внутреннюю плоскость паза обоймы. На цапфе поворотного вкладыша смонтирован роликовый подшипник, состоящий из роликов 13 и стакана 14, вставленного в расточку обоймы и закрепленного болтами 15. Подшипник закрывается крышкой 16, Для предупреждения выпадания поворотного вкладыша из подшипника при монтаже на конце его цапфы имеется кольцевая канавка, в которую вставляется стопорное кольцо 17. Между стопорным кольцом и торцами роликов установлено проставочное кольцо 18, В полость 19 шарового тела закладывается смазка, поступающая по каналам 20 и 21 для смазки подшипников. Для предотвращения выброса смазки из щарнира и попадания в него пыли и влаги полости шарнира закрыты крышками 22 и 23 и пр резиненным кожухом 24, который плотно прижимается к торцу кольца 25, Стенки внутреннего диаметра последнего ограничивают угол поворота вала в нерабочем состоянии. Сборка шарнира производится в следующей последовательности, В расточку обоймы вставляется и крепится болтами 15 стакан 14 роликоподшипника, в который после установки подшипника скольжения 12 встав ляется цапфа 11 поворотного вкладыша. Меж ду щипом и стаканом подшипника укладываются ролики, на торцы которых сверху устанавливается проставочное кольцо 18. Поворотный вкладыш в сборе с роликоподшипнкком фиксируется стопорным кольцом и закры вается крышкой 16, Обойма в сборе с поворотными вкладышами устанавливается фланцем на плоскость мо тажного стола, после чего в нее вставляется шаровое тело, выступы которого при этом вх дят в пространство между поворотными вкладышами. Когда центры сфер шарового тела и поворотных вкладышей совместятся, шаровое тело поворачивают до совпадения беговых до рожек его и поворотных вкладышей, в резуль тате чего образуются каналы цилиндрической формы, которые затем заполняются шарика- мн и с обеих сторон запираются упорами с 1фужинами. При работе шарнира шарики, кроме передачи крутяшего момента, обеспечивают взаимное центральное положение шарового тела и поворотных вкладышей независимо от угла несоосности между валами. Шаровое тело 1 (см. фиг. 3 и 4) связано с валом шлицевым соединением 26, допускаюшим осевое перемещение вала относительно шарового тела, а поворотные вклады- ШИ 2 смонтированы на плитах 27, которые болтами крепятся снаружи к обойме 3. В этой конструкции шарнира шаровое тело выполнено без выступов и пазов. На фиг, 5, 6 показан шарнир, у которого на валу расположены шипы 28. На шипах через ролики 13 смонтированы поворотные вкладьш1и 2, а к обойме 3 жестко прикреплены сферические тела. В этой конструкции поворотные вкладыши вместо цапф снабжены расточками. Внедрение многорядного шарнира равных угловых скоростей, например в карданные передачи локомотивов с групповым приводом колесных пар,позволит получить значительный народнохозяйственный эффект за счет снижения уровня удельных нагрузок и повыш ния в 3-4 раза долговечности карданной передачи, а также увеличения срока службы приводимых этой передачей агрегатов. Формула изобретения 1.Универсальный шарнир, содержащий соединенные с сопряженными валами обхватываемый и обхватывающий основные элементы, установленные между ними поворотные вкладыши со сферической рабочей поверхностью и замыкающие их щарики, отличающийся тем, что, с целью повышения нагрузочной способности и надежности работы, сопряженные сферические поверхности одного из основных элементов шарнира и вкладышей вьшолнены с продольными, расположенными с интервалом по окружности полуцилиндрическими канавками, совместно образуюшими беговые дорожки, в каждой из которых установлено по несколько шариков, подпружиненных с обеих сторон дорожки и закрытых упорами, при этом каждый поворотный вкладыш выполнен с радиальной опорной и тангенциальной упорной поверхностями, снабженными подшипниками, взаимодействующими с ответными поверхностями одного из основных элементов шарнира. 2.Шарнир по П.1, отличающийс я тем, что каждый из поворотных вкладышей выполнен с радиальными, направленными наружу,цапфами, снабженными роликоподшипниками, и с внутренней сферической поверхностью и канавкой для шариков, а обхватывающий элемент шарнира - с радиально расположенными гнездами, в которых установлены на указанных подшипниках цапфы вкладышей. 3.Шарнир по П.1, отличающийс я тем, что каждый из поворотных вкладышей выполнен с ррдиальными, направленными внутрь цапфами, снабженными роликоподшипниками и с наружной сферической поверхностью и канавкой для шариков, а обхватываемый элемент шарнира - с радиально расположенными гнездами, в которых установлены на указанных подшипниках цапфы вкладышей. 4.Шарнир по П.1, отличаюшийс я тем, что каждый из поворотных вкладышей выполнен с радиально расположенным гнездом и установленным в нем роликоподШИ1ШИКОМ, а соответствующий основной элемент щарнира - с радиальными шипами, на каждом из которых установлен через упомянутый подшипник вкладыш. 5. Шарнир по пп. 1-4, отличающийс я тем, что, с целью обеспечивания его осевой подвижности к самоустанавливаемости, один из основных элементов шарнира, например обхватываемый, выполнен с возможностью осевого перемещения, например, на шлицах вала. 13 П 11 13 14- 12 фиг.2 8

ФигЛ .5 Ц

.&