Универсальный шарнир Советский патент 1979 года по МПК F16D3/30 

(54) УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШАРНИР

На фиг« 1 изображен универсальный шарнир, продольный разрез на фиг. 2 - 4 - то же, вариант исполнения; на фиг. 5 - шарнир, изображение в максимально наклонном по-ложении; на фиг б - фиксир ющее кольцо, вид сбоку; на фиг. 7 - то же, вид спереди; на фиг, 8 - продольная канавка с шариком,разрез;на фиг.9 - шпонка,вариант исполнения шпонки;на фиг.10 - шпонка,расположенная на внутреннем элементе, поперечный разрез; на фиг. 11 - вариант исполнения шпонки; на фиг. 12 - то же, шпонка, расположенная на внутреннем элементе, поперечный разрез; на фиг. 13 - вариант исполнения шпонки; на фиг. 14 - то же, шпонка расположенная на внутреннем элементе, поперечный разрез; на фиг. 15 - вариант исполнения шпонки; на фиг. 16 - то же, шпонка, расположенная на внутреннем элементе, поперечный разрез; на фиг. 17 направлйющая в виде шпонок, соединенных перемычками; на фиг. 18 то же, поперечный разрез; на фиг. 19 - то же, вид сверху; на фиг. 20 сепаратор; на фиг. 21 - монтаж сепаратора в корпусе; на фиг. 22 схема взаимного расположения направляющей и сепаратора; на фиг. 23 монтаж сепаратора в корпусе, продольный разрез; на фиг. 24 - то же, вид спереди; на фиг. 25 - универсальный шарнир, пример использования.

Корпус 1 универсального шарнира имеет полость 2 на внутренней поверхности. Параллельно оси корпуса имеются продольные канавки 3. В полости 2 размещен внутренний элемент 4 шарнира с параллельными его оси продольными канавками 5, противолежааи ми канавкам 3 корпуса. В продольных канавках 3 и 5 расположены шарики 6, через крторие передается вращающий момент между корпусом 1 . и внутренним элементом 4.

Шарики 6 находятся в отверстиях 7 сепаратора 8, имеющего сферическую поверхность 9, которой он базируется на вогнутой сферической поверхности 10 корпуса 1. Сепаратор 8 имеет вогнутую сферическую поверхность 11, которой он входит в сферическую поверхность 12 на внешней стороне направляющей 13.

Центры сферических поверхностей 9, 10 и 11, 12 размещены на одинаковом расстоянии по оси по разные стороны от плоскости, проходящей через оси отверстий сепаратора, для того, чтобы при всех углах наклона средняя плоскость шарнира, проходящая через центры шариков, постоянно совпадала с плоскостью, делящей угол наклона шарнирапополам, этим и обеспечивают синхронное движение

Направляющая 13 на внутреннем элементе 4 может быть закреплена g

осевом направлении пружинным кольцом 14 (см. фиг. 2), которое располагается в совмещенных канавках 15, выполненных на внешней поверхности внутреннего элемента 4 и соответственно на внутренней поверхности направляющей 13.

Корпус 1 (см. фиг. 2 и 3) выполнен в виде колокола, в вогнутую сферическую поверхность 2 которого введен сепаратор 8 с внешней сферичесO кой поверхностью 9.

Шарнир (см. фиг. 2) отличается от шарнира (см.фиг.3) лишь тем,что пружинное кольцо 14 выполнено соответственнЬ по профилю внутреннего элемента в поперечном разрезе. Пружинное кольцо 14 имеет с двух сторон каждой ограничивающей продольные канавки 5 перемычки параллельные оси концы 16, которые препятствуют вращению направляющих на перемычках.

В универсальном шарнире по фиг.4 который работает таким же образом, как и шарниры на фиг. 2 и 3, корпус 1 шарнира выполнен в виде относительно узкого кольца.

Если сепаратор 8 конструктивно выполнен таким же образом, как и сепаратор в шарнире по фиг. 2 и 3 направляющая 13 имеет на одном кон« це пружинный крючок 17, который заходит впаз 18, выполненный на внешней поверхности внутреннего элемента 4. В этой конструкции наружная поверхность 19 внутреннего элемента

4 и взаимодействующая с ней внутренняя поверхность 20 направляющей 13 выполнены конусными.

Шарнир (см. фиг.5) предназначен для больших .углов наклона. Корпус 1 шарниоа выполнен в виде колокола,

0 полость 2 которого открыта в одну

сторону и ограничена от вогнутой сферической поверхности 21. Направляющая. 13 крепится на внутреннем элементе 4 посредством звездообразного фиксирующего кольца 22, которое своим внешним звездообразным лепестком 23 (см. фиг. б и 7) входит в каждый паз на внутренней поверхности направляющей. Кольцо 22 удерживается в аксиальном положении посредством пружинного кольца 24, находящегося в пазе, выполненном на внутреннем элементе 4. При монтаже фиксирующее кольцо 22 (см. фиг. 1) переводят в

е аксиальное положе.ние справа-налево, причем лепесток 23 заводят в середину канавок 5 внутреннего элемента 4. После достижения аксиального конечного положения фиксирующее кольцо 22 поворачивают на половину

0 расстояния между лепестками 23 и устанавливают его в окончательное положение.

Для того,чтобы фиксирующее кольцо 22 оставалось в этом положении, два уголка 24 на верхнем лепестке

23 (см. фиг. 7) загнуты в сторону краев канавок. Лепестки 23 расположены по диагонали от тела кольца 22 (см. фиг. 6) так, что тело кольца остается вне зоны движения шарика 6.

Ось сепаратора (см. фиг. 5/, находящаяся в вертикальном положении относительно средней плоскости шарнира, содержащей центры шариков &, смещена посередине в объеме относительно середины шарнира, в которой пересекаются оси корпуса 1 и внутреннего элемента 4. В этом положении шарики 6 удалены от оси не на одинаковое расстояние, а именно, верхний шарик (см. фиг. 5) выходит на расстояние г из отверстия сепаратора.

Высота отверстия сепаратора h (см. фиг. 1) должна быть больше или равняться сумме расстояний г и I (см. фиг. 5), для того, чтобы верхний шарик б при максимальном угле наклона мог выйти за поверхность, ограничивающую отверстие сепарато- ра, не выпав из отверстия. Расстояние :.h может быть при применении больших шариков, большим, чем в обычных шарнирах с синхронньм вращением, которые при других одинаковых размергис допускают применение меньших шариков. Это показано на фиг. 8, где при прочих равных условиях в поперечном разрезе изображены один над другим шарик 25 в канавке 26 корпуса 27 известного шарнира и шарик 28 в канавке 29 корпуса 1 пре.Щ1агаемого шарнира. При данном смещении середины и центра изгиба внутренней поверхности внешнего тела видно, что возможная высота отверстия сепаратора h, в предлагаемом шарнире может быть больше, чем высота отверстия сепаратора h в известном шарнире. В связи с этим в предлагаемом шарнире возможно увеличение угла наклона.

Направляющая 13 (см. фиг. 9 и 10) может быть выполнена в виде шпонки 30, имеющей с внешней стороны сферическую поверхность 31, с которой взаимодействует внутренняя вогнутая сферическая поверхность соответствующего сепаратора.

С внутренней стороны шпонка 30 имеет полуцилиндрическую вогнутую поверхность, находящуюся на полуцилиндрической выпуклой поверхности 32, которая находится между двумя полуцилиндрйческими продольными канавками 5 для шариков 6. Таким образом, шпонка 30 может скользить аксиально по поверхности 32 внутреннего элемента 4, причем ведет за собой сепаратор по своей сферической поверхности 31.

Шпонка 33 (см. фиг. 11-12) отличается тем, что ее внвиняя поверхность является цилиндрической пЪ-

верхностью 34, а не сферической поверхностью, причем цилиндрическая поверхность имеет несколько меньший радиус, чем вогнутая сферическая поверхность 35.

Таким образом, сепаратор насаживают вогнутой сферической поверхностью топько на оба внешних края шпонки 33.Шпонка,показанная на фиг. 11-12,отличается тем,что ее внутренняя поверхность 36 плоская, потом/

0 она соприкасается по линиям с, полу.цилиндрической поверхностыо внутрен кего элемента 4.

Поскольку шпонки воспринимает лишь небольшие усилия управления, достаточно осуществлять неправление

5 при помощи кромок, несмотря на то, что они и являются после относитеJibHo короткого времени эксплуатация несколько изношенными. Шпонка (см. фиг. 14) по изготовлению дешевле,

0 чем шпонка по фиг. 9-10, поскольку цилиндрическую поверхность на внешней стороне и прямую поверхность на внутренней стороне изготовлять легче, чем сферическую поверхность на

5 внешней стороне и цилиндрическую поверхность на внутренней стороне.

Шпонки (см. фиг. 9-12) сбоку ПОДдерживгш)тся шариками 6, это не является необходимым для шпонок 37

0 (см. фиг. 13-14), поскольку внутренняя поверхность 38 этих деталей в поперечном разрезе имеет У-образную форму и взаимодействует с соответствующей У-образной поверхностью 39

5 внутреннего элемента 4.

Таким образом, шпонка 37 удерживается в направлении по окружности и не нуждается в боковой поддержке посредством шариков 6. Шпонка 37

0 может быть более узкой, чем шпонки 30 и 33.

Боковая фиксация шпонки 39 (см. фиг. 15-16) осуществляется посредством выдшощихся в сторону элементов направления 40, которые обхватыва5ют перемычку 41 внутреннего элемента и имеют изнутри противолежащую направляющую поверхность 42, с помощью которой они направляют по оси шпонку 39 по продольным канавкам 5 внут0реннего элемента.

На фиг. 17-19 показана направляющая, выполненная в виде группы шпонок, соединенных в кольцо 43 с помощью перемычек 44 с максимальной

5 величиной жесткости.

Шпонки 45 перемычками 44 заполняют полностью объем между вогнутой сферической поверхностью (см. фиг. 17), и внешней поверхностью внутрен0него тела шарнир 6, включая объем продольных канавок 5. При этом , соединяющие шпонки 45, имеют вогнуто-сферическую форму и расположены между шпонками. Положе5ние шарика 6 (см. фиг. 17) соответствует таковому у максимально наклонного шарнира. На фиг. 19 и 20 показан сепаратор 8 для предлагаемого шарнира. Сепаратор по фиг. 20 имеет в серед не каждого отверстия 46 аксиальный продольный паз 47 такой ширины и г бины, что в него можно полгастить перемычку между двумя продольными канавками корпуса. Таким образом становится возможным аксиальное вв дение сепаратора 8 в корпус 1. Мон таж сепаратора заканчивают поворот на половину центрального угла расп ложения соседних канавок. Сепаратор 48 (см. фиг. 21) имеет, по крайней мере, два противоле жащих диагональных участка с поперечными пазами 49 такой ширины и длины, которая позволяет принимать перемычку 50 между продольными канавками 3 корпуса 1. Таким образом имеется возможность аксиальной ус.тановки сепаратора в положение, повернутым на 90 . После установки сепаратор поворачивают на 90 , так что его ось будет находится на одной прямой с осью корпуса 1, Затем сепаратор поворачивают на половину центрального угла, как и сепаратор на фиг. 20, так что отверстия сепаратора 46 становятся противолежащими канавками 3. Сепаратор 3 и относящаяся к нему перег ичка 44 направляющей 43 должны быть рассчитаны так, чтобы перемычки 44 можно было вставить аксиально в сепаратор 8 (на фиг. 22 показано слева-направо). Для этого диаметр d цилиндрического участка внутренней поверхности сепаратора 8 должен быть больше, чем сакалй большой внешний диаметр Д перемычки 44 Далее диаметр-d по внутренней окружности сепаратора должен быть бол ше, чем диаметр 1 D перемычки 44 в средней -плоскости. Тогда направляющая в положении с перемычками в середине плоскости отверстий сепарато ра вводится аксиально в сепаратор и в свое окончательное положение устанавливается после поворота на половину описанного ранее центрального угла, В конструкции на фиг. 23 и 24 пе ремычка для монтажа выравнена, по крайней мере, на двух противолежащи поверхностях Таким образом, переквлчки в положении, повернутом на 90°, возможно аксиально ввести в сепаратор и повернуть в его эксплуатационное положение. Универсальный шарнир на фиг. 25 выполнен также- как и шарнир на фиг. 1, но имеет звездообразную фик сирующую деталь 51, которая аксиаль но удерживается не отдельным кольцо а имеет одну или несколько загнутых внутрь по диагонали насадок на своем кольцевом теле, входящих в соответствующие тангенциальные пазы, выполненные на внутреннем элементе шарнира. Фиксирующая деталь 51 имеет радиальные шлицы, обеспечивающие возможность монтажа. Формула изобретения 1.Универсальный шарнир, содержащий корпус с продольны ш канавкщмк, установленный внутри корпуса внутренний элемент с продольными кана аками, а также шарики, размещенные в продольных канавках корпуса и внутреннего элемента и заключенные., в сепаратор, отличающийся тем, что, с целью увеличения компенсационной способности с одновременным упрощением монтажа, он снабжен направляющей, неподвижно закрепленной на внутреннем элементе и взаимодействующий с внутренней поверхностью сепаратора. 2.Шарнир по п. 1, отличающийся тем, что направляющая выполнена в виде группы отдельных шпонок. 3.Шарнир по п. 2отличающ и и с я тем, что направляющая выполнена в виде группы шпонок, соединенных в кольцо с помощью перемычек. 4.Шарнир по пп. 1-3, отличающийся тем, что наружная поверхность внутреннего элетлента выполнена по форме взаимодействующей с ней внутренней поверхности направляющей. 5.Шарнир по пп. 1-4, отличающийся тем, что наружная поверхность внутреннего элемента и взаимодействующая с ней внутренняя поверхность направляющей выполнены конусными. 6.Шарнир по пп. 1-5, отличающийся тем, что наружная поверхность направляющей и взаимодействующая с ней внутренняя поверхность сепаратора выполнены сферичес кими. 7.Шарнир по пп. 1-6, отличающийся тем, что наружная поверхность направляющей и взаимодействукадая с ней внутренняя поверхность сепаратора выполнены цилиндрическими. 8.Шарнир по пп. 1 и 2, о т л и чающийся тем, что каждая шпонка выполнена с боковыми выступами, взаимодействующими с боковыми поверхностями смежных продольных канавок внутреннего элемента. 9, Шарнир по пп; 1иЗ, отличающийся тем, что перемычки направляющей со стороны, обращенной к шарикам, имеют для частичного размещения этих шариков сферические углубления, а поперечное сечение перемычек имеет форму поперечного сечения продольных канавок внутреннего элемента и пере1 1чки расположены в этих канавках. в, 7v

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США W 3656318, кл. 64 - 21, 1972. б

(Риг. 3

/S в

«Риг. 4

3« .3J

/

ipue.ll

W

сРиг.5