Универсальный асинхронный кардан Советский патент 1980 года по МПК F16D3/16 

1

Изобретение относится к машиностроению.

Известен кардан для соединения валов, содержащий ведущий и ведокый валы, соединенные между собой пос- 5 редством цапф в количестве не менее четырех, выполненных на одном из валов, входящих в продольные пазы другого вала 1.

Недостатком такого кардана являет-fО ся параллельность боковых сторон цапф и пазов и, спедовательно, отсутствие углового зазора между ними, что приводит к алстрому износу поверхностей трения даже при малых 15 углах кардана.

Цель изобретения - повышение срока службы кардана.

Указанная цель достигается тем, что пазы выполнены по ширине боль- 20 ше,.чем цапфы на величину, обеспечивающую угловой зазор между их боковыми плоскостями, равный максимальному углу асинхронизации. Это увеличивает срок службы даже при значительных 25 углах кардана.

Кардан состоит из двух валов, оси которых пересекаются под некоторым постоянным или изменягющимся при работе углом, а точка пересечения осей 30

при необхо.цимости может перемещаться вдоль оси одного iз этих валов.

На фиг.1 изображен предлагаемый кардан, продольное и поперечное сечение; на фиг.2 - детали кардана с гарантированным угловым зазором л.(У между ними; на фиг.З - взаимное расположение деталей кардана при повороте вала; на фиг.4 - график угловой fi , скоростной to и ускорительной J асинхронизации карданов; на фиг.5 - траектория относительного перемещения центра цапфы вдоль паза.

Конец одногО из валов (фиг.1, поз.2) представляет собой головку, имеющую не менее четырех (кратных двум) равноотстоящих цапф, оси которых лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси этого вала, а точка их пересечения лежит на этой оси.

Конец другого вала (ФигЛ, поз.1) представляет собою головку с соответственно расположенными цапфам взаимодействующего вала продольными пазами.

Для уменьшения износа поверхнос тей трения пазов вала 1 и цапф вала 2 на последние могут быть установлены сегменты 3 (фиг.1) или ролики , которые могут вращаться на этих цапфах. При соединении валов цапфа вала 2 входят в продольные пазы вала 1. Благодаря тому, что ширина пазов делается больше ширины цапф (сегмен тов, роликов) обеспечивается угловой зазор Дб ((Ьиг.2), необходимый дл .компенсации угловой асинхрониэации и тем самым устраняющий закли вание цапф в пазах. Этот угловой зазор ACJ может быть обеспечен или за счет уменьшения ширины цапф (сегментов), как это показано на фиг,2 а,б, или за счет увеличения ширины пазов, как это показано на фиг,2 в. Разница между шириной паза и шири ной цапфы (сегмента, ролика) должна быть такой, чтобы соответствующая ей величина углового зазора д ( была бы не меньше максимального значения угла асинхронизации Д , который имеет данный кардан (фиг.З, в). Если у кардана с числом, п кинема тических пар цапфа-паз, кратным четырем, вал 1 является ведущим и ег вращение совершается по часовой стрелке, а в какой-то момент вращени валов ось поперечных сечений двух его противоположно расположенных пазов (в дальнейшем называемый осью пазов) совпадает с плоскостью кардан (плоскостью расположения осей валов) тогда боковые стороны четырех цапф (сегментов, роликов) вала 2, размещенных в этих пазах и в пазах, .пер пендикулярно им расположенным, будут в этот момент находиться в соприкос новении с боковыми поверхностями па зов, расположенных со сторон, обратн направлению вращения валов. Между противоположными боковыми поверхностями цапф (сегментов, роли ков) и пазов в это время имеется зазор, которому будет соответствовать угловой зазор л ( (фиг, 2 а, в, и фиг. 3 а,д) . У карданов с числом п кинематических пар цапфа-паз, кратным шести, но не кратным одновременно четырем, в такие моменты в соприкос новении будут находиться только те две кинематические пары цапфа-паз которые будут располагаться в плоск ти, расположенной под углом 90°С по отношению к плоскости кардана и проходящей через ось вала 1. В других пазах в этот момент кон Такта между цапфами и пазами не будет. В такие моменты усилия от переда ваемого крутящего момента при числе П г кратном четырем, воспринимаютс четырьмя цапфаг ш, а при числе п , кратном шести, но не кратном при эт четырем, - только двумя цапфами. При вращении валов все цап, за исключением двух, расположенных в начал:е и., четвертой четвертях полного оборота, вследствие изменени величин угловой асинхронизации, отойдут своими боковыми поверхностями от боковых поверхностей пазов и усилие от передаваемого крутящего момента будет восприниматься только этими двумя цапфами./збО° При достижении угла поворота VTT ) от начала взаимодействия цапфы с пазом, при их расположении в начале второй и четвертой четвертях полного оборота, в виду того, что в это время в контакт войдут две другие одноосные пары цапф и пазов, каждая из этих цапф начнет отходить от первоначального положения, что будет сопровождаться одновременным сближением ее другой боковой поверхности с противоположной боковой поверхностью паза (фиг. 3, б). При достижении положения, соответствую1цего углу поворота оси паза на 45 в первой четверти и соответственно одноосного положения в третьей четверти (фиг.З,в), это сближение достигнет наибольшего значения. При дальнейшем вращении это сближение начнет вновь уменьшаться и по достижении поворота оси паза на угол 90° цапфы вновь войдут в соприкосновение с пазом и воспримут на себя усилие от передаваемого крутящего момента (фиг, 3, г) , Смена цапф в рассмотренных случаях будет происходить через каждую .П,-ную часть оборота валов. Таким образом, в течение каждого оборота валов, любая из цапФ дважды входит в контактс боковой поверхностью паза и дважды отходит от этого контакта. Эти отходу обеспечивают доступ к поверхностям трения смазки, благодаря чему происходит и восстановление гидродинамического масляного клина, и восстановление противоизносных защитных пленок на поверхностях трения, и удаление с них продуктов износа, что предупреждает появление абразивного износа. По приведенному на фиг.З последовательному изменению взаимного расположения детгшей кардана за период одной четверти его полного оборота видно, что в положении, когда одна из осей паза совпадает с плоскостью кардана (фиг,3,а,д), все четыре цап(1и, в данном случае сегмента 3 вала 1 своими боковыми поверхностями соприкасаются с боковыми поверхностями пазов вала 2 (фиг,1 и 3). На фиг.З условно принято, что Вёш 1 является ведущим и вращение его совершается по часовой стрелке. В этом положении усилие от передаваемого крутящего момента воспринимается всеми четырьмя цапфами, а между ведущим и ведомым .валами возможен при этом угловой люфт лр , по своей величине равный угловому зазору ACf, т.е. равный наиболыггему значению угла .y данного кардана Л Vf,,yfc С отходом этого полбжения указанное усилие начинает восприниматься только двумя цапфами. Происходящему сближению противоположных боковых поверхностей цапф и па::ов, расположенных в первой и третьей четвертях полного оборота (фиг.З б) будет сопутствовать уменьшение углового люфта между валами. При достижении угла поворота 45° Ук занное сближение будет наибольшим, у лрвой люфт д р при этом будет наименьшим. И если указанное сближение дойдет до соприкосновения этих повер ностей, угловой люфт др будет полностью отсутствовать (фиг.З в). При дальнейшем вращении сближение валов начнет уменьшаться, а следовательно, величина д р -увеличиваться (фиг.З г).„ При угле поворота на 90 угловой зазор лб, а вместе с ним и угловой люфт л р вновь приобретают свое наибольшее значение (фиг-. 3 д) . Это новое положение кардана будет отличаться от исходного (фиг.З а) только тем, что оси пазов оказываются повернутыми на 90, а все цапфы занимают те положения, которые имели в начале впередирасположенные по хо ду вращения. На фиг.4 приведен график, показывающий характер изменения за период одного полного оборота валов угловой f , скоростной OJ и ускорительной J. асинхронизации такого кардана. На фиг.З показана траектория относительного перемещения центра цап фы вдоль паза. При нахождении этой кинематической пары в первой четверт полного оборота цапфа перемещается вдоль паза, не касаясь его боковых поверхностей. С выступлением этой пары во втору четверть цапфа, перемещаясь в том же направлении и имея при этом наиболь шее значение скорости своего переме щения, начинает скользить по боковой поверхности паза, а к моменту начала вступления пары в третью четверть, при котором происходит смена направления перемещения, когда условия работы поверхностей являются наиболее трудными, во взаимодействие вступают две другие одноосные кинемаические пары цапфа-паз, что нижает нагрузку на цапфу и тем самым облегчает услояия работы гговерхностей трения, в отличие от карданов с двумя кинематическими парами цапфа-паз. С вступлением пары в третью четверть цапфа вновь отходит от боковой поверхности паза и перемещается вдоль него, но уже в обратном направлении, не касаясь при этом его боковых поверхностей. Б начале четвертой четверти цапфа при небольшем значении скорости своего перемещения вдоль паза, вновь входит во взаимодействие с пазом и скользит по его поверхности в том же обратном направлении. Формула изобретения Универсальный асинхронный кардан, содержагдий ведущий и ведомый валы, соединенные между собой посредством цапф в количестве не менее четырех, выполненных на одном из валов, входящих в продольные пазы другого вала, отличающий ся тем, что, с целью повышения срока службы кардана, пазы выполнены по ширине больше, чем цапфы на величину, обеспечивающую угловой зазор между их боковыми поверхностями, не менее максимального значения угла асинхронизации кардана. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3453842, кл.Г 16 D 3/18, опубл.08.07.69 (прототип).

Т

А-А