Карданный шарнир и способ его сборки

 

Использование: в трансмиссиях транспортных средств, а также в приводах с высокими динамическими нагрузками. Карданный шарнир содержит две вилки с выступами, в которых выполнены соосные сквозные отверстия. В отверстиях выступов вилок посредством подшипников с игольчатыми роликами установлена цапфами крестовина высотой Нк, Подшипники закреплены посредством узла фиксации. Для повышения долговечности между торцами цапф крестовины и донышками подшипников установлены антифрикционные прокладки . Карданный шарнир снабжен компенсирующими прокладками с высотой h для совмещения середины длин роликов с нейтральными осями вилок. При этом Нк Но + Lp - , h 1 /2(Н0 + LP + 2ь - Нв), где Но - расстояние между нейтральными осями выступов вилок; Lp - длина игольчатых роликов; 6 - толщина антифрикционной прокладки; Ь - толщина донышка подшипника; Нв - высота вилки по оси отверстий выступов. 1 н.п.ф-лы, 1 ил. iw Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s F 16 0 3/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4942531/27 (22) 05.05.91 (46) 15.12.92. Бюл, М 46 (71) Институт проблем надежности и долговечности машин АН БССР (72) П.А.Удовидчик, К.П.Удовидчик, Ю.В.Скорынин и C.È.×åðíûõ (56) Патент СССР f41565353, кл. F 1603/26, 1990. (54) КАРДАННЫЙ ШАРНИР И СПОСОБ ЕГО

СБОРКИ (57) Использование: в трансмиссиях транспортных средств, а также в приводах с высокими динамическими нагрузками.

Карданный шарнир содержит две вилки с выступами, в которых выполнены соосные сквозные отверстия. В отверстиях выступов вилок посредством подшипников с игольчаИзобретение относится к машиностроению и может быть использовано при ремонте, изготовлении и конструировании асинхронных карданных шарниров транспортных средств.

Долговечность асинхронных карданных шарниров в значительной степени определяется величинами максимальных контактных напряжений на рабочих поверхностях цапф крестовины. Последние существенно зависят от закона распределения нагрузки по длине игольчатых роликов карданных подшипников, который определяется величиной радиального зазора в карданных подшипниках, упругими характеристиками вилок шарнира и его компоновкой, т,е. отно,„, Ы,„, 1781478 А1 тыми роликами установлена цапфами крестовина высотой Н„, Подшипники закреплены посредством узла фиксации. Для повышения долговечности между торцами цапф крестовины и донышками подшипников установлены антифрикционные прокладки. Карданный шарнир снабжен компенсирующими прокладками с высотой

h для совмещения середины длин роликов с . нейтральными осями вилок. При атом

Нк = Но + Lp - 2д, h = 1/2(Но + Lp + 2ь - Нв), где Нв — расстояние между нейтральными осями выступов вилок; Lp — длина игольча. тых роликов; д — толщина антифрикцион ной прокладки; Ь вЂ” толщина донышка подшипника, Нв — высота вилки по оси отверстий выступов. 1 н,п.ф-лы, 1 ил, сительным расположением вилки, карданных подшипников и крестовины. Конструкция асинхронного карданного шарнира фь может считаться качественной, если упругие характеристики вилки и компоновка ()() шарнира обеспечивают получение равномерного закона распределения нагрузки по длине игольчатых роликов, по крайней мере, при номинальной нагруженности шарнира.

Известен асинхронный карданный шарнир, содержащий две вилки с выступами. в которых выполнены соосные сквозные отверстия, подшипники с игольчатыми роликами, установленные в отверстиях выступов вилок, крестовину с двумя парами сооскых цапф, оси которых пересекаются- под пря1781478 мым углом, причем каждая пара цапф раз- мальные контактные напряжения и долгомещена в подшипниках одной из вилок и вечность шарнира увеличивается. Однако узел фиксации подшипников. Способ сбор- известный способ сборки асинхронного ки известного шарнира заключается в изме- карданного шарнира не может быть приме.нении его компоновки, при этом оси 5 нен к серийным шарнирам с использованиотверстийподкарданныеподшипникиввы- ем базовых деталей, без изменения их ступах вилки перед сборкой смещают отно- формы. Следовательно. недостатком извесительно осей вилок в плоскости стного способа является его технологичекрестовины на величину, равную половине ская ограниченность при повышении радиального зазора., 10 долговечности существующих карданных

Известный карданйый шарнир и способ шарниров. его сборки обеспечивают, благодаря сме- Известен карданный шарнир, содержащению отверстий йодподшипники, предва- щий две вилки с выступами, в которых вырительный выбор радиальйых зазоров в полнены соосные сквозные отверстия, -карданных подшипниках на нагруженной 15 подшипники с игольчатыми роликами, устастороне.. новленные в отверстиях выступов вилок, Известен асинхронный карданный шар- крестовину с двумя парами соосных цапф, нир, в котором рабочие поверхности цапф оси которых пересекаются под прямым угкрестовины выполнены конусными. Извест- лом, причем каждая пара цапф размещена ный шарнир, благодаря выполнению цапф с 20 в подшипниках одной из вилок, узел фиксаконусностью, обеспечивает уменьшение от-, ции подшипников, Известен способ сборки рицательного влияния радиального зазора карданного шарнира, включающийустановна закон распределения нагрузки по длине ку в отверстиях выступов вилок цапф креигольчатых роликов при реверсивной внеш- стовины и подшипников с последующей ней нагрузке. Однако в конструкции шарни- 25 осевой фиксацией последних. Однако извера не учтено влияниеупругиххарактеристик стные карданный шарнир и способ его сборвилки на закон распределения нагрузки по ки не обеспечивают получение длине игольчатых роликов. Это снижает равномерного закона распределения на- долговечность конструкции шарнира, грузки по длине игольчатых роликов, котоИзвестен способ сборки карданного 30 рый определяется относительным шарнйра, заключающийся в изменении расположением вилки, карданных:подшипформы деталей и компоновки шарнира пу- ников и крестовины. Следовательно, недотем выполнения сечений выступов вилок в статком известных карданного шарнира и плоскости крестовины в виде трапеций, об- способа его сборки является невысокая долращенных большими основаниями к центру 35 говечность шарнира. шарнира, а карданные игольчатые подшип- Цель изобретения — повышение долгоники располагают таким образом, что рас- вечности путем выравнивания нагрузки по стояние между серединами длин длине игольчатых роликов подшипников игольчатых роликов соосных подшипников для каждой вилки при воздействии на нее больше или равно расстоянию между меди- 40 крутящего момента в плоскости крестовианами указанных сечений выступов вилок. ны.

Способ, благодаря выполнению высту- . Ha чертеже показан общий вид шарнипов вилок в виде трапеции, обеспечивает ра:а)досборки; б) послесборки сиспользоперемещение медианы сечений выступов ванием тех же карданных игольчатых вилок к оси шарнира, а изменение компо- 45 подшипников; в) после сборки конструкции новки шарнира путем совмещения расстоя- с использованием карданных игольчатых ний между серединами длин игольчатых подшипников с большей длиной игольчатых роликов соосных карданных подшипников с роликов. расстоянием между медианами упомянутых Карданный шарнир содержит вилки 1 и сечений выступов вилок обеспечивает сов- 50 2 с выступами 3 и 4, в соосных отверстиях 5 .падение направлений закручивающего мо- и 6 которых размещены цапфы 7 крестовимента, приложенного к выступам вилок и ны 8 и карданные игольчатые подшипники внешнего нагружающего момента, прило- 9, выполненные в виде стакана с донышком женного к крестовине, что обеспечивает по- 10 и игольчатых роликов 11. Между донышвброт крестовины и упругое закручивание 55 камистаканов10иторцевыми поверхностявыступоввилокводном направлении, Этим ми цапф 7 крестовины 8 установлены обеспечивается компенсирование радиаль- антифрикционные прокладки 12. Между ных перекосов в карданных подшипниках и крышками 13 осевой фиксации подшипнивыравниваниерадиальной нагрузки подли- ков 9 и вилками 1 и 2 установлены компенне игольчатых роликов. Снижаются макси- сирующие прокладки 14.

1781478

Определяют при номинальной нагрузке экспериментальным или расчетным путем расстояние Но между нейтральными-осями выступов 3 и 4 вилки 1 в плоскости крестовины 8. Как правило в серийном шарнире 5 (фиг.1а) Hm <Но, т.е. расстояние Hm* между плоскостями середин длин игольчатых роликов 11 соосных подшипников 9 меньше расстояния Но между нейтральными осями выступов 3 и 4 вилки в плоскости крестови- 10 ны 8 (расстояние между плоскостями приложения равнодействующих радиальной нагрузки). Это приводит к образованию момента Ми (не показан), закручивающего выступы вилок и направленного в сторону, 15 противоположную действию внешнего крутящего момента М, что увеличивает радиальный перекос в карданных подшипниках и увеличивает неравномерность распределения радиальной нагрузки по длине иголь- 20 чатых роликов 11, т.е. конструкция шарнира имеет низкое качество.

Для повышения долговечности конструкции шарнира карданные игольчатые подшипники 9 перемещают вдоль осей. 25 цапф 7 до совмещения плоскостей, разделяющих игольчатые ролики 11 по длине на две равные части с нейтральными осями выступов 3 и 4 вилок 1 и 2 (фиг,1б,в), те, до соблюдения условия: 30

Hm Hp при этом вышеупомянутые закручивающие моменты Ми изменяют свой знак, т.е. направление закручивания выступов вилок совпадает с направлением приложенного внешнего крутящего момента. Радиальный перекос исчезает. Нагруженность по длине игольчатых роликов выравнивается, снижаются максимальные контактные напряжения, долговечность шарнира увеличивается.

При этом расстояние между донышками

10 соосных карданных подшипников 9 равно н -н.+,, где Н вЂ” расстояние между донышками соосных карданных подшипников;

Hp — расстояние между нейтральными осями выступов вилок в плоскости крестовины;

Lp — длина игольчатых роликов.

Высота крестовины определена по формуле

Н»= H-2 д, где Н» — высота крестовины, т.е. расстояние между торцами соосных цапф; д — толщина антифрикционной прокладки 12 между торцем цапфы крестовины и донышком подшипника.

Между крышкой 13 для осевой фиксации подшипников 9 и выступами 3 и 4 вилок

1 и 2 устанавливают компенсирующие прокладКи 14, высота которых определяется по формуле:

h= 2 (Hp+Lp+2b Нв), 1 где h — высота компенсирующей прокладки:

Ь вЂ” толщина донышка подшипника;

Нв — высота вилки, При сборке конструкции могут использоваться карданные игольчатые подшипники с большей длиной игольчатых роликов (фиг.1,в), это обеспечивает увеличение габарита шарнирного соединения.

Преимуществами карданного шарнира и способа его сборки является сохранение базовых деталей (вилок) при повышении долговечности конструкции шарнира.

Пример конкретного выполнения.

В качестве базового выбран карданный вал 500-2201010-14ÑÁ, в котором используются карданные игольчатые подшипники

704807. Рассматриваем шарнирное соединение приварной вилки 500-2201022 А. Основные параметры базового шарнира (фиг.1a) Н = 0,127 м; Lp = 0,018 м; Ь

=0,004 м; Ha = 0,135 м. Расстояние между нейтральными осями выступов приварной вилки 500-.2201022А определено экспериментально и равно: Но = 0,117 м. У базового шарнирного соединейия Hm = Н - р =

-0,109 м, т.е. имеем На*<Но, что обеспечивает неблагоприятное распределение нагрузки по. длине игольчатых роликов и рабочей поверхности цапф крестовины.

Рассмотрим два варианта сборки конструкцйи этого шарнира.

1) .Проведем совмещение плоскостей, разделяющих игольчатые ролики по длине на две равных части (Нв1) с плоскостями нейтральныхх осей (Но) с использованием тех же карданных подшипников 704807 и увеличением расстояния между донышками соосных карданных подшипников Hi, при этом (фиг.16): Lpga=0,018 м; Нв=0,135 м; Ь! =0,004 м. Требуемое расстояние между торцами соосных цапф крестовины:

Нд = Но+ Lp) = 0,117+ 0,018 = 0,135 м.

Высота крестовины:

Н» = Н - 2 д= 0,135 - 2 0,001 = 0,133 м.

Толщина антифрикционной прокладки д=

=0 001 м. Высота компенсирующей прокладки под стопорные пластины:

h1 = — (Hp+ Lpga+2 Ь1- Нв) =

1

= (0,117++0,018+ 2 . 0,004 — 0,135)

- 0,004 м.

1781478, 8

Габарит шарнира при этом увеличивается в повышения долговечности путем выравни1,05 раза. вэния нагрузки по длине игольчатых роли2) Проведем совмещение плоскостей ков подшипников для каждой вилки при

Н и H c использованием подшипника воздействии на нее крутящего момента в

804707иувеличениемрасстояниямеждудо- 5 плоскости крестовины, он снабжен антинышками соосных карданных подшипников фрикционными прокладками, установленН (фиг.1в), при этом имеем; Lp2 0,024 м; ными между торцами цапф крестовины и

Н -0,136м; b2-0.004м,Требуемое рассто- донышками подшипников, и компенсируюяние между донышками соосных карданных щими прокладками с высотой h для совмеподшипников 10 щения середины длин роликов с

Н - Но+ Lp2-0,117+0,024-0,141 м. нейтральными осями вилок, причем.

Высотакрестовины .. 1(Н + +2 Н) H„H +

Н» 0139 м, . 2

Толщина антифрикционной прокладки д где Но — расстояние между нейтральными

-0,001 м. Высота компенсирующей про- 15 осями выступоввилок; кладки под стопорные пластины Lp — длина игольчатых роликов;

1 b — толщина донышка подшипника; . 2 () Но — высота вилки по оси отверстий вы0,007 м. ступов;

Габарит шарнира при этом увеличивается в 20;: Н» — высота крестовины;

0,115 . 0,024 „4 . д- толщина антифрикционной npo-.

0,109 0,018 р ... кладки.

Использовэние изобретения позволяет 2. Способ сборки карданного шарнира, при сохранении базовых деталей (вилок) включающийустановкувотверстиях выступровести повышение долговечности конст- 25 пов вилок цапф крестовины и подшипников рукции асинхронного карданного шарнира, с последующей осевой фиксацией последт.е. конструктивнообеспечить равномерное них, отл и ч à ю щи и с я тем, что, с целью распределение нагрузки по.двойне игольча- повышения долговечности путем выравнитых роликов путем учета упругих характери- вания нагрузки по длине игольчатых ролистикбазовыхдеталей(вилок). 30 ков подшипников для каждой вилки при

Формула изобретения воздействии на нее крутящего момента в

1. Карданный шарнир, содержащий две плоскости крестовины, предварительно опвилки с выступами, в которых выполнены ределяют расстояние между нейтральными соосныесквозныеотверстия,подшипникис . осями выступов вилок, а после установки йгольчэтыми роликами, установленные в от- 35 цэпф крестовины и подшипников в отверверстиях выступов вилок, крестовину с дву- стиях выступов вилок подшипники перемемя парами соосных цапф, оси которых щают вдоль осей цапф до совмещения пересекаются под прямым углом,. причем середины длины каждого игольчатого роликэждая пара цапф размещена в подшипни- ка с нейтральными осями выступов и фиксиках одной из вилок, узел фиксации йодшип- 40 pyei в такам положении посредством ников, отличающийся тем, что, с целью прокладок.

1781478

Составитель С.Черных

Техред М.Моргентал Корректор Q.ÊðàâöoBà

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4265 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5