Сферический шарнир

 

Использование: в шарнирных соединениях манипуляторов, замков, эндопротезов. Сущность изобретения: в сферическом шарнире гнездо с внутренней сферической поверхностью выполнено с профильной торцевой поверхностью. На сферической головке выполнен профилированный паз с торовой донной поверхностью и переменной шириной. Внутренняя кромка торцевой поверхности гнезда идентична кромке профилированного паза. Это уменьшает число положений самопроизвольной разборки. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 16 С 11/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 3708403/27 (22) 14,03.84 (46) 07.02.93. Бюл. N 5 (75) А,Ф.Крайнев (73) Российский открытый университет (56) Патент Франции ¹ 2229286, кл. F 16 С

11/06, 1974. (54) СФЕРИЧЕСКИЙ ШАРНИР (57) Использование; в шарнирных соединениях манипуляторов, замков, эндопротезов, Изобретение относится к машиностроению, а именно к шарнирным соединениям, и может быть использовано в ортопедии (эндопротезы), в ответственных замках, в шарнирах манипуляторов и т.д .

Известен сферический шарнир, содержащий сферическую головку с профилированным пазом с торовой донной поверхностью и гнездо с внутренней сферической поверхностью, в которой размещена сферическая головка.

Недостатком известного устройствапрототипа являются низкие функциональные воэможности из-за наличия множества положений само п роиз вол ь ной разборки.

Это обусловлено тем, что положение головки и гнезда, соответствующее условию сборки, должно быть исключено иэ всех возможных рабочих положений. В связи с тем, что направление усилия, действующего на головку, всегда проходит через центр сферы, имеется составляющая этого усилия, направление действия которой совпадает с осью профилированного паза головки. Это обстоятельство может привести к самопроизвольному выходу головки из гнезда, что и обусловливает исключение из возможных. Ы 1794209 А3

Сущность изобретения: в сферическом шарнире гнездо с внутренней сферической поверхностью выполнено с профильной торцевой поверхностью. На сферической головке выполнен профилированный паз с торовой донной поверхностью и переменной шириной, Внутренняя кромка торцевой поверхности гнезда идентична кромке профилированного паза. Это уменьшает число положений самопроизвольной разборки, 5 ил. рабочих положений того положения, которое соответствует конечному моменту сборки.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем уменьшения положений самопроизвольной разборки.

Поставленная цель достигается тем, что в сферическом шарнире, содержащем сферическую головку с профилированным пазом с торовой донной поверхностью и гнездо с внутренней сферической поверхностью, в котором размещена сферическая головка, гнездо выполнено с профильной торцевой поверхностью; а паэ выполнен с переменной шириной, при этом внутренняя кромка торцевой поверхности гнезда идентична кромке боковой поверхности паза, На фиг.1 изображен предлагаемый сферический шарнир, общий вид; на фиг.2 — 5— поперечные разрезы различных вариантов выполнения шарнира; на фйг,2 — очертания участка поверхности паза 5; на фиг.3 дан вариант, где одна из плоскостей, образующих кромку торцевой поверхности, не проходит через центр, на фиг.4

1794209 промежуточное решение вариантов фиг.2 и

3, на фиг,5 — частный случай варианта фиг,3, .Сферический шарнир содержит гнездо

1 с внутренней сферической поверхностью

2 и профильной торцевой поверхностью 3 и сферическую головку 4 с профилированным пазом 5, имеющим торовую донную поверхность и переменную ширину. Кромка боковой поверхности паза 5 идентична внутренней кромке торцевой поверхности 3 гнезда 1. При образовании поверхности профилированного паза 5 каждая из точек головки движется по дуге окружности (фиг.

1 и 2) радиуса, равного радиусу сферической поверхности. Радиусы сферических поверхностей головки и гнезда одинаковы, если не учитывать натяг или зазор, предусматриваемый при изготовлении, Центр сферической поверхности головки О перемещается в центр сферической поверхности гнезда О : т. Р— в т. P 1, т. 1 — в т, L ) и т, д.

Образование паза 5 можно представить в виде срезания части сферической головки

4 внутренней кромкой торцевой поверхности 3 гнезда 1.

То же самое получается при движении гнезда относительно головки (фиг.1). Но такое формообразование представляется более наглядным. Точка L> перемещается в т, L no дуге L Очевидно, что при поступательном движении гнезда т.Р перемещается в т, Р точно по такой же дуге P. Очевидно также, что весь участок поверхности паза 5 представляет собой множество дуг одинакового радиуса, проведенных в параллельных сечениях, На фиг,2 представлено построение очертаний участка поверхности паза 5, вытекающее из характера движения, данного на фиг.1.

В собранном состоянии контур ОР повторит контур 01Р1, 8 конкретном случае этот контур — дуга наибольшей окружности на поверхности сферы. Центры дуг, образующих участок поверхности паза 5, лежат в плоскости О Р . Точки контура ОР получаются при пересечении дуг MN окружностей радиусом r и радиусом r1, Мысленно такоепостроение можно представить, проводя сечения, параллельные плоскости чертежа..

В этом случае сечения сферы — окружность радиуса r>. Внутренняя кромка торцевой поверхности 3 гнезда 1 на фиг.1 — 2 образована пересечением сферы двумя плоскостями, проходящими через центр сферы, На фиг,3 одна из плоскостей. образующая кромку торцевой поверхности, не проходит через центр. Используя построение, приведенное на фиг.2, получим паз 5, ограниченный дугой окружности KP и кривой при изготовлении принять паз 5,кромки торцевой поверхности 3 углубленными в тело сопряженных деталей по отношению K расчетному пазу 5 и заданной кромке поверх55 ности 3 соответственно. В этом случае образуются при сборке зазоры, которые облегчают сборку, не требуют точного соблюдения положения и траектории в процессе сборки и разборки. Но при этом может уменьшиться надежность удержания голо10

КР>, Паз 5 получается меньше, чем на фиг.2, т.е, меньше удаляется материала при изготовлении головки и образуется большая поверхность соприкосновения в рабочих положениях шарнира. Но с уменьшением участка поверхности паза 5 особенно при наличии зазоров в сочленении головки 4 и гнезда 1 уменьшается надежность удержания торцевой поверхностью 3 головки 4, На фиг.4 дано промежуточное решение вариантов, представленных на фиг,2 и 3.

Здесь в результате построения, данного на фиг,2, получен паз 5, ограниченный дугами окружностей КР и КР . Такое решение более технологично в изготовлении.

В общем случае внутренняя кромка торцевой поверхности 3 (фиг.1-4) может быть в виде любой кривой, лежащей на сфере, Точное получение поверхности паза 5 обеспечивается при следующем процессе изготовления. Режущую кромку инструмента выполняют одинаковой с кромкой торцевой поверхности 3 гнезда 1 и перемещают относителЬно кромки инструмента головку шарнира поступательно по дугам окружности радиусом, равным радиусу сферы

Сборку и разборку шарнира наиболее целесообразно проводить, используя оправку, например.в виде торовой направляющей с радиусом сферы и механизма, воспроизводящего поступательное движение, На фиг.5 — частный случай варианта, представленного на фиг.3, пригодный для менее ответственных сочленений, в которых требуется сравнительно небольшое удерживающее усилие, Перемещением т,К (фиг.3) влево можно получить участок профилированного паза 5 небольшой площади, Построением, данным на фиг.2, можно получить внутреннюю кромку торцевой поверхности 3, при котором участок паза 4 превращается в цилиндрическую поверхность радиусом r.. Контур профилированного паза 5 превращается в кривую 6 пересечения цилиндра и сферы (см.вид А), Такое решение представляется наиболее простым и технологичным, Более технологичные решения вариантов фиг,1-5 могут быть получены также, если

1794209 вки внутри гнезда при действии различных сочетаний действующих сил.

На фиг.5 дано такое решение: паз 5 углублен до плоской ступеньки 7, а кромка поверхности 3 углублена до прямолинейно- 5 го контура 8.

Сферический шарнир работает следующим образом, При сборке совмещают внутреннюю кромку торцевой поверхности 3 гнезда 1 с 10 расширения функциональных возможностей путем уменьшения положений самопро15 извольной разборки, гнездо выполнено с профильной торцовой поверхностью, а паз выполнен с переменной шириной, при этом внутренняя кромка торцовой поверхности гнезда идентична кромке боковой поверхности паза.

Формула и зоб рете н и я

Сферический шарнир, содержащий сферическую головку с профилированным пазом с торовой донной поверхностью и гнездо с внутренней сферической поверхностью, в котором размещена сферическая головка, отличающийся тем, что, с целью кромкой профилированного паза 5 голо вки 4. Затем совершают относительное перемещение гнезда 1 и головки 4 до того, как сфера головки совместится с внутренней сферической поверхностьlo 2 гнезда 1. При работе шарнира сферическая головка 4 перемещается внутри гнезда 1 по сферической поверхности 2.

При разборке действия происходят в обратном порядке.

1794209

Г,г, б. l

Дуг.3

Фиг. 5

Составитель А. Крайнев

Техред М,Моргентал Корректор И.Шмакова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

3аказ 530 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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