Шарнир равных угловых скоростей

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в приводах машин для передачи вращающих моментов в условиях, когда оси соединяемых валов расположены со значительным угловым смещением, а круговые частоты ведущего и ведомого звеньев механизма должны совпадать. Шарнир равных угловых скоростей содержит две полумуфты, форма которых допускает взаимодействие с соединяемыми валами, и промежуточные тела качения. Первая полумуфта выполнена с внешней и внутренней сферическими соосными поверхностями, а вторая выполнена с внешней сферической поверхностью, причем все имеют общий центр. Обе полумуфты имеют пазы с коническими рабочими поверхностями в меридиональных плоскостях, в которых размещены ролики в форме усеченных конусов, установленные на оси, проходящей через овальное отверстие траверсы, имеющей два поводка со сферическими головками, размещенные в соответствующих отверстиях обеих полумуфт. Образующие всех рабочих конических поверхностей контактирующих деталей шарнира равных угловых скоростей сходятся в общем центре сферических поверхностей полумуфт. Технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении надежности конструкции устройства. 3 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в приводах машин для передачи вращающихся моментов в условиях, когда оси соединяемых валов расположены со значительным угловым смещением, а круговые частоты ведущего и ведомого звеньев механизма должны совпадать.

Широко используется шарнир равных угловых скоростей Рцеппа, в котором установка промежуточных тел - шаров в плоскости биссектора угла между осями полумуфт с соответствующими торовыми пазами осуществляется за счет смещения центров сфер полумуфт при помощи сепаратора. Недостатком этого устройства являются плохая технологичность, обусловленная высокими требованиями к точности геометрически сложных поверхностей, и точечный характер контакта промежуточных шаров с поверхностями пазов полумуфт.

Известны шарниры равных угловых скоростей типа "Трипод" (Франция), содержащие две полумуфты с пазами и трехлучевой вкладыш с установленными на нем роликами, входящими в названные пазы полумуфт (Й.Раймпель. Шасси автомобиля. - М.: Машиностроение, 1989 г.).

Недостатком этого устройства является сложность конструкции и наличие относительного проскальзывания в контакте роликов и пазов, что снижает его КПД.

Данное устройство выбрано в качестве прототипа.

Задачей данного изобретения является повышение надежности за счет устранения проскальзывания с одновременным повышением нагрузочной способности и упрощения конструкции устройства.

Указанная задача решается применением шарнира равных угловых скоростей, содержащего две полумуфты, имеющие форму, допускающую взаимодействия с соединяемыми валами, и промежуточные тела качения, в котором в отличие от прототипа первая полумуфта выполнена с внешней и внутренней сферическими соосными поверхностями, а вторая выполнена с внешней сферической поверхностью, имеющей общий центр с названными выше, и установлена с возможностью взаимодействия с первой полумуфтой, причем обе полумуфты имеют пазы с коническими рабочими поверхностями в меридиональных плоскостях, в которых размещены ролики в форме усеченных конусов, установленные на оси, проходящей через овальное отверстие траверсы, имеющей два поводка со сферическими головками, размещенные в соответствующих отверстиях обеих полумуфт, при этом образующие всех рабочих конических поверхностей контактирующих деталей шарнира равных угловых скоростей сходятся в общем центре сферических поверхностей полумуфт.

На фиг.1 представлен разрез шарнира равных угловых скоростей в вертикальной плоскости, проходящей через его главную ось, на фиг.2 - разрез по А-А, а на фиг.3 показан разрез в горизонтальной плоскости.

Шарнир равных угловых скоростей состоит из полумуфты 1, снабженной выполненным заодно целое с ней шлицевым валиком, имеющей наружную сферическую поверхность и внутреннюю сферическую расточку, в которой размещена полумуфта 2, имеющая шлицевое отверстие с внешней сферической поверхностью, сопряженной с внутренней сферической расточкой полумуфты 1. Обе полумуфты имеют по два конических паза: в полумуфте 1 выполнены пазы В, в полумуфте 2 - пазы С. Образующие конических поверхностей названных пазов сходятся в центре шарнира, являющемся одновременно и центром сферических поверхностей полумуфт 1 и 2.

В пазах В и С размещены ролики 3 в виде усеченных конусов со сферической поверхностью на большем основании и с центральными отверстиями, сопрягаемыми с осью 4. Образующие конических поверхностей роликов 3 сходятся в центре шарнира. Ось 4 в своей средней части взаимодействует с траверсой 5, имеющей соответствующее овальное отверстие D и два соосных поводка со сферическими головками, входящими, соответственно, в отверстие полумуфты 1 и в отверстие полумуфты 2, причем сферические головки поводков находятся на равных расстояниях от центра траверсы 5.

Герметизация шарнира обеспечена жестким кожухом 6 и чехлом 7 из эластичного материала. Образованная герметичная полость Е заполнена смазочным материалом.

Работает шарнир равных угловых скоростей следующим образом.

В случае, если шарнир равных угловых скоростей взаимодействует с вращающимися валами, относительное положение которых характеризуется отсутствием угловых смещений - угол α равен нулю - все детали устройства вращаются с одинаковой угловой скоростью и не совершают относительных перемещений.

При появлении углового смещения, характеризуемого значительным углом α полумуфта 2 смещается в вертикальной плоскости относительно полумуфты 1 на тот же угол, при этом траверса 5, взаимодействуя с осью 4 и с отверстиями в полумуфтах 1 и 2, смещает последнюю из вертикального положения, выходя из горизонтального положения на угол 0,5α, и устанавливает ролики 3 в плоскость биссектора угла 180°-α, что обеспечивает равенство окружных, а следовательно, и угловых скоростей во всех точках взаимодействия роликов 3 с коническими пазами В и С полумуфт 1 и 2. Траверса 5 одновременно смещается вдоль оси 4 на расстояние а и разворачивается на угол 0,5α относительно осей полумуфт 1 и 2, а ролики 3 перекатываются по пазам В и С.

Вращение полумуфты 1 на угол 90° приводит к тому (см. фиг.3), что траверса 5 возвращается в горизонтальную плоскость и смещается в этой плоскости на расстояние а на угол 0,5α, соответствующий отклонению на угол α оси полумуфты 2 относительно полумуфты 1 уже в горизонтальной плоскости. Контактные взаимодействия роликов 3 с коническими пазами В и С полумуфт 1 и 2 в этом случае осуществляются в плоскостях, перпендикулярных осям этих полумуфт, а ось 4 вместе с роликами 3 может перемещаться только в плоскости биссектора угла 180°-α, что обеспечивает равенство угловых скоростей полумуфт 1 и 2 и в этом случае.

Все остальные положения полумуфт 1 и 2 относительно их осей можно рассматривать как промежуточные.

Отметим, что работа шарнира равных угловых скоростей в условиях значительных угловых смещений и вращающих моментов сопровождается перекатыванием конических поверхностей роликов 3 по пазам В и С полумуфт 1 и 2 с контактными нагрузками, зависящими от величины передаваемого шарниром крутящего момента, при этом нагрузка воспринимается в виде контактных давлений (напряжений) на контактных линиях, а также в виде осевых сил, действующих на ролики 3 и воспринимаемых от их сферических оснований кожухом 6.

Осевые силы, приложенные к полумуфтам 1 и 2 от соединяемых валов, воспринимаются их сферическими поверхностями в месте сопряжения.

Таким образом, обеспечиваются передача вращающих моментов между полумуфтами 1 и 2 с точным соответствием их угловых скоростей в условиях значительных угловых смещений и одновременное восприятие осевых сил. При этом скольжение по поверхностям, воспринимающим нагрузки от передаваемого момента, устраняется. Таким образом, повышаются надежность шарнира и нагрузочная способность.

Шарнир равных угловых скоростей, содержащий две полумуфты, имеющие форму, допускающую взаимодействия с соединяемыми валами, и промежуточные тела качения, отличающийся тем, что первая полумуфта выполнена с внешней и внутренней сферическими соосными поверхностями, а вторая выполнена с внешней сферической поверхностью, имеющей общий центр с названными выше, и установлена с возможностью взаимодействия с первой полумуфтой, причем обе полумуфты имеют пазы с коническими рабочими поверхностями в меридиональных плоскостях, в которых размещены ролики в форме усеченных конусов, установленные на оси, проходящей через овальное отверстие траверсы, имеющей два поводка со сферическими головками, размещенные в соответствующих отверстиях обеих полумуфт, при этом образующие всех рабочих конических поверхностей контактирующих деталей шарнира равных угловых скоростей сходятся в общем центре сферических поверхностей полумуфт.