ШАРНИРНО-РЫЧАЖНЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к муфтам, и может быть использована в качестве промежуточного соединительного звена для передачи крутящего момента с одного механизма на другой. Она предназначена для соединения механизмов, узлов, деталей, когда требуется обеспечение перемещения соединяемых элементов в разных плоскостях, расположенных под произвольным углом друг к другу. Предлагаемое устройство является универсальным и может быть использовано как карданный вал, шарнир, рычаг, муфта, в качестве полуоси автомобиля с независимой подвеской или целого моста. Кроме того, решение может применяться как гребной вал маломерных судов с изменяемым положением винта относительно судна.
Известен карданный вал с двумя универсальными шарнирами, каждый из которых состоит из съемных вилок-фланцев, закрепленных на соединяемых вилках и связанных крестовиной, имеющей цапфы, установленные в корпусах подшипников (см. авторское свидетельство СССР №413289, МПК F16C 11/06, опубл. 4.06.1974).
Известна муфта равных угловых скоростей, содержащая ось вращения входного вала, ось вращения выходного вала, регулирующий механизм. Муфта содержит U-образную вилку выходной оси, имеющую регулирующий штифт выходной оси, прикрепленный к одному плечу вилки выходной оси. Причем ось регулирующего штифта выходной оси находится в плоскости, образуемой выходной осью и осью, образуемой цапфами вилки выходной оси, и пересекает геометрический центр муфты. Муфта также включает выступ входной оси, имеющий регулирующий штифт входной оси. Причем ось регулирующего штифта входной оси находится в плоскости, образуемой входной осью и осью вращения выступа, и пересекает геометрический центр муфты. Регулирующий механизм выполнен с возможностью удерживания, по меньшей мере, частей муфты для получения характеристик равных угловых скоростей. Двойная муфта равных угловых скоростей содержит входную ось, выходную ось, вилку входного конца, вилку выходного конца, регулирующий механизм. Вилка входного конца имеет первую и вторую пары цапф. Причем вторая пара цапф вилки входного конца шарнирно соединена с входной концевой парой цапф на входном конце соединительной трубы. Вилка выходного конца имеет первую и вторую пары цапф вилки, причем вторая пара цапф шарнирно соединена с выходной концевой парой цапф соединительной трубы (см. патент на изобретение RU 2292494 МПК F16D 3/30, опубл. 27.01.2007).
Однако в данных устройствах вал для передачи крутящего момента между шарнирами выполнен в виде трубы, поэтому весь механизм имеет сравнительно большую
массу и момент инерции.
Известна муфта для передачи крутящего момента с одного механизма другому. Для повышения компенсирующей угловой способности муфты и обеспечения передачи больших крутящих моментов муфта содержит две полумуфты с расположенными по окружности пальцами на взаимнообращенных торцах, а пальцы разных полумуфт соединены между собой соединительными элементами, выполненными в виде тяг, концы которых соединены с пальцами посредством шарниров. На концах тяг выполнены отверстия, в которых установлены сменные вкладыши, взаимодействующие с пальцами, концы которых выполнены сферическими, при этом сферическая поверхность пальцев и вкладыши выполняют функцию шарнира. Вкладыши закреплены в отверстиях тяг. Совокупность функций сферического конца пальца и вкладыша могут выполнять сферические подшипники, установленные на пальцах и в отверстиях тяг. При этом конец пальца выполнен ответным отверстию внутренней обоймы подшипника. Тяги выполнены в форме пластин с пазами, соединяющими отверстия, при этом ширина пазов равна или несколько больше диаметра сферы пальца. В пластине установлены стержни, а сферический конец каждого пальца расположен между вкладышем и стержнем. Внутренняя поверхность вкладыша выполнена ответной сферической поверхности пальца. Между полумуфтами установлено промежуточное соединение, концы которого тождественны полумуфтам. Полумуфты снабжены дисками, размещенными на взаимообращенных торцах, а пальцы каждой из полумуфт закреплены на соответствующем диске, при этом промсоединение установлено между дисками, а диски соединены между собой технологическими планками (см. заявку на изобретение RU 93021776, МПК F16D 3/48,10.03.1995).
Однако конструкция такой муфты сравнительно сложна и имеет ненадежные элементы - подшипники, содержащие легко разрушаемые сепараторы. К тому же устройство допускает только параллельное смещение ведущего и ведомого валов, поэтому не может применяться в узлах с угловым смещением.
Задачей настоящего решения является разработка универсального узла, обеспечивающего передачу крутящего момента между механизмами при их произвольном взаимном расположении.
Технический результат заключается в повышении надежности за счет исключения хрупких и быстро изнашивающихся деталей при упрощении конструкции.
Поставленная задача решена тем, что шарнирно-рычажный соединительный узел содержит две полумуфты и рычаги. Согласно решению узел снабжен вставкой, расположенной между полумуфтами, обеспечивающей параллельное расположение
рычагов. Один из рычагов является центральным и шарнирно соединен с обеими полумуфтами. Остальные в количестве не менее шести равномерно расположены вокруг центрального рычага, при этом часть из них шарнирно соединена с одной полумуфтой, а остальные - с другой. Вставка выполнена в виде металлического цилиндра с отверстием по центру для центрального рычага и пазами с внешней стороны для остальных рычагов.
Полезная модель поясняется чертежами.
На Фиг.1 изображена муфта в сборе в разрезе.
На Фиг.2 изображен разрез А-А, обозначенный на Фиг.1.
На Фиг.3 изображен разрез Б-Б, обозначенный на Фиг.1.
На Фиг.4 изображена муфта при параллельном смещении осей.
На Фиг.5 изображена муфта при угловом смещении осей.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - полумуфта;
2 - ось вращения;
3 - рычаг;
4 - шар;
5 - сферическое углубление;
6 - внешняя часть полумуфты;
7 - внутренняя часть полумуфты;
8 - вставка;
9 - паз;
10 - кожух.
Лучший вариант исполнения соединительного узла.
Соединительный узел содержит две полумуфты 1, форма которых допускает взаимодействие с соединяемыми валами (ведущим и ведомым), один из которых имеет шлицевые соединения, или другими узлами, имеющими оси вращения 2. Полумуфты 1 соединены рычагами (тягами, штангами) 3, например, в количестве семи штук. При необходимости передачи большого крутящего момента, а также при большой длине устройства количество рычагов может быть 9, 11, 13 и т.д. Центральный рычаг расположен на оси симметрии полумуфт 1, а остальные (периферийные) - равномерно распределены по окружности вокруг центрального. На обоих концах центрального рычага жестко закреплены шары 4. Периферийные рычаги короче центрального и снабжены шарами только с одной стороны. Три рычага обращены шарами к одной полумуфте, три другие - ко второй, и расположены рычаги поочередно. В случае выполнения соединительного узла с большим количеством рычагов половина из них соединена с
одной полумуфтой, а половина - с другой. Соединение полумуфт и рычагов выполнено следующим образом. Шары расположены в соответствующих углублениях 5 на взаимнообращенных торцевых поверхностях полумуфт 1, что представляет собой шарнирное соединение. Причем одно углубление 5 для центрального рычага 3 располагается по центру полумуфты 1, а остальные три углубления 5 равномерно распределены по периметру окружности на полумуфте 1. В конкретном случае углубления 5 реализуются следующим образом. Каждая полумуфта состоит из двух частей: внешней 6 и внутренней 7, скрепленных между собой резьбовыми соединениями (болтами). Часть 6 может быть выполнена совместно с цилиндрическим шлицевым валом, что дает возможность менять размер соединения по длине во время работы. В части 6 имеются углубления полусферической формы для шаров 4. В части 7 имеются сквозные отверстия полусферической формы для шаров 4 со стороны, обращенной к части 6, и формы усеченного конуса со стороны, обращенной к другой полумуфте 1. Причем диаметр отверстия в месте пересечения конического и сферического профилей меньше диаметра шара 4. Профиль конических отверстий определяет угловое отклонение рычагов 3, жестко связанных с шарами 4, от осей валов 2. Рычаги 3 удерживаются друг относительно друга вставкой 8 с одним отверстием по центру, равном диаметру центрального рычага 3, и пазами 9, соответствующими диаметру периферийных рычагов 3. Длина вставки 8 зависит от длины рычагов 3 и максимального угла отклонения рычагов 3 от осей 2. Вставка 8 выполнена в виде металлического цилиндра с отверстием по центру для центрального рычага и пазами 9 с внешней стороны для периферийных рычагов. Ширина пазов 9 определяется диаметром рычагов 3 и обеспечивает свободное перемещения рычагов в пазу. В лучшем варианте выполнения устройство содержит шесть рычагов (помимо центрального), три из которых шарнирно соединены с одной полумуфтой, а три - с другой, и в пазах вставки эти рычаги расположены поочередно. Вставка 8 закрыта стальным кожухом 10 соответствующего размера и формы для предотвращения вытекания смазочного материала и выпадения рычагов 3. Шарнирные соединения с обеих сторон могут быть закрыты резиновыми гофрированными пыльниками, крепящимися одним концом к кожуху 10, а другим к полумуфте 1. Размеры шарнирно-рычажного соединительного узла зависят от мощности передаваемого усилия.
Устройство работает следующим образом. Крутящий момент от одной оси 2 к другой передается через полумуфты 1, связанные рычагами 3 посредством шарнирного соединения. Вставка 8 совместно с рычагами 3 предотвращают угловое смещение полумуфт относительно друг друга. При смещении осей 2 соответственно смещаются и полумуфты 1. При этом сохраняется способность передавать вращение между
полумуфтами 1. Движение рычагов 3 и, следовательно, смещение полумуфт 1 относительно друг друга ограничивается величиной телесного угла конического отверстия в полумуфте и шарами, расположенными в сферических углублениях.
Конструкция имеет высокую надежность, так как шарниры закреплены внутри полумуфт и защищены пыльниками. Увеличен срок службы (в известных конструкциях разрушается сепаратор). Увеличена и жесткость на кручение, обеспечиваемая специальной вставкой. Предлагаемое устройство просто в изготовлении и при этом имеет широкие области применения.