КАРДАННЫЙ МЕХАНИЗМ
CARDAN MECHANISM

Изобретение относится к области машиностроения и автомобилестроения и может быть использовано для соединения валов, передающих крутящий момент под различными, возможно, меняющимися углами.
Известно устройство шарнирная муфта [ГОСТ 5147-97], которая нашла широкое применение в различных машинах: летательных аппаратах, приборах, станках, автомобилях, с/х машинах и др., когда по условиям работы необходимо изменение взаимного расположения валов, передающих вращение. Шарнирная муфта состоит из двух одинаковых полумуфт и в виде ступицы с вилкой (вилки полумуфт повернуты на 90°) и крестовины, соединяющей полумуфты. Крестовина соединена с вилками полумуфт шарнирами.
Однако, недостатками шарнирной муфты являются сложность конструкции и процесса сборки-разборки, а также неравномерность скорости вращения ведомого вала при постоянной скорости ведущего.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является шарнир Гука - механизм, соединяющий с помощью жесткой муфты - крестовины, вилки являющиеся концами связывающихся валов. Кинематика карданного механизма аналогична кинематике шарнира Гука, как простого жесткого карданного шарнира, входящего семейство карданных механизмов [Тарасов В.К. Курс теоретической механики для математиков. - ТулГУ, 2008. - С.264-266].
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, а также процесса сборки-разборки.
Задача настоящего изобретения заключается в упрощение, как конструкции карданного механизма (карданово соединение, шарнир Гука, карданный шарнир, шарнирная муфта, кардан), так и процесса его сборки-разборки.
Поставленная задача достигается тем, что муфта выполнена в виде муфты-звездочки, а вилки соединены с муфтой по кольцевым пазам через заходные плоскости перпендикулярно друг другу. В устройстве новый способ зацепления деталей карданного механизма (карданово соединение, шарнир Гука, карданный шарнир, шарнирная муфта, кардан), упрощена его конструкция (две вилки и муфта-звездочка), уменьшены габариты, сокращено время сборки-разборки и исключены крепежные детали.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами: на Фиг.1 представлен простейший карданный механизм в общем виде, на Фиг.2 представлена муфта-звездочка с двумя кольцевыми пазами, на Фиг.3 представлено зацепление вилки с муфтой-звездочкой до поворота в кольцевом пазу, на Фиг.4 представлена конструкция после поворота вилки в кольцевом пазу муфты-звездочки, на Фиг.5 представлено заведение второй вилки по свободному кольцевому пазу муфты-звездочки через заходные плоскости, на Фиг.6 представлена собранная конструкция,
где:
1 - муфта-звездочка
2 - вилка
3 - кольцевой паз
4 - оси пересечения кольцевых пазов
5 - заходные плоскости
6 - расстояние вилки равное расстоянию между заходными плоскостями муфты-звездочки
Устройство карданный механизм содержит муфту-звездочку 1 и две вилки 2 [фиг.1]. На фиг.2 показана муфта-звездочка 1 с двумя кольцевыми пазами 3, оси которых 4 пересекаются под углом 90°. Две параллельные заходные плоскости 5, расположены в пересечениях кольцевых пазов 3 и симметричны друг другу относительно плоскости построенной через пересекающиеся оси 4 кольцевых пазов 3. На фиг.3. расстояние 6 вилки 2 равно расстоянию между заходными плоскостями 5 муфты-звездочки 1. Диаметры кольцевых пазов 3 и цилиндрического отверстия вилки 2 равны, но больше расстояния 6. Для зацепления вилки 2 со муфтой-звездочкой 1 необходимо взаимно правильно расположить эти детали. Соединить детали можно лишь при указанном на фиг.3 положении и через две заходные плоскости 5 муфты-звездочки 1 завести по кольцевому пазу 3 детали одну в другую. На фиг.4 показана конструкция после поворота вилки 2 в кольцевом пазу 3 муфты-звездочки 1 на 90°, при этом пропадает возможность расцепления уже соединенных деталей, но появляется возможность заведения второй вилки 2 в муфту-звездочку 1. На фиг.5 показано заведение второй вилки 2 по свободному кольцевому пазу 3 муфты-звездочки 1 через заходные плоскости 5. А так как карданный шарнир не может работать при угле между осями валов равном 90°, то его нужно значительно уменьшить путем вращения вилки 2 по кольцевому пазу 3 муфты-звездочки 1. При этом у деталей автоматически пропадает возможность расцепления. Механизм собран на фиг.6.
Устройство карданный механизм для соединения валов, передающих крутящий момент под различными, возможно, меняющимися углами работает следующим образом. При передаче вращения между основными валами передаточное число, получается непостоянным: за время одного оборота оно меняется от cos α до 1/cos α, где α - угол между осями валов. При α=90° передача невозможна; при α близком к 90° неравномерность вращения весьма значительна, поэтому карданный механизм в чистом виде может применяется лишь при небольших углах между основными валами.
Достоинствами изобретения являются его компактность, простота изготовления, отсутствие крепежных деталей и специального инструмента для сборки-разборки, которые обеспечиваются новым способом зацепления деталей данного карданного механизма.