КАРДАННОЕ СОЕДИНЕНИЕ ВАЛОВ
CARDAN JOINT OF SHAFTS

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для соединения валов, передающих крутящий момент между несоосными валами с обеспечением компенсации возможного изменения расстояния между ними.
Известна универсальная карданная передача (см. патент РФ №2086820 МПК F16D 3/26, 1/033, опубл. 10.08.1997), которая содержит связанные между собой шлицевым соединением два вала с карданными шарнирами по концам для соединения соответственно с ведущим и ведомым валами. Шлицы одного из валов выполнены удлиненными для обеспечения постоянства зацепления со шлицами другого вала при изменении геометрических параметров передачи.
Недостатком карданной передачи является сложность самой конструкции и сложность выполнения монтажа и демонтажа.
Известно также карданное соединение валов (по А.С. СССР №964296 МПК F16D 3/48, опубликовано 07.10.1982 в Б.И. №37). Оно содержит плавающую крестовину с двумя парами диаметрально расположенных штифтов и две полумуфты на каждом валу с диаметрально расположенными пазами, в каждом из которых размещен штифт крестовины. Крестовина снабжена плоскими пружинами, расположенными продольно оси и жестко связанными одним концом с концами крестовины, при этом штифты, входящие в пазы полумуфт, радиально закреплены на свободных концах пружин.
Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому карданному соединению валов, и поэтому выбрано в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является то, что оно не позволяет передавать значительные крутящие моменты из-за невысокой поперечной жесткости плоских пружин.
Проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание карданного соединения валов с повышенной крутильной жесткостью.
Достигаемым техническим результатом является возможность передачи повышенного крутящего момента от ведущего вала к ведомому с обеспечением компенсации их взаимной несоосности и возможного изменения расстояния между ними.
Для достижения технического результата в заявляемом карданном соединении валов, содержащем ведущий, ведомый и промежуточный валы, две полумуфты с пазами, штифты, пружину, новым является то, что полумуфты жестко закреплены на концах промежуточного вала, в каждой из которых выполнено отверстие для размещения в нем конца ведущего или ведомого вала, имеющих сферическую форму, при этом пазы в полумуфтах выполнены взаимно перпендикулярными, штифты установлены в сферических концах ведущего и ведомого валов и размещены в пазах полумуфт, в отверстии одной из которых вставлен наконечник со сферическим концом, поджатый пружиной к торцевой поверхности одного из соединяемых валов, один конец промежуточного вала выполнен сферическим и уперт в торцевую поверхность другого соединяемого вала.
В заявляемом карданном соединении валов, благодаря жесткому закреплению полумуфт на промежуточном валу и размещению в пазах полумуфт штифтов, установленных в концах ведущего и ведомого валов, обеспечивается крутильная жесткость карданного соединения, что позволяет передавать повышенный крутящий момент.
Выполнение пазов в полумуфтах взаимно перпендикулярными, в которых размещены штифты ведущего и ведомого валов, и размещение в отверстиях полумуфт валов со сферической формой концов позволяет компенсировать их несоосность за счет обеспечения возможности поворота промежуточного вала в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Благодаря поджатию наконечника к торцевой поверхности одного из соединяемых валов при упертом конце промежуточного вала к торцевой поверхности другого вала обеспечивается выборка осевого люфта промежуточного вала за счет упругости пружины, что позволяет компенсировать возможное изменение расстояния между торцами ведущего и ведомого валов.
На фигуре представлено заявляемое карданное соединение валов. Оно содержит ведущий 1 и ведомый 2 валы со сферическими концами, в которые перпендикулярно их продольным осям установлены штифты соответственно 3 и 4, промежуточный вал 5 со сферическим концом, упирающийся в торцевую поверхность вала 2. На концах промежуточного вала 5 жестко закреплены полумуфты 6 и 7, в которых вдоль продольной оси выполнены отверстия соответственно 8, 9 и пазы 10, 11. Причем пазы 10 и 11 выполнены взаимно перпендикулярными. В отверстии 8 полумуфты 6 установлен наконечник 12 со сферическим концом, который поджат пружиной 13 к торцевой поверхности вала 1, размещенного сферическим концом в этом же отверстии. Штифт 3 помещен в паз 10 полумуфты 6. В отверстии полумуфты 7 размещен сферический конец вала 2, а в ее пазу 11 - штифт 4.
Устройство работает следующим образом.
При вращении ведущего вала 1 крутящий момент посредством штифта 3 передается стенкам паза 10 полумуфты 6 и далее через промежуточный вал 5, стенки паза 11 полумуфты 7 и штифта 4 на ведомый вал 2.
В указанном исполнении соединения валов, благодаря жесткости взаимодействующих кинематических пар штифт 3 - паз 10 и штифт 4 - паз 11, обеспечивается передача большего крутящего момента от ведущего вала 1 к ведомому валу 2.
Несоосность ведущего 1 и ведомого 2 валов компенсируется за счет обеспечения возможности поворота промежуточного вала 5 в двух взаимно перпендикулярных направлениях вследствие выполнения концов валов 1, 2, 5 и подпружиненного наконечника 10 сферической формы и выполнения пазов 10 и 11 полумуфт 6 и 7 соответственно взаимно перпендикулярными.
Возможное изменение расстояния между ведущим 1 и ведомым 2 валами компенсируется за счет упругости пружины 13 и возможностями перемещения штифтов 3 и 4 по пазам 10 и 11 соответствующих полумуфт.
Предлагаемое карданное соединение отличается простотой конструкции и его обслуживания. Для демонтажа соединения необходимо, преодолевая усилие пружины 13, переместить промежуточный вал 5 в осевом направлении до выхода сферического конца вала 2 из отверстия полумуфты 7, после чего отвести вал 5 в сторону и снять его вместе с полумуфтой 6 с вала 1. Для монтажа соединения указанные выше операции следует выполнять в обратном порядке.
Промышленная применимость заявляемого карданного соединения валов подтверждена испытаниями опытных образцов.