ШАРНИР КАРДАННЫЙ РАВНЫХ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ

Полезная модель относится к механизмам типа универсального шарнира или двойного механизма Кардана и может быть использована для передачи вращения между валами в приводах автомобилей и других машин.
Известен шарнир карданный равных угловых скоростей, содержащий ведущий и ведомый валы с вилками на соединяемых концах, со шлицами прямоугольного профиля на наружных поверхностях противоположных концов валов, имеющими заходные фаски, с шейками для установки подшипников и манжет у оснований вилок, отверстиями и технологическими зацентровками на торцах валов, опорно-центрирующий шар малого радиуса, четыре дополнительных шарика, расположенных в криволинейных канавках вилок валов (Автомобили УАЗ-3741, УАЗ-3962, УАЗ-3909, УАЗ-2206, УАЗ-3303 и их модификации. Руководство по эксплуатации РЭ05808600.059-96.-Ульяновск: Дом печати, 1996. - С.101.).
Недостатком шарнира карданного равных угловых скоростей является быстрый повышенный износ звеньев механизма, в том числе опорно-центрирующего шара и дополнительных шариков, что обусловлено сложностью механизма, невозможностью точного выполнения его частей, в том числе криволинейных канавок на вилках валов в условиях применения дополнительных технологических операций по повышению твердости поверхностей (закалка, цементация).
Известен шарнир карданный равных угловых скоростей, содержащий ведущий и ведомый валы с вилками на соединяемых концах, опорно-центрирующий шар с двумя кольцевыми взаимно перпендикулярными пазами одинакового размера прямоугольного профиля, ширина пазов опорно-центрирующего звена равна толщине вилки, боковые поверхности пазов опорно-центрирующего звена симметричны относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей (С. на полезную модель 42869 РФ, МКИ F 16 С 11\06. Шарнир
равных угловых скоростей\ Свиязов О.Ю.\\ Б.И. - 2004. - №12).
Недостатком шарнира карданного равных угловых скоростей является быстрый повышенный износ частей механизма, в том числе опорно-центрирующего шара в условиях работы при изменении угла передачи вращения. Кромки взаимодействующих поверхностей вилок и боковых пазов опорно-центрирующего шара имеют острые углы, воздействие которых может приводить к задирам на взаимодействующих поверхностях.
Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является шарнир карданный равных угловых скоростей, содержащий ведущий и ведомый валы с вилками на соединяемых концах, вилки имеют одинаковые размеры, две части, симметричные относительно оси вала, плоские параллельные наружные поверхности, задающие толщину вилки, внешнее основание, перпендикулярное оси вала, пазы с внутренними поверхностями, перпендикулярными наружным поверхностям, прямолинейным участком длиной, равной половине ширины паза вилки, и участком в форме дуги окружности с радиусным основанием, равным длине прямолинейного участка, со шлицами прямоугольного профиля на наружных поверхностях противоположных концов валов, имеющими заходные фаски, с шейками для установки подшипников и манжет у оснований вилок, отверстиями и технологическими зацентровками на торцах валов, опорно-центрирующий шар с двумя кольцевыми взаимно перпендикулярными пазами одинакового размера прямоугольного профиля, ширина пазов опорно-центрирующего шара равна толщине вилки, боковые поверхности пазов опорно-центрирующего шара симметричны относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, линия пересечения которых проходит через центр опорно-центрирующего шара, поверхности ограничивающие геометрическую форму оснований пазов опорно-центрирующего шара представляют собой пересечение поверхностей двух цилиндров, оси которых взаимно перпендикулярны, проходят через центр опорно-центрирующего шара и перпендикулярны каждая соответствующей плоскости, вилки валов
входят в пазы опорно-центрирующего шара с противоположных сторон с образованием разъемного шарнирного соединения, обеспечивающего угол передачи вращения более 30° (П. на промышленный образец 53407 РФ, Комплект карданов равных угловых скоростей\ Брагин А.В.\\ Б.п.о. - 2003. - №10).
Указанный шарнир карданный равных угловых скоростей рассматривается в качестве прототипа полезной модели.
Недостатком прототипа является быстрый повышенный износ частей механизма, в том числе опорно-центрирующего шара в условиях работы при изменении угла передачи вращения. Кромки взаимодействующих поверхностей вилок и боковых пазов опорно-центрирующего шара имеют острые углы, воздействие которых может приводить к задирам на взаимодействующих поверхностях и, как следствие, к повышенному износу.
Полезная модель направлена на решение задачи снижения износа деталей шарнира карданного равных угловых скоростей, что является целью создания полезной модели.
Указанная цель достигается тем, что в шарнире карданном равных угловых скоростей, содержащем ведущий и ведомый валы с вилками на соединяемых концах, вилки имеют одинаковые размеры, две части, симметричные относительно оси вала, плоские параллельные наружные поверхности, задающие толщину вилки, внешнее основание, перпендикулярное оси вала, пазы с внутренними поверхностями, перпендикулярными наружным поверхностям, прямолинейным участком длиной, равной половине ширины паза вилки, и участком в форме дуги окружности с радиусным основанием, равным длине прямолинейного участка, со шлицами прямоугольного профиля на наружных поверхностях противоположных концов валов, имеющими заходные фаски, с шейками для установки подшипников и манжет у оснований вилок, отверстиями и технологическими зацентровками на торцах валов, опорно-центрирующий шар с двумя кольцевыми взаимно перпендикулярными пазами одинакового размера, прямоугольного профиля, ширина пазов опорно-центрирующего
шара равна толщине вилки, боковые поверхности пазов опорно-центрирующего шара симметричны относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, линия пересечения которых проходит через центр опорно-центрирующего шара, поверхности ограничивающие геометрическую форму оснований пазов опорно-центрирующего шара представляют собой пересечение поверхностей двух цилиндров, оси которых взаимно перпендикулярны, проходят через центр опорно-центрирующего шара и перпендикулярны каждая соответствующей плоскости, вилки валов входят в пазы опорно-центрирующего шара с противоположных сторон с образованием разъемного шарнирного соединения, обеспечивающего угол передачи вращения более 30°, вилки валов имеют плоские параллельные наружные поверхности, взаимодействующие с боковыми поверхностями пазов опорно-центрирующего шара, с размерами, превышающими в плоскостях взаимодействия размеры боковых поверхностей пазов опорно-центрирующего шара, взаимодействующих с плоскими параллельными наружными поверхностями вилок валов таким образом, что внешняя ограничивающая линия боковой поверхности паза опорно-центрирующего шара в плоскости взаимодействия не выходит за внешнюю ограничивающую линию плоской параллельной наружной поверхности вилки вала для любого из возможных углов передачи вращения, опорно-центрирующий шар по всем внешним и внутренним углам, внешнее основание и внутренние поверхности пазов вилок валов выполнены с галтелями.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является снижение износа деталей механизма при работе, обусловленное отсутствием острых кромок взаимодействующих поверхностей и их взаимным расположением.
Снижение износа деталей шарнира карданного равных угловых скоростей является полученным техническим результатом, обусловленным заявляемым выполнением звеньев механизма, соотношениями размеров звеньев, пространственной ориентацией, то есть отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки
заявляемого шарнира карданного равных угловых скоростей являются существенными.
На рисунке приведен чертеж соединения опорно-центрирующего шара с вилкой вала шарнира карданного равных угловых скоростей, поясняющий сущность полезной модели.
Шарнир карданный равных угловых скоростей содержит ведущий и ведомый валы с вилками на соединяемых концах, со шлицами прямоугольного профиля на наружных поверхностях противоположных концов валов, имеющими заходные фаски, с шейками для установки подшипников и манжет, отверстиями и технологическими зацентровками на торцах валов и опорно-центрирующий шар с двумя кольцевыми взаимно перпендикулярными пазами одинакового размера прямоугольного профиля. Вилки имеют одинаковые размеры, две части, симметричные относительно оси вала, плоские параллельные наружные поверхности, задающие толщину вилки, внешнее основание, перпендикулярное оси вала, пазы с внутренними поверхностями, перпендикулярными наружным поверхностям, прямолинейным участком длиной, равной половине ширины паза вилки, и участком в форме дуги окружности с радиусным основанием, равным длине прямолинейного участка. Ширина пазов опорно-центрирующего шара равна толщине вилки. Боковые поверхности пазов опорно-центрирующего шара симметричны относительно двух взаимно перпендикулярных плоскостей, линия пересечения которых проходит через центр опорно-центрирующего шара. Поверхности, ограничивающие геометрическую форму оснований пазов опорно-центрирующего шара представляют собой пересечение поверхностей двух цилиндров, оси которых взаимно перпендикулярны, проходят через центр опорно-центрирующего шара и перпендикулярны каждая соответствующей плоскости. Вилки валов имеют плоские параллельные наружные поверхности, взаимодействующие с боковыми поверхностями пазов опорно-центрирующего шара, с размерами, превышающими в плоскостях взаимодействия размеры боковых поверхностей пазов опорно-центрирующего шара, взаимодействующих с плоскими параллельными наружными поверхностями вилок валов таким образом, что внешняя ограничивающая линия боковой поверхности паза
опорно-центрирующего шара в плоскости взаимодействия не выходит за внешнюю ограничивающую линию плоской параллельной наружной поверхности вилки вала для любого из возможных углов передачи вращения. Опорно-центрирующий шар по всем внешним и внутренним углам, внешнее основание и внутренние поверхности пазов вилок валов выполнены с галтелями. Вилки валов входят в пазы опорно-центрирующего шара с противоположных сторон с образованием разъемного шарнирного соединения, обеспечивающего угол передачи вращения более 30°,
Шарнир карданный равных угловых скоростей работает следующим образом. Вращение передается от ведущего вала шарнирного механизма к ведомому валу путем зацепления частей вилок валов в опорно-центрирующем шаре. Вилки валов входят в пазы опорно-центрирующего шара с противоположных сторон. Плоские параллельные наружные поверхности вилок валов ориентированы в пространстве взаимно перпендикулярно. При работе взаимодействующие внутренние поверхности пазов вилок соприкасаются с поверхностями оснований пазов опорно-центрирующего шара, а взаимодействующие плоские параллельных наружные поверхности вилок валов соприкасаются с боковыми поверхностями пазов опорно-центрирующего шара. Вращение может передаваться под произвольным углом между осями валов механизма в пределах заданного диапазона (более 30°). Диапазон изменения угла передачи вращения ограничивается упором внешнего основания вилки вала и плоской параллельной поверхности вилки другого вала и задается размерами звеньев механизма (толщиной вилки). Механизм допускает не только изменение угла между осями валов, но и смещение их по высоте.
Таким образом, шарнирный механизм является пространственным и обеспечивает передачу вращения между валами, взаимное положение которых во время работы может изменяться.
При работе механизма внешняя ограничивающая линия боковой поверхности паза
опорно-центрирующего шара в плоскости взаимодействия не выходит за внешнюю ограничивающую линию плоской параллельной наружной поверхности вилки вала для любого из возможных углов передачи вращения. Указанное выполнение звеньев механизма исключает возможное воздействие кромки взаимодействующей плоской параллельной наружной поверхности вилки на боковую поверхность паза опорно-центрирующего шара, что снижает износ деталей.
Выполнение опорно-центрирующего шара по всем внешним и внутренним углам, внешнего основания и внутренних поверхностей пазов вилок валов с галтелями также обеспечивает работу шарнирного механизма с малым износом.
По сравнению с прототипом существенно снижается износ деталей механизма при его работе за счет исключения возможных задиров на взаимодействующих поверхностях звеньев при отсутствии острых углов у кромок взаимодействующих поверхностей, а также исключения возможного воздействия кромки взаимодействующей плоской параллельной наружной поверхности вилки на боковую поверхность паза опорно-центрирующего шара.
По сравнению с прототипом, дополнительно, повышается надежность работы шарнира карданного равных угловых скоростей. Исключается выход из строя опорно-центрирующего шара в результате незначительных механических воздействий во время работы, сборки или ремонта механизма. Исключается заклинивание шарнирного механизма при работе, в том числе при изменении угла передачи вращения, в результате износа или механических воздействий на кромки взаимодействующих поверхностей опорно-центрирующего шара и вилок валов. При выполнении опорно-центрирующего шара известной формы без галтелей возможны механические разрушения кромок в результате осуществления необходимых технологических операций по повышению твердости поверхности (закалка, цементация). Обработанные поверхности кромок могут стать хрупкими в результате осуществлении операций по повышению твердости поверхности, что также может приводить к их разрушению при механических воздействиях и к снижению надежности
работы шарнирного механизма в целом. Заявляемая полезная модель исключает указанные негативные факторы. Галтели повышают механическую прочность опорно-центрирующего шара, что также делает механизм более надежным.
По сравнению с прототипом, дополнительно, возможно снижение технологического брака, вызванного механическими воздействиями на детали и, в первую очередь, на опорно-центрирующий шар, в процессе выполнения операций по обработке, транспортировке и сборке шарнирного механизма.
Дополнительно, при применении заявляемой полезной модели облегчается процесс сборки шарнирного механизма, упрощается обеспечение обязательных требований техники безопасности при работе с узлами и деталями, имеющими острые кромки.
Дополнительно, при применении заявляемой полезной модели упрощается выполнение требований технической эстетики (придание механизмам более красивого вида).