ШАРНИР РАВНЫХ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ
PIVOT JOINT OF EQUAL ANGULAR VELOCITIES

Изобретение относится к области машиностроения, авиастроения и станкостроения и может быть использовано в приводах машин и механизмов 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.
Известен шарнир равных угловых скоростей (Патент RU №2289733. МПК: F16D 3/34, 3/44, 3/22, 3/16, опубл. 20.12.2006 г.), содержащий две полумуфты 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.
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, относительная ненадежность в зоне передачи нагрузок, а именно контакта роликов и контактных линий, и наличие относительного проскальзывания в зоне передачи нагрузок, что снижает его КПД.
Наиболее близким к заявляемому устройству является шарнир равных угловых скоростей (Патент RU №2391567. МПК: F16C 11/06, D3/16, С3/22, D3/30, опубл. 10.06.2010 г.), содержащий две полумуфты, одна из которых выполнена с внешней и внутренней сферическими соосными поверхностями, а другая выполнена с внешней сферической поверхностью, связанные с соединяемыми валами и имеющие возможность взаимодействия между собой, ось, проходящую через траверсу, концы которой связаны с полумуфтами через имеющие сферические элементы соединительные узлы, размещенные в соответствующих отверстиях полумуфт, а на концах оси дополнительно установлены внутренние и наружные вкладыши, взаимодействующие своими торцевыми поверхностями с торцевыми рабочими поверхностями пазов полумуфт, в которых они установлены, а в средней части оси в месте установки траверсы размещена подвижная направляющая, имеющая отверстие круглого сечения для прохождения через него оси и наружный профиль прямоугольного сечения с пазом для установки в него траверсы, концы которой связаны с полумуфтами через шарнирные подшипники.
Недостатками данного устройства являются нетехнологичность в сборке, низкая ремонтопригодность, а также относительно низкий ресурс работы.
Техническим результатом изобретения является повышение технологичности в сборке, высокая ремонтопригодность и повышенный ресурс работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в шарнире равных угловых скоростей, содержащем две полумуфты с посадочным отверстием, связанные между собой элементами связующего зацепления, и вкладыши, где полумуфты с посадочным отверстием выполнены сферической формы с одинаковым внутренним радиусом, а в диаметральном сечении соосно выполнены по меньшей мере два отверстия, в которые установлены пальцы, диметр которых равен диаметру отверстий, а длина пальца больше чем толщина стенки полумуфты с посадочным отверстием; элементы связующего зацепления выполнены в виде двух кулачков, соединенных между собой с возможностью разъема, при этом кулачки имеют сферическую поверхность, диаметр которой равен внутреннему диаметру полумуфт с посадочным отверстием, а на сферической поверхности кулачков в плоскости, параллельной оси посадочного отверстия полумуфт, выполнены пазы, ширина которых равна диаметру пальцев, а глубина Δl=L-m, где L - длина пальцев, m - толщина стенки полумуфт с посадочным отверстием; вкладыши закреплены на торцевой поверхности полумуфт с посадочным отверстием с возможностью разъемного соединения.
Указанный технический результат достигается тем, что в шарнире равных угловых скоростей полумуфты с посадочным отверстием, кулачки, вкладыши и пальцы взаимозаменяемы.
Сущность данного изобретения заключается в том, что полумуфты с посадочным отверстием выполнены сферической формы с одинаковым внутренним радиусом, а в диаметральном сечении соосно выполнены по меньшей мере два отверстия, в которые установлены пальцы, диметр которых равен диаметру отверстий, а длина пальца больше чем толщина стенки полумуфты с посадочным отверстием; элементы связующего зацепления выполнены в виде двух кулачков, соединенных между собой с возможностью разъема, при этом кулачки имеют сферическую поверхность, диаметр которой равен внутреннему диаметру полумуфт с посадочным отверстием, а на сферической поверхности кулачков в плоскости, параллельной оси посадочного отверстия полумуфт, выполнены пазы, ширина которых равна диаметру пальцев, а глубина Δl=L-m, где L - длина пальцев, m - толщина стенки полумуфт с посадочным отверстием; вкладыши закреплены на торцевой поверхности полумуфт с посадочным отверстием с возможностью разъемного соединения.
Также сущность данного изобретения заключается в том, что полумуфты с посадочным отверстием, кулачки и вкладыши взаимозаменяемы.
Выполнение полумуфт с посадочным отверстием сферической формы и с одинаковым внутренним радиусом в шарнире равных угловых скоростей обеспечивает технологичность при сборке и разборке за счет взаимозаменяемости.
В полумуфтах с посадочным отверстием в диаметральном сечении соосно выполнены отверстия, в которые установлены пальцы, диаметр которых равен диаметру отверстий. Кулачок с шаровой поверхностью с диаметром, равным внутреннему диаметру, установлен в полумуфт с посадочным отверстием. Причем пальцы входят в пазы, которые расположены диаметрально противоположно на шаровой поверхности кулачка.
Взаимодействие пальца и паза показано на фиг. 1, где изображена диаграмма траектории движения паза относительно пальца. Отчет берется в нейтральном положении и описывается полный цикл, то есть один оборот, совершаемый кулачком. Из диаграммы видно, что паз обкатывает палец и ввиду этого в шарнире равных угловых скоростей отсутствует трение скольжение, но присутствует трение качения. Вследствие чего шарнир равных угловых скоростей имеет повышенный ресурс работы.
Кулачки, на которых выполнены пазы, связаны между собой с возможностью разъема. Разъемное соединение кулачков может быть выполнено, например, в виде двух хвостовиков, закрепленных и соединенных между собой внутренним и внешним шлицевым соединением. Шлицевое соединение обеспечит высокую нагрузочную способность, лучшее центрирование кулачков и более точное направление при осевых перемещениях. Соединение кулачков с возможность разъема обеспечит повышенную технологичность при сборке и высокую ремонтопригодность шарнира равных угловых скоростей.
Вкладыши закреплены на торцевой поверхности полумуфт с посадочным отверстием и не допускают выскакивания кулачков из конструкции шарнира равных угловых скоростей. Одним из способов установки вкладышей в механизм шарнира равных угловых скоростей может выступать запрессовка с последующим закреплением винтами, что позволит разбирать механизм шарнира равных угловых скоростей для осуществления ремонта или других технологических действий. Тем самым вкладыши обеспечивают повышенную технологичность в сборке и ремонтопригодность шарнира равных угловых скоростей.
Вновь введенные элементы позволят производить ремонт шарнира равных угловых скоростей, не извлекая его из узла, в котором он установлен, при условии свободного доступа для монтажа и демонтажа пальцев.
Тем самым достигается указанный в изобретении технический результат.
Для увеличения КПД и срока службы шарнира равных угловых скоростей в узлах трения может применяться смазочный материал с элементами удержания последнего в зоне контакта, а также антифрикционные и противоизносные напыления.
Также для увеличения срока службы шарнир равных угловых скоростей может быть защищен от попадания в него посторонних предметов, что достигается любым известным в технике способом.
На фиг. 1 изображена диаграмма траектории движения паза относительно пальца.
На фиг. 2 изображен шарнир равных угловых скоростей в разрезе в варианте шлицевого соединения кулачков между собой и винтовым соединением вкладышей с торцевой поверхностью полумуфт.
На фиг. 2 обозначены: 1.1, 1.2 - полумуфты с посадочным отверстием, 2.1, 2.2 - кулачки, 3 - пальцы, 4.1, 4.2 - вкладыши, 5 - отверстия, 6 - пазы, 7.1, 7.2 - хвостовики.
Назначения элементов ясны из их названия.
Сборка шарнира равных угловых скоростей производится следующим образом.
В отверстия 5 полумуфты с посадочным отверстием 1.1 устанавливаются пальцы 3. Затем в полумуфту с посадочным отверстием 1.1 устанавливается кулачок 2.1 так, чтобы пальцы 3 входили в пазы 6. Далее на торцевую поверхность полумуфты с посадочным отверстием 1.1 крепится вкладыш 4.1.
Далее в отверстия 5 полумуфты с посадочным отверстием 1.2 устанавливаются пальцы 3. Затем в полумуфту с посадочным отверстием 1.2 устанавливается кулачок 2.1 так, чтобы пальцы 3 входили в пазы 6. Затем на торцевую поверхность полумуфты с посадочным отверстием 2.1 крепится вкладыш 4.2.
И в итоге кулачки 2.1 и 2.2 соединяются хвостовиками 7.1 и 7.2.
Шарнир равных угловых скоростей работает следующим образом.
Вращение от полумуфты с посадочным отверстием 1.1 передается на кулачок 2.1. При этом посредством пальцев 3 и пазов 6 удерживается вращение кулачка 2.1 и полумуфты с посадочным отверстием 1.1 в одной плоскости, а с помощью вкладыша 4.1 не допускается выскакивания кулачка 2.1 из полумуфты с посадочным отверстием 1.1.
Кулачок 2.1 соединен с возможностью разъема с кулачком 2.2 при помощи хвостовиков 7.1 и 7.2. и передает вращение на полумуфту с посадочным отверстием 1.2. При этом посредством пальцев 3 и пазов 6 удерживается вращения кулачка 2.2 и полумуфты с посадочным отверстием 1.2 в одной плоскости, а с помощью вкладыша 4.2 не допускается выскакивания кулачка 2.2 из полумуфты с посадочным отверстием 1.2.