ШАРНИР РАВНЫХ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ

Решение относится к механике, общему машиностроению, невыключаемым муфтам передачи вращательного движения, допускающим возможность относительного перемещения соединяемых деталей, а именно к универсальным соединениям и прежде всего к тем, в которых одна полумуфта входит в другую и соединена с ней катящимися элементами, имеющим возможность перемещения по канавкам, оси которых расположены на цилиндрических поверхностях.
Обширна сфера применения невыключаемых муфт. Широко известны шарниры равных угловых скоростей (см. например Проектирование полноприводных колесных машин, т.2., стр.133-М. Издательство МГТУ имени Н.Э.Баумана). Среди них заметное место занимают шариковые шарниры.
Многие разработчики относят свои объекты к универсальным шарнирам равных угловых скоростей.
В документе FR2899660 описан шарнир равных угловых скоростей без зазора, в ЕР 1867885 приведен универсальный шарнир равных угловых скоростей с пересекающимися канавками качения, в GB2444877 приведен шариковый шарнир равных угловых скоростей. Еще сложнее выполнен универсальный шариковый шарнир по US7396285. Он имеет рабочую канавку с точкой перегиба.
Предполагается, что универсальный шариковый шарнир по US7448952 передает меньшие осевые нагрузки, а универсальный шариковый шарнир по ЕР2014941 имеет зафиксированный центральный участок. Безусловно, от каждого элемента шарнира и способа его изготовления зависит работоспособность универсального шарнира равных угловых скоростей, что и нашло отражение в документах US7637819, ЕР2143964, а также JP4401745.
Во многих случаях может найти применение скользящий универсальный шариковый шарнир по US7431653. Желательно, чтобы при функционировании шарнира равных угловых скоростей в его полумуфтах происходило качение шариков. Предполагается, что это обеспечивает универсальный шарнир равных угловых скоростей со встречными дорожками качения для больших углов сгиба по RU2324084, и что этому способствует выполнение внутренних элементов универсального шарнира равных угловых скоростей по WO2010022760 и WO2010022761, а также сепаратора и сферической обоймы по US7666102 и ЕР2180202 соответственно.
Скольжению и качению шариков способствует выполнение полумуфт со средними линиями канавок каждой из них, расположенными на цилиндре, коаксиальном соответствующей полумуфте и их телескопическое соединение. Примером тому служат универсальные шарниры равных угловых скоростей скользящего типа по WO2007034776 и ЕР1806513.
Приведенные выше объекты являются невыключаемыми муфтами передачи вращательного движения, в которых одна полумуфта входит в другую и соединена с ней катящимися элементами, имеющими возможность перемещения по канавкам. В некоторых случаях предусмотрено выполнение полумуфт со средними линиями канавок каждой из них, расположенными на цилиндре, коаксиальном соответствующей полумуфте и их телескопическое соединение.
Несмотря на их многообразие, нет простой и надежной конструкции шарнира равных угловых скоростей, требующей малых затрат на их производство, способной работать на больших оборотах и передавать крутящий момент под значительным углом.
Известен скользящий универсальный шарнир равных угловых скоростей по ЕР1845274 с выполнением полумуфт со средними линиями канавок каждой из них, расположенными на цилиндре, коаксиальном соответствующей полумуфте и их телескопическое соединение, а также его модификация по ЕР2105621. Эти шарниры содержат полумуфты с аксиально-расположенными дорожками качения и сепаратор, имеющий сферические поверхности, в окнах которого размещены шарики, контактирующие с поверхностями дорожек качения. Их внутренняя полумуфта выполнена со сферической поверхностью, контактирующей с внутренней поверхностью сепаратора. Сферическая поверхность внутренней полумуфты ограничена ее торцами, которые размещены внутри наружной полумуфты. Эти шарниры относятся к группе нескоростных, способных передавать большие крутящие моменты на не больших оборотах, т.к. площадь контакта сферической части внутренней полумуфты и сепаратора довольно большая. Сложнее этих шарниров - шарнир равных угловых скоростей по RU2098679. Этот шарнир равных угловых скоростей оснащен управляющей втулкой, что нисколько не упрощает ее конструкцию и безусловно не повышает надежность. Расположение этой втулки на валу за пределами дорожек качения неблагоприятно скажется на работоспособности шарнира как из-за сокращения их протяженности, так и скольжения («ерзания») втулки по валу. С увеличением частоты вращения вала такое «ерзание» может привести к возникновению шума, обнаруживающего непроизводительные затраты при функционировании.
Известен принятый за прототип шарнир равных угловых скоростей по RU2172874, содержащий полумуфты с аксиально расположенными дорожками качения и сепаратор, в окнах которого размещены шарики, контактирующие с поверхностями дорожек качения. Этот шарнир имеет установленную на валу с возможностью скольжения управляющую втулку. Втулка выполнена с несимметричной сферической поверхностью, по наружному диаметру контактирующей с внутренней поверхностью сепаратора и плоскостью, контактирующей с внутренней полумуфтой.
В этой конструкции был решен вопрос снижения температуры разогрева шарнира равных угловых скоростей, но шарнир приобрел возможность повышенного шума из-за ударов внутренней части полумуфты по плоскости управляющей втулки, которая в свою очередь может ударяться о торец вала. При этом не могло произойти повышения надежности шарнира равных угловых скоростей из-за затрудненности смазывания внутренней сферической поверхности сепаратора и наружной поверхности сферы делительной втулки.
Признаками прототипа, совпадающими с заявляемым устройством, являются: наличие корпуса, имеющего дорожки качения на внутренней цилиндрической поверхности; расположенный внутри корпуса вал с дорожками качения, выполненными на одном из его участков; наличие шариков в окнах сепаратора; наличие на наружной поверхности сепаратора сферического участка, контактирующего с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса.
Задачей полезной модели является создание простой и надежной конструкции шарнира равных угловых скоростей при минимальных затратах на его производство.
Технический результат заключается в упрощении конструкции шарнира равных угловых скоростей, повышении надежности шарнира с пониженным уровнем вибрации и шума. Технический результат достигается за счет рационального взаимного расположения элементов шарнира и прежде всего корпуса и обоймы, являющимися его полумуфтами.
Для этого в шарнире равных угловых скоростей, содержащем полумуфты с аксиально расположенными дорожками качения и сепаратор, в окнах которого размещены шарики, контактирующие с поверхностями дорожек качения полумуфт, на внутренней полумуфте выполнен участок со сферической выпуклой поверхностью, контактирующей с аналогичной внутренней вогнутой поверхностью сепаратора.
Выполнение на внутренней полумуфте участка со сферической поверхностью, контактирующей с внутренней поверхностью сепаратора, в шарнире равных угловых скоростей, содержащем полумуфты с аксиально расположенными дорожками качения и сепаратор, в окнах которого размещены шарики, контактирующие с поверхностями дорожек качения полумуфт, приведет к упрощению шарнира с увеличением надежности его функционирования при сокращении затрат на изготовление, из-за рационального выполнения и расположения основных элементов шарнира равных угловых скоростей.
Тем самым будет достигнут технический эффект создания простой, требующей малых затрат в производстве, и надежной конструкции шарнира с пониженным уровнем вибрации и шума.
Обеспечению этого эффекта способствует то, что участок со сферической поверхностью, контактирующий с внутренней поверхностью сепаратора, выполнен между цилиндрической поверхностью внутренней полумуфты и ее торцом, что благоприятно сказывается на динамике их взаимодействия.
Для расширения функциональных возможностей шарнира торец внутренней полумуфты размещен в одной плоскости с торцом сепаратора, что позволяет изменять угол ведомого и ведущего звеньев в широких пределах.
Изображено на:
Фиг.1 - шарнир;
Фиг.2 - корпус с торца;
Фиг.3 - обойма с торца;
Фиг.4 - сепаратор;
Фиг.5 - обойма по А-А;
Шарнир равных угловых скоростей содержит корпус 1 (фиг.1) и обойму 2, которые являются его наружной и внутренней полумуфтами соответственно. В корпусе 1 и обойме 2, выполнены дорожки качения 3 и 4 (фиг.2, 3). Дорожки качения 3 и 4 расположены аксиально, т.е. параллельно осям корпуса 5 и обоймы 6 соответственно. Шарнир содержит сепаратор 7 (фиг.4). В окнах 8 сепаратора 7 размещены шарики 9, которые контактируют с дорожками качения 3 и 4.
На внутренней полумуфте выполнен участок 10 (фиг.5) с выпуклой сферической поверхностью 11, которая контактирует с вогнутой внутренней поверхностью 12 сепаратора 7.
Выполнение на внутренней полумуфте участка 10 со сферической поверхностью 11, контактирующей с внутренней поверхностью 12 сепаратора 7 шарнира равных угловых скоростей, содержащего полумуфты 1 и 2 с аксиально расположенными дорожками качения 3 и 4 и сепаратора 7, в окнах 8 которого размещены шарики 9, контактирующие с поверхностями дорожек качения 3 и 4, позволит достичь технического эффекта по упрощению его конструкции, повышению надежности, функциональности при снижении затрат на его производство.
На сепараторе 7 выполнена сферическая поверхность 13, контактирующая с поверхностью 14 корпуса 1. Центры 15 и 16 поверхностей 12 и 13 расположены на одинаковом расстоянии 17 и 18 от плоскости 19, проходящей через середину окон 8 сепаратора 7. Обойма 2 имеет участок 20 с цилиндрической поверхностью, а участок 10 выполнен между ней и торцом 21. Поскольку участок 10 со сферической поверхностью 11, контактирующий с внутренней поверхностью 12 сепаратора 7, выполнен между цилиндрической поверхностью внутренней полумуфты 2 и ее торцом 21, динамика взаимодействия шариков 9 с обоймой 2 улучшается, что приводит к повышению надежности шарнира.
Торец 21 при коаксиальном расположении полумуфт 1 и 2 в статике размещен в плоскости торцов 22 и 23 сепаратора 7 и корпуса 1.
Все это позволяет шарниру надежно раскрываться на большие углы, при этом конструкция шарнира проста.
Для того, чтобы шарнир во время работы не имел возможности разбора в корпусе 1, предусмотрена канавка 24, в которую вставлено пружинное кольцо 25.
Функционирует шарнир так.
При приложении вращающегося момента к корпусу 1 шарики 9 взаимодействует с ним и обоймой 2, что приводит ее во вращение. Этот шарнир допускает осевое смещение корпуса 1 и обоймы 2. Кроме того, он позволяет корпусу 1 и обойме 2 изменять их угловое положение. Это осуществляется за счет того, что участок 10 со сферической поверхностью 11 на обойме 2 непосредственно контактирует с внутренней поверхностью 12 сепаратора. Из-за фиксации обоймы 2 и сепаратора 7 исключено соударение составных его частей, что привело к устранению шума и вибрации при работе шарнира.
Выполнение на внутренней полумуфте 2 участка 10 со сферической поверхностью 11,которая контактирует с внутренней поверхностью 12 сепаратора 7, в шарнире равных угловых скоростей, содержащем полумуфты 1 и 2 с аксиально расположенными дорожками качения 3 и 4, сепаратора 7, в окнах которого размещены шарики 9, контактирующие с поверхностями дорожек качения 3 и 4, позволит достичь технического эффекта по упрощению его конструкции и повышению надежности при снижении затрат на его производство.