ШАРНИР РАВНЫХ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а именно к невыключаемым муфтам для передачи вращательного движения, допускающим возможность углового относительного перемещения соединяемых деталей и может быть применено в трансмиссионных валах, передающих крутящий момент от силового агрегата транспортного средства к движителю.
Известен шарнир, патент США №2838919, НКИ 464-145, который содержит корпус, выполненный за одно целое с валом и имеющий полость со сферической поверхностью, разделенной шестью меридиональными канавками с профилем в виде части эллипса, имеющими постоянную кривизну вдоль корпуса, обойму со сферической наружной поверхностью, разделенной шестью меридиональными канавками такого же указанного профиля, имеющими постоянную кривизну вдоль обоймы, шесть шариков, размещенных в сепараторе и в указанных меридиональных канавках. Радиус поперечной кривизны меридиональных канавок в корпусе и обойме равен 1,02 радиуса шариков или 0,51 их диаметра.
Недостатками данного технического решения являются: шариков шарнира находятся в очень стесненном положении в меридиональных канавках корпуса и обоймы, что может приводить к их заклиниванию между корпусом, обоймой и сепаратором - это происходит из-за не достаточно оптимального соотношения между радиусом поперечной кривизны меридиональных канавок корпуса и обоймы и диаметром шариков (указанного в этом решении); недостаточно реализуемая несущая способность шарнира при указанных в данном решении его размерах (габаритах), а следовательно и массе.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является шарнир, свидетельство на полезную модель РФ N 37166, МПК 7 F16D 3/22, публикация 10.04.2004 г., содержащий корпус, выполненный за одно целое с валом и имеющий полость со сферической поверхностью, разделенной шестью меридиональными канавками, имеющими постоянную кривизну вдоль корпуса, обойму со сферической наружной поверхностью, разделенной шестью меридиональными канавками, имеющими постоянную кривизну вдоль обоймы, шесть шариков, размещенных в сепараторе и в указанных меридиональных канавках, которые имеют профиль части эллипса с эксцентриситетом в пределах 0,275-0,3, при этом радиус поперечной кривизны дорожек качения шариков в канавках корпуса и обоймы составляет 0,52-0,53 диаметра шариков.
В данном техническом решении в определенной степени решена проблема возможности заклинивания шариков шарнира между его корпусом, обоймой и сепаратором, но несущая способность шарнира при показанных его размерах (габаритах), а следовательно и массе, недостаточно реализована, т.е. неоправданно мала из-за недостаточной прогрессивности, т.е. из-за недостаточной взаимной оптимизации пропорций размеров его сопряженных составляющих деталей.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является создание конструкции шарнира равных угловых скоростей с улучшенными техническими характеристиками, а именно, с повышенной грузоподъемностью (или со сниженной массой и уменьшенными габаритами при сохранении той же грузоподъемности).
Указанный технический результат достигается тем, что в шарнире равных угловых скоростей содержащим корпус с валом и имеющим полость со сферической поверхностью, разделенной меридиональными канавками, имеющими постоянную кривизну вдоль корпуса, обойму со сферической наружной поверхностью, разделенной меридиональными канавками, имеющими постоянную кривизну вдоль обоймы, шарики, размещенные в окнах сепаратора и в указанных меридиональных канавках, которые имеют профиль части эллипса с эксцентриситетом,
согласно полезной модели, он (шарнир) выполнен с восемью шариками и с соответствующим количеством меридиональных канавок в корпусе, обойме и соответствующим количеством окон в сепараторе, причем отношение диаметра сферической поверхности корпуса к диаметру шариков находится в пределах 4,1÷4,3, отношение радиуса продольной кривизны дна меридиональных канавок в корпусе к диаметру шариков - в пределах 2,38÷2,45, отношение диаметра наружной сферической поверхности обоймы к диаметру шариков - в пределах 3,6÷3,7, отношение радиуса продольной кривизны дна меридиональных канавок в обойме к диаметру шариков - в пределах 1,3÷1,48, отношение расстояния от центров продольной кривизны меридиональных канавок в корпусе и обойме до центра кривизны сферических поверхностей к диаметру шариков - в пределах 0,17÷0,22.
В частном случае, эксцентриситет части эллипса профиля меридиональных канавок корпуса и обоймы шарнира составляет 0,03÷0,04, а радиус поперечной кривизны дорожек качения шариков в канавках корпуса и обоймы составляет 0,51÷0,53 диаметра шариков.
В частном случае, в поперечном сечении сепаратора шарнира по центру кривизны его наружной и внутренней сферических поверхностей, по меньшей мере, в двух его диаметрально противоположных окнах расстояние от перемычки до перемычки превышает расстояние между торцами обоймы.
В частном случае, корпус шарнира неразъемно соединен с валом посредством сварочного шва.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Предложенное техническое решение промышленно применимо, так как может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Сущность полезной модели поясняется на чертежах:
Фиг. 1. - шарнир равных угловых скоростей, общий вид;
Фиг. 2. - корпус шарнира равных угловых скоростей, разрез А-А, вид Б;
Фиг. 3. - обойма шарнира равных угловых скоростей, разрез В-В, вид Г;
Фиг.4. - сепаратор шарнира равных угловых скоростей, разрез Д-Д, разрез Е-Е;
Фиг. 5. - вид Ж и вид З на фиг 4;
Фиг. 6. - упрощенная схема работы шарнира равных угловых скоростей, общий вид (разрез по продольной оси).
Шарнир равных угловых скоростей состоит из корпуса 1, обоймы 2 и шариков 3, расположенных в сепараторе 4. Корпус 1 неразъемно соединен с валом 5 посредством сварочного шва. В корпусе 1 имеется полость 6 со сферической поверхностью 7, разделенной меридиональными канавками 8, имеющими переменную глубину, уменьшающуюся от торца 9 корпуса 1 в сторону вала 5. Дно 10 меридиональных канавок 8 имеет постоянную кривизну вдоль корпуса 1 от его торца 9 до конца канавок внутри его полости 6. Причем центр 11 кривизны дна 10 канавок 8 смещен в сторону торца 9 корпуса 1 от центра 12 кривизны сферической поверхности 7 корпуса 1.
Обойма 2 имеет сферическую наружную поверхность 13, разделенную меридиональными канавками 14. Дно 15 меридиональных канавок 14 имеет постоянную кривизну вдоль обоймы 2 от ее первого торца 16 до второго торца 17. Причем центр 18 кривизны дна 15 канавок 14 обоймы 2 смещен в сторону второго ее торца 17 от центра 19 кривизны ее сферической наружной поверхности 13 (см. фиг. 3). Внутри обоймы 2 выполнено шлицевое отверстие 20.
Сепаратор 4 имеет наружную и внутреннюю сферические поверхности соответственно 21 и 22. В сепараторе 4 сделаны окна 23 для размещения шариков 3, расположенные в одной плоскости. Окна 23 разделены между собой перемычками 24.
Шарики 3 расположены в канавках 8 корпуса 1 и в канавках 14 обоймы 2 с весьма малым зазором. Канавки 8 имеют профиль 25 в виде части эллипса с эксцентриситетом «H».
1
1
2
2
Шарнир равных угловых скоростей выполнен с восемью шариками 3 и с соответствующим количеством меридиональных канавок 8 и 14 в корпусе 1, обойме 2 и соответствующим количеством окон 23 в сепараторе 4, причем отношение диаметра «D» сферической поверхности 7 корпуса 1 к диаметру «d» шариков 3 находится в пределах 4,1÷4,3, отношение радиуса «R» продольной кривизны дна 10 меридиональных канавок 8 в корпусе 1 к диаметру «d» шариков 3 - в пределах 2,38÷2,45, отношение диаметра «D» наружной сферической поверхности 13 обоймы 2 к диаметру «d» шариков 3 - в пределах 3,6÷3,7, отношение радиуса «R» продольной кривизны дна 15 меридиональных канавок 14 в обойме 2 к диаметру «d» шариков 3 - в пределах 1,3÷1,48, отношение расстояния «L» от центров 11 и 18 продольной кривизны меридиональных канавок 8 и 14 в корпусе 1 и обойме 2 до центра 12 (центра 19) кривизны сферических поверхностей (сферической поверхности 7 корпуса 1, сферической наружной поверхности 13 обоймы 2) к диаметру «d» шариков 3 - в пределах 0,17÷0,22.
3
В частном случае выполнения, эксцентриситет «H» части эллипса профиля 25 меридиональных канавок 8 и 14 корпуса 1 и обоймы 2 составляет 0,03÷0,04, а радиус «R» поперечной кривизны дорожек качения шаров в канавках корпуса и обоймы составляет 0,51÷0,53 диаметра «d» шариков 3.
В частном случае выполнения, в поперечном сечении сепаратора 4 по центру 26 кривизны его наружной 21 и внутренней 22 сферических поверхностей по меньшей мере в двух его диаметрально противоположных окнах 23 расстояние «S» от перемычки 24 до перемычки 24 превышает расстояние «N» между первым 16 и вторым 17 торцами обоймы 2.
Сборка шарнира осуществляется следующим образом.
На первом этапе осуществляется подсборка сепаратора 4 с обоймой 2. Обойму 2 располагают соосно сепаратору 4, потом обойму 2 поворачивают поперечно (близко к перпендикулярному расположению) относительно сепаратора 4 таким образом, что два диаметрально противоположных окна 23 сепаратора 4 с расстоянием «S» от перемычки 24 до перемычки 24 располагаются напротив двух диаметрально противоположных выступа обоймы 2, расположенных между ее меридиональными канавками 14, и далее по продольной оси сепаратора 4 заводят в него обойму 2, которая свободно входит в сепаратор 4 благодаря выполнению его двух диаметрально противоположных окон 23 с расстоянием «S» от его перемычки 24 до перемычки 24 превышающим расстояние «N» между первым 16 и вторым 17 торцами обоймы 2, а затем, обойму 2 поворачивают относительно сепаратора 4 на прямой угол до совпадения их продольных осей.
Далее подсборку сепаратора 4 с обоймой 2 устанавливают в корпус 1, а затем в окна 23 сепаратора 4 устанавливают шарики 3 заводя их в его меридиональные канавки 8 корпуса 1 и меридиональные канавками 14 обоймы 2.
Затем в корпус 1 шарнира набивается смазка.
Далее в шлицевое отверстие 20 обоймы 2 вставляется и фиксируется вал 27, на который предварительно закрепляется установочным участком малого диаметра защитный чехол (на фигурах не показан), который затем закрепляется установочным участком большего диаметра на корпусе 1.
Работа конструкции шарнира в эксплуатации заключается в следующем.
Например, собранный шарнир используется в поворотном кулаке ведущего моста для привода управляемого колеса транспортного средства, вставленный и зафиксированный в обойме 2 шарнира вал 27 является осью колеса (см. фиг. 6).
При угловом смещении, то есть при наклоне вала 5 относительно вала 27, шарики 3, которые расположены в плоскости осей валов 5 и 27 или около этой плоскости, выдавливаются криволинейными поверхностями меридиональных канавок 8 и 14 соответственно корпуса 1 и обоймы 14 в биссекторную плоскость, делящую угол между валами 5 и 27 пополам. Шарики 3 передвигаясь вдоль канавок 8 в корпусе 1 и канавок 14 в обойме 2, наклоняют сепаратор 4, который обеспечивает размещение всех шариков 3 в биссекторной плоскости. Передача через шарнир поворотного момента происходит шариками 3 путем их взаимодействия с поверхностями меридиональных канавок 8 и 14 корпуса 1 и обоймы 2.
3
Заявляемый шарнир, в частном случае выполнения, за счет выполнения меридиональных канавок 8 и 14 корпуса 1 и обоймы 2 с эксцентриситетом «H» части эллипса их профиля 25 в пределах 0,03÷0,04 и образующих для шариков 3 дорожки качения с увеличенным радиусом «R» поперечной кривизны, находящимся в пределах 0,51÷0,53 диаметра «а» шаров, вследствие менее стесненного положения каждого шарика 3 обеспечивает плавную передачу усилий (т.е. обеспечивается плавная работа шарнира).
В результате выполнения шарнира равных угловых скоростей с восемью шариками и с соответствующим количеством меридиональных канавок в корпусе, обойме и соответствующим количеством окон в сепараторе, причем отношение диаметра сферической поверхности корпуса к диаметру шариков находится в пределах 4,1÷4,3, отношение радиуса продольной кривизны дна меридиональных канавок в корпусе к диаметру шариков - в пределах 2,38÷2,45, отношение диаметра наружной сферической поверхности обоймы к диаметру шариков - в пределах 3,6÷3,7, отношение радиуса продольной кривизны дна меридиональных канавок в обойме к диаметру шариков - в пределах 1,3÷1,48, отношение расстояния от центров продольной кривизны меридиональных канавок в корпусе и обойме до центра кривизны сферических поверхностей к диаметру шариков - в пределах 0,17÷0,22, - технический результат, в заявляемом техническом решении шарнира равных угловых скоростей, заключающийся в создании конструкции шарнира равных угловых скоростей с улучшенными техническими характеристиками, а именно, с повышенной грузоподъемностью (или со сниженной массой и уменьшенными габаритами при сохранении той же грузоподъемности), достигается.