СДВОЕННЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШАРНИР
BINARY FORK-JOINT

Изобретение относится к сдвоенным универсальным шарнирам сельскохозяйственных и иных машин.
Известены сдвоенные универсальные шарниры для кинематической связи двух валов с пересекающимися осями, например, по ГОСТ 5147-80 [1] с.2, черт.2; из [2] с.45, 46, рис.11.37б) и др.
Недостаток их в том, что сдвоенные универсальные шарниры по [1] и [2] не имеют ограничителя избыточной степени подвижности. Поэтому их невозможно использовать в конструкции карданного вала.
Известен сдвоенный универсальный шарнир, содержащий первый вал и второй вал, которые соединены с промежуточным валом шарнирно посредством крестовин взаимно перпендикулярными осями, причем первый вал и второй вал дополнительно связаны между собой через отверстия в крестовинах ограничителем избыточной степени подвижности с возможностью уравнивать углы отклонения осей вращения первого вала и второго вала от оси вращения промежуточного вала, например, по [2] (с.46, рис.11.37а), который принят за прототип.
Недостаток его в том, что максимальный угол пересечения осей валов этого шарнира не превышает 40 градусов даже при выключенном вращении валов. Поэтому его применение в карданных валах привода трансмиссии сельхозмашины от вала отбора мощности трактора (далее ВОМ) ограничено. В приводе от трактора отечественных сельхозмашин применяют одинарные шарниры [3], для которых допустимо пересечение валов до 90 градусов, но при выключенном вращении вала отбора мощности трактора. Такие углы возможны при развороте в конце рабочего гона прицепной сельхозмашины и при подъеме навесной сельхозмашины в транспортное положение. Кроме того, в сдвоенном универсальном шарнире по [2] с увеличением угла пересечения валов увеличивается неравенство углов между промежуточным и крайними (первым, вторым) валами. Поэтому скорости первого и второго вала все же несколько несинхронны.
Технический результат изобретения - сдвоенный шарнир с возможностью передачи расчетного вращающего момента при пересечении осей его валов под углом до 120 градусов и более, с возможностью использовать его в карданных валах привода сельхозмашины от вала отбора мощности трактора при отклонении ведомого вала карданного вала от ведущего вала карданного вала на угол до 240 градусов и более и не выключать вращение вала отбора мощности трактора на разворотах в конце рабочего гона.
Суть изобретения - сдвоенный универсальный шарнир, содержащий первый вал и второй вал, которые соединены с промежуточным валом шарнирно посредством крестовин взаимно перпендикулярными осями, причем первый вал и второй вал дополнительно связаны между собой через отверстия в крестовинах ограничителем избыточной степени подвижности с возможностью уравнивать углы отклонения осей вращения первого вала и второго вала от оси вращения промежуточного вала, отличающийся тем, что ограничитель избыточной степени подвижности состоит из находящихся во взаимном зацеплении и жестко соединенных с консолью первого вала и второго вала соответственно первой и второй сферических шестерен, каждый зуб которых расположен на сферической поверхности по окружности, симметричной оси вращения вала сферической шестерни, причем на первой сферической шестерне по оси вращения ее вала расположен центральный зуб, поверхность которого симметрична оси вращения первого вала, а на второй сферической шестерне по оси вращения ее вала для входа центрального зуба первой сферической шестерни расположена центральная впадина, поверхность которой симметрична оси вращения второго вала.
Благодаря этому таким сдвоенным универсальным шарниром передают расчетный вращающий момент под углом пересечения его входного и выходного валов до 120 градусов и более, а также используют его в карданных валах сельхозмашины с углом отклонения выходного вала карданного вала от входного до 240 градусов и более и при этом не выключают вращение вала отбора мощности трактора на разворотах в конце рабочего гона.
Устроен сдвоенный универсальный шарнир (далее дубль-шарнир), например, так.
На фиг.1 изображен дубль-шарнир в позиции отклонения осей вращения первого и второго вала от оси вращения промежуточного вала на угол γ=60 градусов. Пунктиром показана соосная позиция первого и второго валов, то есть при взаимном их отклонении на угол γ=0 градусов.
На фиг.2 изображен вид по стрелке А на фиг.1, но в позиции отклонения валов γ=0 градусов.
На фиг.3 изображена схема телескопического карданного вала с дубль-шарнирами при отклонении выходного вала карданного вала от входного вала карданного вала на угол 4 γ=240 градусов.
На фиг.4 изображен дубль-шарнир в позиции отклонения осей вращения первого вала от второго вала на угол γ=45 градусов после поворота валов вокруг осей вращения на 90 градусов от их позиции на фиг.1.
Условные обозначения на фиг.1,2, 3 и 4:
1 - первый вал дубль-шарнира (далее вал),
2 - второй вал дубль-шарнира (далее вал),
3 - сферическая шестерня, жестко соединенная с валом 1 (далее шестерня),
4 - сферическая шестерня, жестко соединенная с валом 2 (далее шестерня),
5 - один из пары соосных шипов на валу 1 (далее шип),
6 - один из пары соосных шипов на валу 2 (далее шип),
7 - крестовина, соединенная с валом 1 шарнирно двумя соосными шипами 5 (далее крестовина),
8 - крестовина, соединенная с валом 2 шарнирно двумя соосными шипами 6 (далее крестовина),
9 - один из пары соосных шипов крестовины 7 (далее шип),
10 - один из пары соосных шипов крестовины 8 (далее шип),
11 - промежуточный вал, выполненный в виде пустотелого цилиндра (далее вал),
12 - ось пары соосных цапф в цилиндрической стенке вала 11 (далее ось),
МП - мгновенный полюс дубль-шарнира.
К консоли вала 1 и к консоли вала 2 прикреплены по шестерне 3 и 4 соответственно. Начальные сферы их зубьев (аналог начальной окружности цилиндрической шестерни) равны между собой. Каждый зуб этой шестерни расположен на сферической поверхности по окружности, симметричной оси вращения ее вала. На шестерне 3 по оси вращения вала 1 расположен центральный зуб, поверхность которого симметрична оси вращения вала 1. На шестерне 4 по оси вращения вала 2 расположена центральная впадина, поверхность которой симметрична оси вращения вала 2 и в которую входит центральный зуб шестерни 3 при соосности валов 1 и 2. Консоль вала 1 имеет два соосных шипа 5. Консоль вала 2 имеет два соосных шипа 6. Оси шипов 5 и 6 перпендикулярны оси вращения вала 1 и вала 2 соответственно. Шипы 5 вала 1 входят подвижно в отверстия цапф крестовины 7. Шипы 6 вала 2 входят подвижно в отверстия цапф крестовины 8. Крестовина 7 и крестовина 8 аналогичны крестовине универсального шарнира по RU 2387890 [4]. Каждая из них имеет центральное отверстие, ось которого проходит через точку пересечения взаимно перпендикулярных осей пары соосных отверстий цапф и пары соосных шипов крестовины и перпендикулярна им. Шипы 9 крестовины 7 и шипы 10 крестовины 8 входят подвижно в отверстия пары соосных цапф в цилиндрической стенке вала 11 и соединяют эти крестовины с валом 11 шарнирно. Вал 11 синхронного дубль-шарнира имеет две пары отверстий соосных цапф с параллельными осями 12, перпендикулярными оси вращения вала 11. Расстояние между параллельными осями цапф равно двум радиусам начальных сфер зубьев шестерен 3 и 4, чтобы шестерни 3 и 4 находились во взаимном зацеплении своими зубьями. Вал 11 асинхронного дубль-шарнира также имеет две пары соосных отверстий цапф, но их оси лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях. Других отличий от синхронного дубль-шарнира у него нет.Такой асинхронный дубль-шарнир можно применить, например, в механизме типа по UA 75431 [5] фиг.3 и в некоторых других устройствах вместо известного сдвоенного универсального шарнира [1] (с.2, черт.2) для циклически неравномерного вращения ведомого вала при равномерном вращении ведущего вала.
Работа описанного выше дубль-шарнира имеет особенность в том, что при вращении вала 1 и вала 2 шестеренями 3 и 4 никакого вращающего момента не передают. Зубья шестерен только взаимно обкатывают: в синхронном дубль-шарнире без относительного скольжения вдоль длины зубьев, а в асинхронном дубль-шарнире обкатывают с циклически неравномерным относительным скольжением. Если поворачивают вращаемый (или невращаемый) вокруг своей оси вращения вал 1 относительно вала 2, то тем самым благодаря зацеплению шестерен 3 и 4 поворачивают и вал 11. При этом углы γ пересечения осей вращения вала 1 и вала 2 с осью вращения вала 11 сохраняют равными между собой. Оси вращения вала 1 и вала 2 пересекаются в мгновенном полюсе МП дубль-шарнира. Работа карданного вала (фиг.3), содержащего дубль-шарниры, отличается от работы карданного вала, содержащего сдвоенные шарниры по [3], существенно большими углами допустимого пересечения входного и выходного валов. Поэтому на развороте в конце рабочего гона машинно-тракторного агрегата с приводом трансмиссии сельхозмашины от ВОМ трактора вращение ВОМа не выключают. Благодаря вращению рабочие органы, например, свеклоуборочной машины на повороте активно очищают от налипшей почвы, зависших сорняков и ботвы. Кроме этого, не требуется включать ВОМ после каждого разворота в конце рабочего гона, так как он выключен. Этим уменьшают число ударов по трансмиссии сельхозмашины, облегчают работу тракториста.
Итак, дубль-шарниром передают расчетный вращающий момент под углом пересечения его входного и выходного валов до 120 градусов и более. Используют его и в карданном вале приема мощности сельхозмашины с углом отклонения выходного вала карданного вала от входного с 0 градусов до 240 и более градусов. Поэтому на развороте в конце рабочего гона ВОМ трактора не выключают. Дубль-шарнир могут использовать также в межузловых карданных валах и самостоятельно в трансмиссии любой машины, например, вместо конического редуктора с передаточным числом, равным единице, а асинхронный дубль-шарнир могут использовать в механизме взаимосвязи поршней [5] и в других устройствах для циклически неравномерного вращения ведомого вала при равномерном вращении ведущего вала.
Источники информации
1. Муфты шарнирные. Основные параметры, конструкция и размеры. ГОСТ 5147-80. Издание официальное. Москва: Издательство стандартов. 14 с.
2. B.C.Поляков и др. Справочник по муфтам. Под ред. B.C.Полякова. 2-е изд. - Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1979, - 344 с.
3. Шарниры карданные для сельскохозяйственных машин. Рабочие чертежи унифицированных конструкций. РТМ - А 23.2.051 - 83. M.: ВИСХОМ. 1985. 36 с.
4. RU 2387890 C1, F16C 11/06, F16C 3/06, F16C 3/30 (2006.01). Описание изобретения к патенту. 5 с. Опубликовано: 27.04.2010 Бюл. №12, 5 с.
5. UA 75431 C2, F02B 77/00. Механiзм взаємозв'язку поршнiв. Опис до патенту на винахiд. 4 арк. Опублiкований 17.04.2006, Бюл. №4, 2006.