ДВОЙНОЙ КАРДАННЫЙ ШАРНИР С ВНУТРЕННЕЙ ОПОРОЙ
DOUBLE UNIVERSAL JOINT WITH INTERNAL SUPPORT

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в транспортных средствах.
Известен двойной универсальный шарнир кардана, содержащий двойную вилку, две крестовины с игольчатыми подшипниками, одна из которых взаимодействует двумя шипами с отверстиями двойной вилки и двумя шипами - с внешней вилкой, выполненной со стержнем, вторая крестовина взаимодействует двумя шипами с отверстиями двойной вилки и двумя шипами с другой внешней вилкой, имеющей прилив с полостью в виде полусферы, в которой расположен шарик, в отверстие которого входит стержень внешней вилки, при этом в отверстии шарика установлена втулка подшипника скольжения с отверстиями для смазки, а на внешней поверхности шарика выполнена, как минимум, одна выемка (см. патент ЕР №1350973, МПК F16C 11/06; F16D 3/32, опубл. 08.10.2003).
Недостатками известной конструкции являются возможность выпадения шарика из сферической полости вилки при работе шарнира, т.е. когда между вилками шарнира меняется угол, а также повышенный износ из-за неплотного прилегания шарика к сферической поверхности полости вилки.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является двойной карданный шарнир с внутренней опорой, содержащий двойную вилку, две крестовины с игольчатыми подшипниками, одна из которых взаимодействует двумя шипами с отверстиями двойной вилки и двумя шипами - с внешней вилкой, выполненной со стержнем, вторая крестовина взаимодействует двумя шипами с отверстиями двойной вилки и двумя шипами с другой внешней вилкой, имеющей прилив с полостью в виде полусферы, в которой расположен шарик, в отверстие которого входит стержень внешней вилки, причем шарик имеет фиксирующий элемент, содержащий опорное кольцо, закрепленное в отверстии шарика, на которое установлена пружина, входящая в отверстие стержня, тем самым фиксируя шарик относительно сферической поверхности полости вилки, не позволяя шарику выпадать из сферической полости вилки (см. патент DE №102005053362, МПК F16D 3/32, опубл. 16.05.2007).
Недостатком известной конструкции является повышенный износ сферических поверхностей полости вилки и шарика из-за постоянного поджатия пружиной шарика к сферической поверхности. Вследствие этого в соединении появляются зазоры и задиры, что приводит к нарушению кинематики шарнира и возможной поломке.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение эксплуатационной надежности и долговечности двойного карданного шарнира путем устранения повышенного износа сферических поверхностей полости вилки и шарика. При решении данной задачи существуют следующие противоречия.
Для устранения повышенного износа сферических поверхностей вилки и шарика необходимо устранить постоянное поджатие шарика к сферической поверхности полости вилки. Это можно осуществить следующим образом:
- убрать пружину, но тогда появляется возможность выпадения шарика из сферической полости вилки в случае, когда между вилками шарнира меняется угол;
- вместо пружины продлить сферическую поверхность полусферы, но в этом случае невозможно установить шарик, так как диаметр шарика больше, чем проходное отверстие продленной сферы.
Для решения поставленной задачи в двойном карданном шарнире с внутренней опорой, содержащем двойную вилку, две крестовины с игольчатыми подшипниками, одна из которых взаимодействует двумя шипами с отверстиями двойной вилки и двумя шипами - с внешней вилкой, выполненной со стержнем, а вторая крестовина взаимодействует двумя шипами с отверстиями двойной вилки и двумя шипами с другой внешней вилкой, имеющей прилив с полостью в виде полусферы, в которой расположен шарик, в отверстие которого входит стержень внешней вилки, причем шарик имеет фиксирующий элемент, на приливе внешней вилки с двух диаметрально противоположных сторон выполнены соединенные между собой продольный и поперечный пазы, а фиксирующий элемент шарика выполнен в виде установленной на торце прилива шайбы с лапками, отогнутые концы которых зафиксированы в упомянутых поперечных пазах, при этом по контуру отверстия шайбы выполнен кольцевой буртик с внутренней сферической поверхностью, контактирующей с шариком, кроме того, фиксирующая шайба изготовлена из пружинной стали, а продольный паз прилива внешней вилки расположен под углом к оси вилки.
Отличительные признаки, заключающиеся в том, что на приливе внешней вилки с двух диаметрально противоположных сторон выполнены соединенные между собой продольный и поперечный пазы, а фиксирующий элемент шарика выполнен в виде установленной на торце прилива шайбы с лапками, отогнутые концы которых зафиксированы в упомянутых поперечных пазах, при этом по контуру отверстия шайбы выполнен кольцевой буртик с внутренней сферической поверхностью, контактирующей с шариком, кроме того, фиксирующая шайба выполнена из пружинной стали, а продольный паз прилива внешней вилки расположен под углом к оси вилки, позволили обеспечить надежную фиксацию шарика в сферической полости вилки, но при этом исключить постоянное поджатие шарика к сферической поверхности полости вилки и тем самым устранить повышенный износ сферических поверхностей вилки и шарика. В результате повысились эксплуатационная надежность и долговечность двойного карданного шарнира в целом. Кроме того, расположение продольных пазов прилива внешней вилки под углом к оси вилки позволило получить дополнительный технический результат, заключающийся в удобстве при сборке.
Таким образом, было разрешено вышеуказанное противоречие и обеспечен заявленный технический результат, заключающийся в повышении эксплуатационной надежности и долговечности двойного карданного шарнира путем устранения повышенного износа сферических поверхностей вилки и шарика.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
фиг.1 - двойной карданный шарнир с внутренней опорой в разрезе;
фиг.2 - показан вид на прилив внешней вилки;
фиг.3 - изображена фиксирующая шайба.
Двойной карданный шарнир с внутренней опорой содержит двойную вилку 1, две крестовины 2 и 3 с игольчатыми подшипниками 4. Обе крестовины 2 и 3 двумя шипами 5 взаимодействуют с отверстиями двойной вилки 1. Другими двумя шипами 6 крестовины 2 и 3 взаимодействуют с внешними вилками 7 и 8 соответственно.
Вилка 7 выполнена со стержнем 9, а вилка 8 имеет прилив 10 с полостью 11 в виде полусферы, в которой расположен шарик 12. Шарик 12 выполнен с отверстием, в которое входит стержень 9 вилки 7.
На приливе 10 вилки 8 с двух диаметрально противоположных сторон выполнены соединенные между собой продольный паз 13 и поперечный паз 14. Продольный паз 13 расположен под углом к оси вилки 8.
Шайба 15 имеет плоскую поверхность 16, прилегающую к торцевой поверхности прилива 10, а по контуру отверстия шайбы выполнен кольцевой буртик 17, внутренняя поверхность которого выполнена сферической и контактирует с шариком 12. Шайба 15 с двух диаметрально противоположных сторон имеет лапки 18, отогнутые концы 19 которых зафиксированы в пазах 14. Шайба 15 изготовлена из пружинной стали.
Двойной карданный шарнир собирают следующим образом.
Предварительно в сферическую полость 11 вилки 8 устанавливается шарик 12. Далее на прилив 10 вилки 8 устанавливается шайба 15, при этом лапки 18 входят в продольные пазы 13, а затем защелкиваются отогнутыми концами 19 в поперечные пазы 14. Легкость сборки осуществляется благодаря наклону продольных пазов 13 и упругим свойствам материала шайбы 15. Затем внешние вилки 7 и 8 собираются с крестовинами 2 и 3 и устанавливаются в двойную вилку 1 так, чтобы стержень 9 вилки 7 вошел в отверстие шарика 12. После этого на крестовины 2 и 3 через отверстия внешних вилок 7 и 8 и отверстия двойной вилки 1 напрессовываются игольчатые подшипники 4.
Работа двойного карданного шарнира происходит следующим образом.
При изменении угла между внешними вилками 7 и 8 стержень 9 перемещается в осевом направлении в отверстии шарика 12. Шарик 12, поворачиваясь в сферической полости 11 прилива 10, стремится при малых и первоначальных углах выйти из сферической полости 11, а шайба 15 сферической поверхностью буртика 17 воздействует на сферическую поверхность шарика 12, препятствуя выпадению шарика 12 из сферической полости 11. Вследствие того, что между шариком 12 и сферической поверхностью полости 11 не происходит постоянного сильного воздействия, то в соединении отсутствуют зазоры и задиры, приводящие к нарушению кинематики шарнира и возможной поломке.
Заявляемое техническое решение позволяет повысить эксплуатационную надежность и долговечность двойного карданного шарнира с внутренней опорой.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании.