СФЕРИЧЕСКИЙ ШАРНИР
SPHERICAL HINGE

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к шарнирам, звенья которых имеют возможность совершать угловые относительные перемещения.
Известен сферический шарнир, содержащий наружное звено и расположенное в его полости внутреннее звено, при этом внутреннее звено выполнено со сферическими поверхностями, одна из которых взаимодействует с опорной сферической поверхностью наружного звена, а другая - с замыкающей сферической поверхностью наружного звена (см. авторское свидетельство СССР 1732090, опубл. 07.05.1992).
Недостатками известного шарнира являются увеличенные габариты вдоль взаимодействующих звеньев из-за необходимости включения в шарнир всей поверхности сферы, а также неудобство сборки из-за необходимости выполнения наружного звена из двух частей, стягиваемых между собой при помощи дополнительных крепежных элементов с тарированным моментом затяжки.
Техническим результатом является уменьшение габаритов и массы, а также облегчение сборки и технического обслуживания узла.
Поставленная задача достигается тем, что у сферического шарнира, содержащего охватывающее звено и расположенное в его полости внутреннее звено, при этом внутреннее звено выполнено со сферическими поверхностями, одна из которых взаимодействует с опорной сферической поверхностью охватывающего звена, а другая - с замыкающей сферической поверхностью охватывающего звена, при этом звенья сопряжены с возможностью углового перемещения относительно центра сферической поверхности, согласно изобретению внутреннее звено выполнено в форме части шарового сегмента с двумя концентрично расположенными сферическими поверхностями, опорная и замыкающая поверхности охватывающего звена также выполнены концентричными, при этом центр сфер взаимодействующих между собой поверхностей как внутреннего, так и охватывающего звена расположен вне полости охватывающего звена, охватывающее звено выполнено в виде единой детали с опорной и замыкающей поверхностями, а соединение звеньев выполнено байонетным с соответствующими секторными вырезами и выступами на обоих звеньях.
На фиг.1 показан поперечный размер шарнира.
На фиг.2 - вид на шарнир с разнесенными элементами.
Описываемый шарнир содержит охватывающее звено 1 и расположенное в его полости внутреннее звено 2, которое выполнено со сферическими поверхностями 3 и 4. Поверхность 3 взаимодействует с опорной сферической поверхностью 5 охватывающего звена 1, а поверхность 4 - с замыкающей сферической поверхностью 6 охватывающего звена 1. Звено 2 выполнено в форме части шарового сегмента. Его сферические поверхности 3 и 4 расположены концентрично. Опорная 5 и замыкающая 6 поверхности охватывающего звена 1 также выполнены концентричными. При этом центр сфер взаимодействующих между собой поверхностей 3, 4, 5 и 6 расположен вне полости охватывающего звена 1, в которой расположено звено 2. Охватывающее звено 1 выполнено в виде единой детали, имеющей и опорную и замыкающую поверхности, а соединение звеньев 1 и 2 выполнено байонетным. Для соединения шарнира в звене 1 выполнены секторные вырезы 7 и секторные выступы 8, а в звене 2 - секторные вырезы 9 и секторные выступы 10.
Соединение звеньев осуществляется следующим образом. Секторные выступы 10 звена 2 устанавливают напротив секторных вырезов 7 звена 1 и вдоль продольной оси 11 (на которой находится центр сферических поверхностей 3 и 4) шарнира вводят звено 2 в полость звена 1 с возможностью прохождения выступов 10 в вырезы 7. После доведения сферической поверхности 3 до контакта с опорной сферической поверхностью 5 звено 2 поворачивают вокруг продольной оси 11 шарнира до положения, при котором выступы 8 взаимодействуют с выступами 10, замыкая кинематическую цепь и предотвращая относительное перемещение звеньев 1 и 2 вдоль оси 11.
Относительное перемещение звеньев осуществляется только вокруг центра сфер поверхностей 3, 4, 5 и 6.
Наиболее предпочтительно применение описанного шарнира в качестве компенсатора в соединениях поршней с механизмом преобразования поршневых машин. Наличие компенсатора обеспечивает эффект самоустановки поршня относительно стенок цилиндра независимо от траектории движения узлов механизма, передающих реактивный момент на корпус. По существу, шарнир нивелирует погрешности взаимного положения оси вращения вала и продольной оси цилиндра в тронковых машинах и неточности регулировки углового положения направляющей в крейцкопфных машинах. Наилучший эффект достигается при использовании шарнира в двухтактном двигателе внутреннего сгорания. Так как силы, действующие на поршень в сторону его отрыва от механизма, незначительны во всем скоростном диапазоне работы двигателя, то поверхности 4 и 6 могут иметь минимальную величину, что упрощает изготовление шарнира, а минимальная масса шарнира позволяет увеличить предельное значение частоты вращения вала двигателя.