ШАРНИРНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
SWIVEL JOINT

Изобретение относится к шарнирному соединению для двух деталей автомобильного сиденья, вращающихся вокруг одной оси относительно друг друга, причем на первой поворотной детали неподвижно зафиксирована первая шестерня, а на второй - вторая шестерня, обе они имеют симметрично направленные зубья, причем первая шестерня входит в зацепление со второй шестерней, имеющей другое количество зубьев, посредством вращающегося механизма обката, через который посредством обкатки первая деталь имеет возможность поворота относительно второй детали.
Известно, что в такого рода шарнирных соединениях первая шестерня располагается концентрично по отношению ко второй шестерне, а разное число зубьев зубчатых венцов первой и второй шестерен размещено коаксиально в одном направлении.
Коаксиально к первой и второй шестерням расположено наклоняемое во все стороны зубчатое кольцо, которое со своим аксиально-направленным зубчатым венцом имеет такое же число зубьев, как и вторая шестерня, а также входит в зацепление с венцами первой и второй шестерен. Из-за того что число зубьев первой шестерни и число зубьев зубчатого кольца различны, последнее входит в зацепление своим зубчатым венцом с зубчатыми венцами первой и второй шестерен только на участке ограниченной зоны. Посредством механизма обката зубчатое кольцо аксиально входит в зубчатые венцы первой и второй шестерен. Благодаря вращению механизма обката частичная зона зацепления перемещается максимум по периметру первой и второй шестерен, вследствие чего происходит относительное вращение обеих шестерен относительно друг друга.
Из описания изобретения к патенту DE 2509074 A1 известно шарнирное соединение, в котором два аксиально направленных в одном направлении зубчатых венца обеих частей соединительного элемента расположены концентрично друг к другу, причем с их зубьями посредством маховика входит в зацепление вращающаяся качающаяся шайба со своим зубчатым венцом, направленным к зубчатым венцам деталей, таким образом, что на участке периметра ее зубчатого венца зубья качающейся шайбы, одновременно входящие в зацепление с обеими зубчатыми венцами деталей соединения, соединяют между собой оба зубчатых венца деталей. Благодаря вращению маховика качающаяся шайба приводится в колебательные движение и перемещает зубчатые венцы деталей с различным числом зубьев относительно друг друга.
Из описания изобретения к патенту GB 1462850 известен механизм для изменения числа оборотов и/или направления оборотов, который имеет две коаксиально размещенные относительно друг друга шестерни с сопряженным зубчатым венцом, причем между обеими шестернями расположено вращающееся качающееся колесо. Наклоненное в противоположную сторону от оси вращения шестерен качающееся колесо с обеих сторон имеет аксиальные зубчатые венцы, которые входят в зацепление посредством диаметрально противолежащих зубчатых венцов шестерен.
Задачей изобретения является создание шарнирного соединения вышеупомянутого типа, которое наряду с простой и компактной конструкцией допускает также большую нагрузку и обеспечивает относительное беспрепятственное вращение шестерен.
Согласно изобретению эта задача была решена за счет того, что первая шестерня и вторая шестерня выполнены с входящими в зацепление зубчатыми венцами и расположены коаксиально на определенном расстоянии между ними, причем на участке между шестернями также коаксиально расположен храповик, который соответственно имеет двухсторонний зубчатый венец со смещенным по обеим его сторонам делением, причем храповик, в частности, плотно входит в зацепление с вращающимся вокруг своей оси механизмом обката, вращаясь и обкатываясь в диаметрально противоположную сторону одной стороной в зубчатом венце первой шестерни и другой стороной в зубчатом венце второй шестерни, причем разность зубьев зубчатого венца первой шестерни по сравнению с сопряженным с ним венцом храповика отличается от разности зубьев зубчатого венца второй шестерни по сравнению с сопряженным с ним венцом храповика, причем первая шестерня и вторая шестерня прилегают к своим аксиально-направленным зонам кольца, расположенным радиально за переделами храповика, сцепленным друг с другом.
Аксиально-направленный зубчатый венец при точном обкатывании зубьев ведет к тому, что зубья в радиальном направлении могут иметь большую ширину, поэтому могут выдерживать высокую нагрузку благодаря распределению по большому сечению. При этом общий размер может оставаться незначительным.
Согласно предлагаемому изобретению, конструкция простым образом и без использования дополнительных деталей обеспечивает защитное разделение области храповика и зубчатых венцов на камеры.
Предпочтительно, чтобы угол зубьев немного превышал угол коэффициента трения для применяемых материалов зубчатой пары. Так как этот угол составляет приблизительно 6-7°, то предпочтительно, чтобы угол зубьев составлял около 9°. Это приводит к тому, что при нагрузке действующие на шестерни аксиальные силы будут находиться в умеренном диапазоне.
При вращении механизма обката происходит вращающееся качание храповика относительно оси, так что обкатывание зубчатых венцов храповика в венцах первой и второй шестерни приводит к относительному поворачиванию шестерен относительно друг друга и, тем самым, также к относительному взаимному наклону отклоняющихся деталей.
Шарнирное соединение может применяться для сидений с регулируемой спинкой, например, в таких транспортных средствах, как автомобиль, а также в самолетах.
На сиденьях такого типа можно производить регулировку высоты, наклона и регулировать профиль спинки для искривленного позвоночника.
Двухсторонние зубчатые венцы храповика имеют преимущественно одинаковое число зубьев и перемещаются друг относительно друга на половину деления.
Если наложение зубьев противолежащих друг к другу зубчатых венцов храповика и первой шестерни и/или противолежащих друг к другу зубчатых венцов храповика и второй шестерни больше 1, то это обеспечивает особо точное взаимное обкатывание зубьев обеих шестерен.
Разность числа зубьев первой или второй шестерни по сравнению с храповиком может равняться «0».
Это означает, что храповик в шестерне, относительно которой разность зубьев равна «0», только обкатывает ее, но не вызывает перемещения.
Если разность числа зубьев второй шестерни или первой шестерни по отношению к храповику составляет «1» или «>1», то шестерня, которая имеет разность зубьев 1 или >1 по отношению к храповику, вызывает перемещение.
Во время движения качания храповик может отклоняться от радиально вращающегося механизма обката и своими зубчатыми венцами, входящими в зацепление с первой и второй шестерней, наклоняться относительно оси.
Храповик при помощи коаксиального отверстия может располагаться в положении свободного вращения на коаксиальной к оси цапфе, при этом храповик может откланяться по отношению к оси за счет качания или отклоняться за счет упругой деформации.
Для обеспечения, по меньшей мере, почти полного взаимного зацепления зубьев храповика с зубьями первой и второй шестерни по всей радиальной длине зуба, зубчатые венцы первой шестерни и/или второй шестерни формируются в соответствии с величиной наклона храповика относительно оси.
Тем самым достигается высокая предельная допускаемая нагрузка зубьев.
Простой конструкции механизма обката способствует то, что механизм обката имеет вращающийся приводной вал, коаксиальный к оси, который имеет два расположенных друг к другу диаметрально противоположно, радиально направленных цепных рычага, которые аксиально прилегают к храповику и через которые храповик подвергается аксиальной наклонной нагрузке.
При этом достигается незначительный аксиальный конструктивный размер, если цепные рычаги в области приводного вала располагаются аксиально эксцентрично по ширине храповика, аксиальное расстояние между радиальными внешними концами цепных рычагов меньше ширины храповика, а храповик размещается между цепными рычагами при помощи своего коаксиального отверстия на приводном валу.
Для достижения эластичного сцепления зубьев между собой цепные рычаги могут упруго изгибаться по своей оси.
Вместо этого или дополнительно цепные рычаги могут в своей радиальной наружной зоне подвергаться пружинной деформации в аксиальном направлении.
Простоте сборки при применении одинаковых деталей способствует то, что приводной вал состоит из двух идентичных полувалов, имеющих цепные рычаги и которые расположены друг на друге в своей плоскости разъема, при этом цепные рычаги в аксиальном направлении смещены относительно друг друга.
Во избежание неправильного монтажа полувалов, они, в частности, могут иметь сквозные аксиальные углубления, которые открыты со стороны плоскости разъема и для полувалов, смонтированных для приводного вала, и образуют кодирующее форму полное сечение.
При этом в кодирующее форму полное сечение может быть введена вращаемая регулировочная цапфа, с помощью которой приводится во вращение приводной вал.
Этот привод механизма поворота может производиться как вручную, так и при помощи двигателя, в частности электродвигателя.
Для управления обеими вращающимися относительно друг друга шестернями аксиально направленная кольцевая часть шестерни может иметь концентрически вращающуюся направленную в сторону другой шестерни открытую кольцевую канавку, в которую входят одна или несколько аксиально выступающих вставок, соответствующих радиальной ширине другой шестерни.
Первая шестерня и/или вторая шестерня предпочтительно зафиксированы с помощью предохранителя от аксиального подъема относительно второй шестерни и/или первой шестерни.
Более детально примеры исполнения изобретения поясняются ниже при помощи рисунков, на которых представлены:
фиг.1 - поперечное сечение первого варианта исполнения шарнирного соединения;
фиг.2а-2е - деталировочное представление в сечении шарнирного соединения согласно фиг.1;
фиг.3 - вид сбоку полувала с цепными рычагами шарнирного соединения согласно фиг.1;
фиг.4 - вид сбоку приводного вала с цепными рычагами второго варианта исполнения шарнирного соединения;
фиг.5 - поперечное сечение приводного вала согласно фиг.1 с храповиком;
фиг.6 - увеличенный фрагмент «А» полувала шарнирного соединения согласно фиг.4;
фиг.7 - вид сверху приводного вала согласно фиг.4;
фиг.8 - вид сверху фрагмента зубчатого венца первой шестерни и направленного к первой шестерне венца храповика шарнирного соединения согласно фиг.1.
Представленное на фигурах шарнирное соединение включает первую шестерню 1 с аксиально направленным венцом 2 и вторую шестерню 3 с аксиально направленным венцом 4, при этом оба венца 2 и 4 расположены аксиально противоположно друг другу и направлены друг к другу, а также предпочтительно выполнены в виде конического зубчатое зацепление. Угол зуба «α» венцов составляет 18°. Обе шестерни 1 и 3 вращаются относительно друг друга вокруг оси 8. В результате этого жестко соединенная с первой шестерней 1 первая поворотная деталь (на фигуре не показана) вращается относительно, жестко соединенной со второй шестерней 3 второй деталью (также на фигуре не показана).
Шестерни 1 и 3 прилегают друг к другу аксиально направленными кольцевыми областями 5 и 6, расположенными радиально вне зубчатых венцов 2 и 4 и направленными друг к другу.
При этом в кольцевой области 5 первой шестерни 1 формируется открытая по направлению к кольцевой области 6 второй шестерни 3 концентрическая относительно оси 8 кольцевая канавка 7, в которую входит выступающий аксиально бурт 9 второй шестерни 3 с соответствующим сечением.
На первой шестерне 1 закреплен съемный предохранительный элемент 10, который охватывает радиально вращающуюся кромку второй шестерни 3.
Диаметрально противоположно к предохранительному элементу 10 на второй шестерне 3 расположен соответствующий съемный предохранительный элемент 11, который охватывает радиально вращающуюся кромку первой шестерни 1. Благодаря предохранительным элементам 10 и 11 исключается аксиальное смещение шестерен 1 и 3 относительно друг друга.
Между радиальными наружными зонами зубчатых венцов 2 и 4 формируется внутренний зазор между обеими шестернями 1 и 3, вследствие чего образуется дископодобная камера 12.
В этой камере 12 коаксиально относительно оси 8 расположен храповик 13, который, преимущественно, с обеих сторон имеет выполненные в виде конического зубчатого зацепления зубчатые венцы 14 и 15. Зубчатые венцы 14 и 15 имеют одинаковое число зубьев и смещены относительно друг друга на половину деления. Они в незначительной мере наклонены к своим радиальным внешним концам по отношению к оси 8.
При этом зубчатый венец 14 храповика 13 расположен в коаксиальном направлении напротив зубчатого венца 2 первой шестерни 1, а зубчатые венец 15 храповика 13 - коаксиально противоположно зубчатом венцу 4 второй шестерни 3. Зубчатые венцы 14 и 15 храповика 13 по своей геометрии выполнены таким образом, что обеспечивается зацепление с противолежащими зубчатыми венцами 2 и 4 первой и второй шестерен 1 и 3.
Зубчатый венец 4 второй шестерни 3 относительно аксиально противоположного зубчатого венца 15 храповика 13 имеет разность зубьев, равную «0», в то время как зубчатый венец 2 первой шестерни 1 относительно противолежащего зубчатого венца 14 храповика 13 имеет разность зубьев, равную «1».
Коаксиально к оси 8 размещен приводной вал 16, состоящий из двух идентичных полувалов 17 и 18, которые имеют соответственно радиально направленный наружу цепной рычаг 19, который, в свою очередь, эксцентрично расположен по длине полувалов 17 и 18.
Оба полувала 17 и 18 прилегают друг к другу по линии разреза 20, при этом цепные рычаги 19 перемещаются аксиально относительно друг друга.
По наружному периметру приводного вала 16 в промежуточном аксиальном пространстве, образованном между цепными рычагами 19, размещен при помощи своего коаксиального отверстия 21 с возможностью свободного вращения храповик 13 с приблизительно одинаковой шириной.
Отходящие аксиально от цепных рычагов 19 зоны приводного вала 16 проходят через соответствующие коаксиальные отверстия опорных узлов 22 и 23 в первой шестерне 1 и второй шестерне 3.
В полувалах 17 и 18 сформированы направленные в сторону плоскости разъема 20 сквозные аксиальные выемки 24, которые в смонтированных полувалах 17 и 18 создают кодирующее форму полное сечение.
В этом полном сечении размещен вал (на фигуре на показан) с соответствующим сечением привода вращения приводного вала 16.
Через коаксиально соединенные друг с другом цепные рычаги 19 в приводе вращения приводного вала 16 по круговой траектории вдоль боковой поверхности храповика 13 скользят цепные рычаги 19.
Так как аксиальное расстояние радиальных внешних свободных концов 25 и 26 цепных рычагов 19 меньше, чем ширина храповика 13, храповик 13 устанавливается цепными рычагами 19 в наклонное относительно оси 8 откидное положение. Вследствие этого наклона несколько зубьев зубчатых венцов 14 и 15 входят в соответствующую подведенную цепным рычагом 19 часть храповика 13, то есть в зубчатые венцы 2 и 4 первой и второй шестерен 1 и 3.
Вследствие вращения поворачивающихся цепных рычагов 19 также происходит колебательное вращение наклонного храповика 13. За счет этого храповик 13 перекатывается в зубчатые венцы 4 второй шестерни 3 и вызывает перемещение первой шестерни 1.
Как показано в вариантах исполнения согласно фиг.4-7, цепные рычаги 19' имеют несколько аксиальных двухсторонних прорезей 27, поэтому цепные рычаги 19' могут упруго изгибаться в аксиальном направлении.
Кроме того, на свободных концевых частях цепных рычагов 19' находятся выступающие наружу радиальные карманоподобные углубления 28. Поэтому радиальные внешние части цепных рычагов 19' подвержены аксиальной пружинной деформации.
Как прорези 27, так и углубления 28 способствуют пластичному зацеплению зубьев храповика 13 с зубчатыми венцами 2 или 4 первой и второй шестерен 1 и 3.
Спецификация
1 первая шестерня
2 зубчатый венец
3 вторая шестерня
4 зубчатый венец
5 кольцевая часть
6 кольцевая часть
7 кольцевая канавка
8 ось
9 кольцевой бурт
10 предохранительный элемент
11 предохранительный элемент
12 камера
13 храповик
14 зубчатый венец
15 зубчатый венец
16 приводной вал
17 полувал
18 полувал
19 цепной рычаг
20 плоскость разъема
21 коаксиальное отверстие
22 отверстие опорного узла
23 отверстие опорного узла
24 аксиальное углубление
25 свободный конец
26 свободный конец
27 прорези
28 углубления