ШАРНИР РАВНЫХ УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ
HINGE WITH EQUAL ANGULAR VELOCITIES

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к средствам передачи вращающихся моментов в условиях, когда оси соединяемых валов расположены под углом друг к другу, а угловые скорости вращения ведущего и ведомого вала должны совпадать, а именно к шарнирам равных угловых скоростей, и может быть использовано в приводах машин.
8
Известна муфта равных угловых скоростей, содержащая ось вращения входного вала, ось вращения выходного вала, регулирующий механизм, U-образную вилку выходной оси, имеющую регулирующий штифт выходной оси, прикрепленный к одному плечу вилки выходной оси, причем ось регулирующего штифта выходной оси находится в плоскости, образуемой выходной осью и осью, образуемой цапфами вилки выходной оси, и пересекает геометрический центр муфты, кроме того, муфта включает выступ входной оси, имеющий регулирующий штифт входной оси, а регулирующий механизм выполнен с возможностью удерживания по меньшей мере частей муфты для получения характеристик равных угловых скоростей (патент РФ №2292494, MПK F16D 3/30, опубл. 27.01.2007).
8
Известен также выбранный в качестве ближайшего аналога шарнир равных угловых скоростей, содержащий две полумуфты, имеющие форму, допускающую взаимодействия с соединяемыми валами, и промежуточные тела качения, при этом первая полумуфта выполнена с внешней и внутренней сферическими соосными поверхностями, а вторая выполнена с внешней сферической поверхностью, имеющей общий центр с названными выше, и установлена с возможностью взаимодействия с первой полумуфтой, причем обе полумуфты имеют пазы с коническими рабочими поверхностями в меридиональных плоскостях, в которых размещены ролики в форме усеченных конусов, установленные на оси, проходящей через овальное отверстие траверсы, имеющей два поводка со сферическими головками, размещенные в соответствующих отверстиях обеих полумуфт (патент РФ №2289733, MПK F16D 3/34, 3/44, 3/22, 3/16, опубл. 20.12.2006).
Недостатком данных шарниров является технологическая сложность изготовления конических поверхностей деталей шарнира, а также низкий передаваемый момент из-за высоких контактных напряжений на линиях между роликами и пазами полумуфт.
Была поставлена задача создания шарнира равных угловых скоростей, имеющего простую конструкцию и высокий передаваемый момент.
Указанная задача решается тем, что в шарнире равных угловых скоростей, содержащем две полумуфты, одна из которых выполнена с внешней и внутренней сферическими соосными поверхностями, а другая выполнена с внешней сферической поверхностью, связанные с соединяемыми валами и имеющие возможность взаимодействия между собой, ось, проходящую через траверсу, концы которой связаны с полумуфтами через имеющие сферические элементы соединительные узлы, размещенные в соответствующих отверстиях полумуфты, на концах оси дополнительно установлены внутренние и наружные вкладыши, взаимодействующие своими торцевыми поверхностями с торцевыми рабочими поверхностями пазов полумуфт, в которых они установлены, а в средней части, в месте установки траверсы, размещена подвижная направляющая, имеющая отверстие круглого сечения для прохождения через него оси и наружный профиль прямоугольного сечения с пазом для установки в него траверсы, концы которой связаны с полумуфтами через шарнирные подшипники.
Установка на концах оси внутренних и наружных вкладышей, взаимодействующих своими торцевыми поверхностями с торцевыми рабочими поверхностями пазов полумуфт, в которых они установлены, позволит увеличить площадь соприкосновения деталей, передающих крутящий момент, а вместе с ним уменьшить удельную нагрузку в зоне контакта, что в свою очередь позволит поднять крутящий момент.
Установка в средней части оси, в месте размещения траверсы, подвижной направляющей, имеющей отверстие круглого сечения для прохождения через него оси и наружный профиль прямоугольного сечения с пазом для установки на него траверсы, позволит выровнять траверсу относительно оси и при работе не позволит траверсе повернуться на оси шарнирных подшипников.
В совокупности отличительные признаки позволяют при простоте исполнения добиться высокого передаваемого момента.
Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенный шарнир равных угловых скоростей имеет признаки, которые отсутствуют в аналогах, а их использование в заявляемой совокупности позволяет получить новый технический результат. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявителю не известны шарниры равных угловых скоростей с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что подтверждает соответствие заявляемого технического решения условию «новизна».
Заявляемая конструкция иллюстрируется следующими чертежами:
Фиг.1 - шарнир равных угловых скоростей, общий вид в перспективе;
Фиг.2 - то же, вид спереди, входной и выходной валы имеют некоторое угловое смещение;
Фиг.3 - то же, вид сверху;
Фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2;
Фиг.5, 6, 7, 8 - шарнир равных угловых скоростей, общий вид в перспективе, с разным угловым смещением входного и выходного валов.
Предлагаемый шарнир равных угловых скоростей содержит две полумуфты 1 и 2, ось 3. Полумуфты 1 и 2 связаны с соединяемыми валами 4 и 5 и имеют возможность взаимодействия между собой. Полумуфта 1 выполнена с внешней и внутренней сферическими соосными поверхностями, полумуфта 2 выполнена с внешней сферической поверхностью. Ось 3 проходит через траверсу 6, концы которой связаны с обеими полумуфтами 1 и 2 через шарнирные подшипники 7, установленные в отверстиях 8 полумуфт. На концах оси 3 установлены внутренние и наружные вкладыши, соответственно 9 и 10, взаимодействующие своими торцевыми поверхностями с торцевыми рабочими поверхностями пазов полумуфт, в которых они установлены. В средней части оси 3, в месте размещения траверсы 6, установлена подвижная направляющая 11. Направляющая 11 имеет отверстие круглого сечения для прохождения через него оси 3 и наружный профиль прямоугольного сечения с пазом для установки в него траверсы 6. Направляющая 11 установлена на оси 3, а траверса 6 - в направляющей 11 с возможностью продольного перемещения.
Работает предлагаемый шарнир равных угловых скоростей следующим образом.
В случае если шарнир равных угловых скоростей взаимодействует с вращающимися валами 4 и 5, относительное положение которых характеризуется отсутствием угловых смещений, все детали устройства вращаются с одинаковой угловой скоростью и не совершают относительных перемещений.
При появлении углового смещения с углом α полумуфта 2 смещается относительно полумуфты 1 на тот же угол α, при этом траверса 6, взаимодействуя с направляющей 11, а через нее и с осью 3, а также с шарнирными подшипниками 7, установленными в отверстиях 8, смещает ось на угол 0,5α и устанавливает внутренние и наружные вкладыши 9 и 10 в плоскость биссектора угла 180°-α, что и обеспечивает равенство окружных и угловых скоростей во всех точках взаимодействия вкладышей 9 и 10 с торцовыми рабочими поверхностями пазов полумуфт 1 и 2. Траверса 6 одновременно смещается вдоль оси 3 на расстояние А и разворачивается на угол 0,5α относительно осей полумуфт 1 и 2, а вкладыши скользят по рабочим поверхностям пазов полумуфт, в которых они установлены.
Вращение полумуфты 1 на угол 90° (фиг.3) приводит к тому, что траверса 6 возвращается в горизонтальную плоскость и смещается в этой плоскости на расстояние А на угол 0,5α, соответствующий отклонению на угол α оси полумуфты 2 относительно полумуфты 1 уже в горизонтальной плоскости. Контактные взаимодействия вкладышей 9 и 10 с торцевыми рабочими поверхностями пазов полумуфт в этом случае осуществляются в плоскостях, перпендикулярных осям этих полумуфт, а ось 3 вместе с вкладышами 9 и 10 может перемещаться только в плоскости биссектора угла 180°-α, что обеспечивает равенство угловых скоростей полумуфт 1 и 2, и в этом случае работа шарнира равных угловых скоростей сопровождается скольжением вкладышей 9 и 10 по торцевым рабочим поверхностям пазов полумуфт с контактными нагрузками, зависящими от величины передаваемого шарниром крутящего момента, при этом нагрузка воспринимается в виде контактных давлений, распределенных на всю боковую торцевую площадь вкладышей без осевых усилий.
Осевые силы, приложенные к полумуфтам 1 и 2 от соединяемых валов 4 и 5, воспринимаются их сферическими поверхностями в местах сопряжения.
Таким образом, обеспечивается передача вращающих моментов между полумуфтами 1 и 2 без изменения угловых скоростей в условиях больших угловых смещений с одновременным восприятием и осевых сил. При этом даже скольжение, но с увеличенной площадью соприкосновения, дает снижение удельной нагрузки в зоне контакта, что в свою очередь дает возможность увеличить передаваемый крутящий момент шарниром. Таким образом повышается нагрузочная способность шарнира без увеличения габаритных размеров.
Шарнир равных угловых скоростей может быть выполнен на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий.