шарнир равных угловых скоростей
Классы МПК: | F16C11/06 шаровые шарниры; прочие шарниры, имеющие более чем одну степень свободы углового перемещения, например универсальные шарниры F16D3/16 универсальные соединения, в которых гибкость достигается с помощью пальцев либо скользящих или катящихся элементов F16C3/22 кривошипы; эксцентрики F16D3/30 в которых обеспечивается постоянство угловой скорости |
Автор(ы): | Якубов Семен Семенович (RU), Буртаков Борис Ефимович (RU), Кабиров Фирдаус Зарипович (RU), Беляев Айдар Раисович (RU), Чагин Владимир Геннадьевич (RU), Мардеев Ильгизар Азатович (RU), Савостин Сергей Геннадьевич (RU), Арсеньев Михаил Владимирович (RU), Рыжиков Евгений Александрович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "КАМАЗ" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-01-27 публикация патента:
10.06.2010 |
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, и может быть использовано в приводах машин. 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, а 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 (1) и (2). На концах оси (3) установлены внутренние и наружные вкладыши, соответственно (9) и (10), взаимодействующие своими торцевыми поверхностями с торцевыми рабочими поверхностями пазов полумуфт (1) и (2), 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. Технический результат: создание шарнира равных угловых скоростей простой конструкции, имеющего высокий передаваемый момент. 8 ил.
Формула изобретения
Шарнир равных угловых скоростей, содержащий 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 полумуфт, отличающийся тем, что 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 оси 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.
Описание изобретения к патенту
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.
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, MПK8 F16D 3/30, опубл. 27.01.2007).
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, MПK8 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 полумуфта 2 смещается относительно полумуфты 1 на тот же угол , 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 0,5 и устанавливает внутренние и наружные вкладыши 9 и 10 в плоскость биссектора угла 180°- , 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 0,5 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 0,5 , соответствующий отклонению на угол 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°- , 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.
Класс F16C11/06 шаровые шарниры; прочие шарниры, имеющие более чем одну степень свободы углового перемещения, например универсальные шарниры
палец шарового шарнира и шаровой шарнир - патент 2519597 (20.06.2014) | |
шарнир равных угловых скоростей - патент 2518883 (10.06.2014) | |
шарнир квазисинхронный кулачковый - патент 2518429 (10.06.2014) | |
опорный узел - патент 2502637 (27.12.2013) | |
шаровой шарнир рулевого управления - патент 2501995 (20.12.2013) | |
шаровой шарнир - патент 2499919 (27.11.2013) | |
двойной карданный шарнир с внутренней опорой - патент 2480636 (27.04.2013) | |
шаровой шарнир - патент 2475652 (20.02.2013) | |
сегментный радиальный подшипник скольжения - патент 2474737 (10.02.2013) | |
шаровой шарнир с ограниченным ходом - патент 2466306 (10.11.2012) |
Класс F16D3/16 универсальные соединения, в которых гибкость достигается с помощью пальцев либо скользящих или катящихся элементов
Класс F16C3/22 кривошипы; эксцентрики
Класс F16D3/30 в которых обеспечивается постоянство угловой скорости
шарнир равных угловых скоростей - патент 2518883 (10.06.2014) | |
шарнир квазисинхронный кулачковый - патент 2518429 (10.06.2014) | |
шарнир равных угловых скоростей староверова (варианты) - патент 2516831 (20.05.2014) | |
шарнир равных угловых скоростей - патент 2431065 (10.10.2011) | |
рычажный шарнир (варианты) - патент 2323374 (27.04.2008) | |
сдвоенный шарнир /его варианты/ - патент 2303719 (27.07.2007) | |
муфта равных угловых скоростей и регулирующая система для нее - патент 2292494 (27.01.2007) | |
шарнир равных угловых скоростей - патент 2111388 (20.05.1998) | |
сферический шарнир равных угловых скоростей - патент 2054588 (20.02.1996) | |
сдвоенный карданный шарнир - патент 2019748 (15.09.1994) |