Универсальный шарнир

(51 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ, Я,у3 ОПИС ИЗОБРЕТЕН И КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШАРНИР по 1098597, о т л и ч а ю ш и й(54) (5 авт. св тем, что, с целью 3 нои способности шарни его статистической опре элемент качения выполи углублением, контактир качения соседнего ряда в зоне контакта по фор 088,8)ельство СВ 35/14,м с ни ме поверхности,(61) 1098597(56) Авторское свидеУ 1098597, кл, В 21 повышения нагруз ра при сохранении деленности каждыи ен с одностоРОНниМ ующим с элементомИзобретение относится к обработке метал.лов давлением и может быть использовано вконструкциях шпинделей привода прокатныхстанов, муфт и шарнирных соединений в узлахмашины друтого назначения, и является усовершенствованием известного шарнира поавт. св, У 1098597,Цель изобретения - повышение нагрузочнойспособности шарнира при сохранении его статической определенности.На фиг, 1 изображен универсальный шарнир,поперечный разрез; на фиг. 2 - разрез А - Ана фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б - Ь на фиг. 1;на фиг. 4-схематически изображено поперечное сечение шарнира с указанием действующихломентов, усилий и классов кинематическихпар.Универсальный шарнир содержит наружнуюобойму 1 и внутреннюю головку 2 с гнезда.ми 3 и 4 на поверхностях, обрагценных однак другой. В гнездах размещены два ряда элементов качения, внутренний из которых выполнен в виде цилиндрических роликов 5 сцилиндрическим углублением 6 на поверхнос.тях вращения и уложен в гнездах головки, анаружный выполнен в виде бочкоооразных роликов 7 с цилиндрическим углублением 8 наповерхностях вращения и уложен в гнездахобоймы.На головке может быть закреплена насздка9 со сферической либо бочкообразной наруж.ной поверхностью, которая имеет окна дляпрохода роликов 5 и 7 без соприкосновенияс насздкой 9, Цилиндрические ролики 5 своими углублениями 6 контактируют с поверх.ностями вращениябочкообразных роликов 7,которые своими углублениями 8 контактируют с поверхностями вращения цилиндрическихроликов 5. Гнезда обоймы и головки выполнены цилиндрическими с радиусами, большимирадиусов, уложенных в них элементов качения, т,е, 1к, и 111 з, что обеспечиваетперемещение элементов качения в поперечномсечении шарнира с одновременным смещениемв радиальном и тангенцизльном направлениях.Предлагаемый универсальный шарнир целесообразен для общего случая работы по схеме"сдвоенного шарнира", когда обойма (головка)установлена в опоре, образующей кинематическую пару Ч класса, а головка (обойма) уста.новлена в опоре, образующей кинематическуюпару 11 класса.3Кроме цилиндрической формы гнезд 3 и 4 возможна иная, имеющая в поперечном сечении вид других кривых помимо дуг окружностей либо вид Ч-образно расходящихся прямых. Необходимо, чтобы эта форма обеспечи. ,вала перемещение элементов качения в попсречном сечении с одновременным смешением в ра.диальном и тангенциальном направлениях, т.е.чтобы имелись соответствующие тангенцизльные зазоры. Элементы качения могут быть вы.полнены в виде роликов другой формы илишариков. Если необходимо компенсироватьпомимо углового перекоса небольшие радиаль.ные смещения соединяемых валов, насадка 9может отсутствовать, а вместо нее на головке1 О 2 должно быть установлено ограничительноекольцо 5 для роликов (не показано).В процессе работы шарнира наружная обой.ма 1 вращается с некоторой угловой скоростью и передает движущий крутящий момент15 11 ,а котоРый пРеодолевает момент сопРотивления Всопр действующий на внутреннююголовку 2. В результате действия двух указанных моментов в противоположных направлениях, происходит выборка зазоров в шарни.2 О ре и некоторое угловое смешение обоймы 1и головки 2 одна относительно другой(фиг. 4),В процессе выборки зазоров бочкообразныеролики 7 перемегцаются в цилиндрических25 гнездах 3, а цилиндрические ролики 5 - вгнездах 4 с одновременным смещением в радиальном и тангенциальном направлениях. Впроцессе перемещения цилиндрические ролики 5 проскальзывают своими углублениями6 относительно поверхностей вращения бочкообразных роликов 7, которые проскальзыва.ют своими углублениями 8 относительно поверхностей вращения цилиндрических роликов 5, При этом каждый ролик в отдельности воздействует на остальные ролики и оп 35ределяет их положение, В результате этоговсе ролики 7 поддерживаются в состоянии,когда на них действуют одинаковые усилия8а ролики 5 давят на головку с одинаковыми усилиями4 СПри этом 11 салр соп рМУ,= )а Ма=лЬ,45где а - количество роликов в ряду;и с, - плечи приложения сил относительнооси вращения.При компенсации углового перекоса обой О мы 1 и головки 2 одна относительно другой, обойма 1 перекатывается относительнобочкообразных роликов 6, тем самым егокомпенсируя, а насадка 9, если она имеетсяв конструкции, дополнительно центрирует 55 обойму 1 и головку 2 одна относительно дру.гой. Шарнир допускает осевое смещение головки 2 относительно обоймы 1 с роликами7 в местах контакта роликов 5 и 7.1222345 В процессе работы все ролики шарнира по стоянно передают крутящий момент и шар.нир является статически определенным. Убедиться в этом можно, если проанализировать структуру шарнира по формуле; 5=В+БРР ЗР гГ Р ч . нч ш гг г р где- число избыточных связей;Ъ - подвижность механизма;и - количество подвижных звеньев;Р . Р - количество кинематических парсоответствующего класса.Структуру шарнира анализируют с учетом внешних опор; %= 2 и состоит из основной подвижности и осевой подвижности обоймы 1 с роликами 7 относительно головки 2 с роликами 5; п = 22, двадцать роликов, обойма и головка, учитывая то, что насадка 9 и головка 2 составляют одно звено.Цилиндрические ролики 5, установленные в гнездах 4, образуют кинематические пары 1 Ч класса, так как имеют две подвижности вращение вокруг оси и одно относительное перемещение, Бочкообразные ролики 7, установленные в гнездах 3, образуют кинематические пары 1 класса, так как имеют четыре подвижности - поворот относительно трех осей и одно относительное перемещение с одновременным смещением в радиальном и тан. генциальном направлениях,Бочкообразные ролики 7 в местах контакта своими углублениями 8 с цилиндричес. кими роликами 5 образуют кинематические пары 1 Ч класса, так как имеют две подвиж. ности - поворот относительно оси цилиндрического ролика 5 и смещение вдоль этой оси. Цилиндрические ролики 5 в местах контактасвоими углублениями 6 с бочкообразнымироликами 7 образуют кинематические парыкласса, так как в этих местах имеютсячетыре подвижности поворот бочкообразногоролика относительно трех осей и смещениевдоль осей роликов. Насадка 9 с обоймой 1образуют кинематическую пару 1 класса, имеячетыре подвижности - поворот относительно1 О трех осей.и осевое смещение,Таким образом Р = 1 - наружная враща.,тельная опора обоймы (головки), Р 20 - ,ролики 5 с головкой 2 и ролики 5 с впа динами 8 роликов 7, Р = 1 - наружнаясферическая опора головки (обоймы),21 - бочкообразные ролики 7 свпадинами 6 роликов 5, ролики 7 с обоймой 1, насадка 9 с обоймой 1 и Р =О, 2 Оа=.0 Вследствие того, что между рядами эле.ментов качения контакт двух выпуклых поверхностей заменен контактом выпуклых - 25 вогнутых поверхностей, в пределах заданногогабарита повышается нагрузочная способность по условиям контактной прочности. Предлагаемое техническое решение также позволяет в пределах заданного габарита несколько уве- ЗО личить диаметр элементов качения, что снижа.ет контактные напряжения в местах взаимодействия с головкой и обоймой. Все эти преимущества реализованы при сохранении статической определенности шарнира, при 35этом нагрузка в процессе работы равномер.но распределена между всеми элементами качения каждого ряда.1222345 Фиг 3 д 1 Составитель М. КоровиТехред О.Сопко Редактор М, Бланар орректор М. Демчик Зака дписное раж Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 41/7ВНИИПИ Госупо делам из113035, Москва,рственного бретений и - 35, Рауш 8комитета ССоткрытийая наб., д.