Трехшиповой шарнир равных угловых скоростей

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 19) (11) 9(51) В 60 К 17 ОСУДАРСТВЕККЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЫТИЙ(72) Мишель Апександр Орэн,(Франция) (71) Гланзер Списер (Франция) (53) 629.113-585.862(088.8) (56) 1. Заявка Франции Р 2257042, кл. Р 163/84, 1974 (прототип). (54)(57) ТРЕХШИПОВОЙ ШАРНИР РАВНЫХ уГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ, содержащий уста;новленную на одном из валов посредством цилиндрической ступицы крестовину с равномерно расположенными по ее окружности шипами и связанную с другим валом вилку, установленную с зазором относительно крестовины иимеющую втулку на одном конце, цилиндрическая поверхность которой имеет три паза, равномерно расположенных по окружности в осевом направлении и образующих дорожки качениякруглого поперечного сечения, и расположенные в пазах сферические ролики, установленные посредством игольчатых подшипников на указанных шипах, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения КПД, пазывыполнены тороидальными, а отношениемаксимального расстояния между продольной осью вилки и продольной осьюпазов к радиусу тороидальной поверхности последних находится в пределах0,25-0,75.Изобретение относится к трансмиссиям транспортных средств, в частности к карданным передачам и шарнирам этих передач.Известен трехшиповой шарнир равных угловых скоростей, содержащий установленную на одном из валов посредством цилиндрической ступицы крестовину с равномерно расположенными по ее окружности шипами и связанную с другим валом вилку, установлен ную втулку на одном конце, цилиндрическая поверхность которой имеет три паза, равномерно расположенных по окружности в осевом направлении и образующих дорожки качения круглого по перечного сечения, и расположенные в пазах сферические ролики, установленные песредством игольчатых подшипников на укаэанных шипах 11) .Недостатком известного шарнира является низкий КПД, вызванный большими механическими потерями.Сравнительные лабораторные измерения показали, что шарниры с треугольной крестовиной описанного типа 25 при правильной их конструкции приво-. дят к самым малым механическим потерям под действием вращающего момента. Эти потери порядка 5/10.000 для рабочего угла, равного 5 О, и 2/10.000 для рабочего угла, равного 3 . И нао против, те же измерения показывают, что механические потери довольно быстро возрастают с увеличением угла. Например, рабочему углу в 10 соответствуют механические потери, равные 25/10.000, противодействие скольжению становится соответственно более значительным и шарнир с треугольной крестовиной теряет, таким образом, частично свое преимущество пе ред другими типами телескопических соединений.Целью изобретения является повышение КПД.Поставленная цель достигается 45 тем, что в шарнире пазы выполнены тороидальными, а отношение максимального расстояния между продольной осью вилки и продольной осью пазов к радиусу тороидальной поверхности 5 О ,последних находится в пределах 0,25-0,75.1На фиг, 1 представлен частичь 1 разрез по оси классического шарнира с треугольной крестовиной, на фиг.2 схема, соответствующая шарниру по фиг. 1; на фиг. 3 - разрез по оси предлагаемого шарнира, на Фиг. 4 разрез А-А на фиг. 3, на Фиг. 5 схема, соответствующая шарниру по 60 фиг, 3 и 4, на Фиг. 6 - то же, второй вариант положения деталей шарнира.Синхронный шарнир 1 (Фиг. 1) содержит вилку 2 и трехцапфовый узел 65(треугольную крестовину ) 3, закрепленный на имеющем протовку концетрансмиссионного вала 4 с продольной осью Е-к,Вилка 2 имеет втулку 5 с осью Х-Хи выполненной внутри проточкой. Отэтой втулки отходят три выступа 6,соседние продольнйе края которых выполнены таким образом, чтобы определять между двумя находящимися рядомвыступами дорожки качения 7 круглого сечения, расположенные на равномрасстоянии (равные углы) один отдругого. Ось Х-Х каждой дорожки качения 7 прямолинейна и параллельнаоси Х-Х;Крепление треугольной крестовинына вале 4 осуществляется посредствомступицы 8 цилиндрической формы свыполненной внутри нее проточкой.От этой ступицы в радиальном направлении расходятся три рукава или шипы 9 круглого сечения. На каждомшипе 9 имеется ролик 10 с внешнейактивной поверхностью 11 сферической формы. Между шипом 9 и роликом 10установлен игольчатый подшипник 12,удерживаемый в осевом направлениипосредством предохранительного устройства, образованного соответствующими шайбами,13 и 14 и стопорнымкольцом 15, которое входит в предусмотренную на конце шипа 9 выемку.Треугольная крестовина 3 свободна1 з осевом направлении внутри вилки 2,Снаружи вилка 2 имеет круглую Форму. Непроницаемая упругая гармошка 16 закреплена одним концом на поверхности втулки 5, окружает выступы 6, затем подходит к проточенным пазам 17 для крепления, предусмотренным на вале 4. Гармошка 16 вместе с вилкой 2 ограничивает непроницаемую оболочку 18, которая задерживает смазывающее вещество и защищает механизм.Когда величина угла, образуемого осью Евала 4 с осью Х-Х мала, движение осевого скольжения треугольной крестовины под действием вращающего момента осуществляется простым качением, с одной стороны, роликов на шипах посредством игольчатого подшипника и, с другой стороны, сферической поверхности роликов по дорожкам качения вилки. В этих условиях возвратно-поступательное движение роликов на их шипах 9, являющееся результатом вращения шарнира под углом, а также общее поступательное движение всех трех роликов, являющееся результатом скольжения треугольной крестовины, осущест. вляются беэ существенного сопротивления даже при большом значении передаваемого момента вращения.(2) соя сб 65 На фиг. 2 схематически представлено положение ролика 10, когда шарнир 1 работает под заданным угломмежду осями Е-Е и Х-Х,Качению ролика в плоскости Р впредпочтительном направлении препятствует направляющая дорожка качения 7, которая заставляет этот роликперемещаться по оси У-У, т,е. подуглом сноса М , образованным плоскостью Р ролика с осью У-У дорожки 7 10относительно его естественного направления качения. Этот снос. соответствует боковому скольжению ролика,которое осуществляется одновременно,с одной стороны, между сферической 15поверхностью ролика и путем качения,и, с другой стороны, вращением ролика относительно его шипа 9. Поскольку ролик установлен на йгольчатомподшипнике, предполагается, что его 2 Овращение относительно шипа 9 абсолютно свободно. Следовательно, движение скольжения по трассе может осуществляться только в плоскости, проходящей через ось шипа. 25Если обозначить Р расстояние между центром 0 треугоЛьной крестовиныи центром 0 ролика, и обозначить ги расстояние между осями Х-Х и У-У,и выражение для элементарнОго скольжения следующеед .-рдос 1 о = (1)г м 4 сШарнир 1(фиг. 3 и 4) существенно Отличается от шарнира 1 (фиг. 1) лишь в двух аспектах. Во-первых, .центральной осью У-У каждой дорожки. качения 7 вилки 2 является дуга, 40 благодаря чему эти дорожки качения имеют тороидальную форму. Радиус В каждого тора значительно большемаксимального значения г расстояния меж- ду осью Х-Х и дугой У-У. В результа - 45 те такой конструкции свободное осевое скольжение треугольной крестовины 3 в вилке сопровождается скольжением роликов на их шипах, независимо от размеров угла между осями Е-Е 5 О и Х-Х. Для обеспечения этого скольжения роликов относительно их шипов, возросшего по сравнению с известной конструкцией (фиг. 1), длина игольчатого подшипника 12 превосходит 55 длину роликов, что является вторым различием между шарнирами, В представленном варианте гармошка 16 закреплена на цилиндрическом кожухе 19, который окружает выступы 6 вилки 2 на открытом конце последней. На фиг. 5 схематически представлено положение ролика 10, когда центр 0 треугольной крестовины находится в своем среднем осевом поло. жении в точке 0 оси Х-Х, которая соответствует максимальному расстоянию г, определенному выше, как в случае, изображенном на фиг. 3, когда шарнир 1 работает под углом. На фиг. 6 представлена аналогичная схема, соответствующая смещению Ь по оси Х-Х между точками 0 и Од .Угол Ц, образованный плоскостью Р ролика и касательной к траеКтории У -У 1 дорожки 7, меньше угла К С хорошим приближением этот угол может быть выражен следующим отношением: Элементарное скольжение, соответствующее приросту 6угла Ж , задается выражением сходной с выражением (1) формы, имеющим следующий вид:у:р е:"з ("чф (3)Можно заметить, что получено отношение (1), если принять В = со , чтоверно, так как прямолинейные дорожки 7 могут рассматриваться как торыс бесконечным радиусом кривизны.Для й = 0 (фиг. 5) отношениеэлементарного скольжения 6/ предлагаемого шарнира к элементарномускольжению йр известного (фиг. 1)-1Когда Ь ф О, при рассмотренииролика с углом Ж и ролика с угломоказывается, что только средняявеличина 8 р, абсолютных значений соответствующих углов 9 и 8 существенна для потерь из-за скольжения.Можно показать, чтоС 8+.ЫСравнивая это отношение с приведенными отношениями (2) и ( 3), можно заметить, что механические потери имеют ту же величину, что и для Ь = О, т.е. отношение (4) является ,.,переменным.Так, механическая потеря уменьгшается в отношении 1 -- . ИнымиН словами, элементарная работа скольжения и, следовательно, элементарная механическая потеря, котораяявляется пропорциональной этой работе, могут быть для любого угла Юзначительно более низкими при использовании предлагаемого шарнира 1(фиг. 3). В результате достигаетсялегкость скольжения каждого ролика,когда шарнир работает под углом,благодаря чему обеспечивается лучшаяизоляция, например, кабины автомобиля от двигателя агрегата, который является источником вибраций, и меньшая чувствительность к трению, а значит большее удобство, в частности для значительных рабочих углов. 5Например, для соотношения - =г 1 В 7 и производит толчки в осевом направлении, вызванные вибрацией движущихся и ведомых деталей. И напротив, при использовании одного или двух шарниров 1 (фиг. 3) с кольцеобразными путями качения качающийся вал имеет тенденцию к самоцентрированию относительно сил, сохраняя до упора свободные пространства, равные для каждогб из этих концов.С другой стороны, при нарушении центрирования треугольной крестовины относительно оси ролика 10 приближаются к центру треугольной крестовины, и одновременно расстояние Ь возрастает, пока не упрутся в выступ 20 шипов 9, ограничивающий скольжение роликов в направлении к середине, Эта особенность может дать преимущество при использовании для осевого фиксатора безопасности таким7образом можно избежать потери управления роликов на концах выступов вилки без введения каких-бы то ни было дополнительных устройств фиксации, а значит простым и экономичным способом. Для этого достаточно, чтобы длина дорожек качения 7 была достаточной для того, чтобы при растяжении шарнира 1 (фиг. 3) ролики 10 упирались в выступы 20 до того, как достигнут открытого конца этих дорожек качения. В этом случае для. того, чтобы избежать шумного контакта роликов свыступами 20 треугольной крестовинымежду каждым роликом и соответствующим выступом может быть установлена пружинная шайба типа гофрированной шайбы или диска тарельчатой пружины, или кольцо из эластомера,В этом месте можно также установитьгофрированное стопорное кольцо, которое можно вставлять после сборкитреугольной крестовины внутри вилки(такая амортизирующая деталь не показана).Изобретение позволяет повыситьКПД шарнира,ап 1получим - = в . Сопротивление переЙ 2 10 мещению ролика по его дорожке качения уменьшается тогда примерно на 50, прямым следствием чего является весьма значительный выигрыш в плане свободы, скольжения под воздействием 15 вращающегося момента и, следовательно, удобства, Теоретически можно увеличить соотношение - до 1 и при этомВусловии механические потери были бы практически равны нулю. Однако за пределами определенной величины сопротивление скольжению не оказывает больше никакого неприятного воздействия, а с другой стоРоны, увеличигвая соотношение - до 1 существенВным образом можно уменьшить возможность осевого скольжения предлагаемого шарнираВот почему, в зависимости От конкретного случая применения, с учетом наиболее распространенной величины рабочего угла и требуемой для треугольной крестовины длины осевого скольжения, соот 35 ношение - будет, как правило, ограничено пределами от 1/4 до 3/4.Другие преимущества достигаются благодаря этому усовершенствоваиню шарниров с треугольной крестовиъ 4 й. 40В том случае, когда два шарнира с треугольной крестовиной каждый известного типа, представленные на фиг. 1" установлены на концах качающегося трансмиссионного вала, вал, 45 естественно, соприкасается в конце хода с внутренней частью одного из шарниров с треугольной крестовиной1075962 Составитель С. Белган Темред М,Гергель к Редактор ил орректо но аказ 534/53 Тираж 657 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 11,3035, Москва, Ж, Рауш