Вилка карданного шарнира

кон, по которому нагрузка на ролик пропор, циональна косинусу угла. расположения роликэ от плоскости крестовины, при этом угол нагруженной зоны окружности шипов составляет 180. С увеличениемрадиального зазора в карданных подшипникэх.угсл нагружения уменьшается, максимальные контактные напряжения при этом увеличиваются.Наиболее благоприятным законом распределения нагруженйости по длине иголь- чэтых роликов является закон, при котором величина удельной распределенной нагруженности по длине игольчатого ролика является величиной постоянной, т,е. имеет место равномерная нагруженность по длине линейного контакта. В реальных шарнирах игольчэтые ролики нагружаются неравномерно по длине, при этом по мере приближения к торцам шипов нагружен- ность увеличивается. Это обусловлено как отрицательным влиянием радиального зазора в кэрданных подшипниках, так и упругими характеристиками вилок шарниров и их компоновкой (относительным расположением элементов шарнира). Рещение задачи .оптимизации закона распределения нагруженности подлине игольчатых роликов может быть найдено как путем совершенствования конструкции шипов крестовин. и карданных подшипников (например, введением конусности),так и формы и упругих характеристик вилок.Известна вилка асинхронного карданного шэрнира, содержащая корпус и двэ выступа с соосными отверстиями для установки карданных игольчатых подшипников, при этом сечение выступов вилок в плоскости крестовины выполнено в виде трапеции, обращенной большим основанием к оси шарнира, Благодаря такому. выполнению вилок обеспечивается условие, при котором расстояние между серединами длин игольчатых роликовсоосных карданных подшипников (плечо приложения равнодействующей распределенной нагрузки нэ игольчатые ролики) равно или превышает расстоянйе междумедианами (плечо нейтральных осей при закручивэнии выступов вилок) выступов вилок. В этих условиях направление внешнего крутящего момента и момента закручивания вь 1 ступов вилок совпадают по направлениям. Поворот крестовины и упругие закручивания выступов вилОк происходят в одном направлении. Это снижает радиальный перекос в кэрданных подшипниках и повышаетравномерность распределения нагрузки по длине игольчатых роликов, снижаются мэксимэльные контактные напряжения. Од нэко известная вилка имеет высокую жесткость, что ограничивает упругое закручивание выступов, в результэте чего эффект повьшения равномерности распределения нэгруженности по длине игольчатых роликов может быть реализован только при жестких допусках на радиальные зазоры в кэрданных подшипниках, Кроме того, вилка слабо демпфирует динамические нагрузки. 10 Наиболее близкой к заявляемой является вилка асинхронного кэрданного щэрнирэ, содержащая корпус и два выступа со сквозными отверстиями для установки карданных игольчатых подшипников и шипов крестовины. Известная вилка облэдает достаточной упругой податливостью и обеспечивает снижение динамической нагруженности линейных контактов игольчэтых роликов. Однако, вследствие небольшой высоты образующих отверстий 20 выступов под кэрдэннь 1 е подшипники, вилка не обеспечивает установку игольчатых подшипников с большей длиной роликов для повь 1 шения несущей способности шарнира, а такке не обеспечивается равномерность нэгрухения игольчатых роликов по длине. Недостатком известной вилки явля 25 ется небольшая нагрузочная способность Цель изобретения - повышение долговечности шарнира путем выполнения вилки с упругими и демпфирующими свойствами.Выполнение вилки, при котором с увеличением среднего диаметра трубчатого 30 элемента соответственно увеличивается и 35 его длина, обеспечивает различную жесткость на кручение трубчатых элементов, образующих вилку, при этом жесткость на кручение трубчатых элементов уменьшается при переходе от внутреннего трубчэтого элемента к периферийному, имеющему наибольшую длину. Это обеспечивает нэгру 40 жение всех трубчать 1 х элементов при увеличении внешней нагрузки и выборе рэдиэльного зазора в подшипниках, Жест 45 кость нэ кручение трубчатых элементов благодаря рациональному соотношению их длин и диэметров обеспечивает выравнивэние нагруженности по длине линейного контакта игольчатых роликов подшипников. 50 Кроме того, податливость трубчатых элементов способствует хорошему демпфированию динамических нэгрузок,Таким образом достигается повышение долговечности и демпфирующих свойств исполнении ее в виде фланца-вилки и шлицевой вилки; на фиг, 2 - общий вид вилки при исполнении ее в виде приварной вилки; на фиг, 3 показан вид вилки со стороны 55 шарнира. На фиг. 1 показан общий вид вилки, привыступов; на фиг. 4 показана схема выбора радиального зазора в карданном подшипнике; на фиг. 5 показана схела упругих деформаций трубчатых элементов вилки в зависимости от внешней нагрузки.Вилка асинхронного карданного шарнира содержит корпус 1 и два выступа 2 со сквозными соосными отверстиями 3 для установки карданных игольчатых подшипников и шипов крестовины (на чертеже не показаны), Корпус 1 вилки и выступы 2 выполнены иэ соосных коаксиальных трубчатых элементов внутреннего 4, промежуточных 5 и периферийного 6, жестко связанных одними концами 7, другие концы 8 которых, образующие выступы вилки 2, имеют возможность поворачиваться друг относительно друга, при этом длины трубцатых элементов 4,5 и 6 от места 7 жесткого закрепления до оси отверстий 3 выступов 2 вилки увеличиваются при переходе от внутреннего трубчатого элемента 4 к периферийному 6.Длины и средние диаметры трубчатых элементов вилки связаны соотношением2 Ь - Ою где Ь= ЬIЬ - относительная длина 1-го трубчатого элемента 5 или 6;Ь - длина 1-го трубчатого элемента 5 или 6;О - длина внутреннего трубчатого элемента 4 с 1=1;Ою=Ою/Огп 1 - относительный средний диаметр 1-го трубчатого элемента 5 или 6;Оы - средний диаметр 1-го трубчатого элемента 5 или 6;Ом - среДний диаметр внутреннего трубчатого элемента 4 с 1=1.Толщина стенки 1 у всех трубчатых элементов 4,5. или 6 одинакова и определяется по формуле1=(О-О)/2 и,где Он - наружный диаметр вилки (наружный диаметр периферийного трубчатого элемента 6 с =и);Оо - внутренний диаметр вилки (внутренний диаметр внутреннего трубчатого элемента 4 с 1=1);и - число трубчатых элементов, образующих вилку.При выполнении вилки в виде фланца- вилки концы 7 трубчатых элементов 4,5 и 6 жестко соединены с фланцем 9 (фиг.1), При выполнении вилки в виде шлицевой вилки концы 7 трубчатых элементов 4,5 и 6 жесткоЛр =р 1 /Н,25 30 35 5 10 15 20 40 45 50 соединены с шлицевым хвостовиком 10 (фиг,1). При выполнении вилки в виде приварной вилки концы 7 трубчатых элементов 4,5 и 6 жестко соединены с трубой 11 карданного вала (фиг.2).Вилка асинхронного карданного шарнира работает следующим образом,При отсутствии крутящего момента, т,е. при Мк=О (фиг.4 и 5 а), радиальный зазор р в карданных подшипниках распределяется равномерно по окружности, При повороте крестовины в ее плоскости в пределах радиального зазора, крестовина поворачивается на угол ро и занимает положение "0", При этом в шарнире образуется геометрический радиальный перекос (максимальный зазор между игольчатым роликом, расположенным в плоскости крестовины в пределах его длины и поверхностью крестовины), равный (фиг.4). где Лр - радиальный перекос при М,=О;- длина игольчатого ролика;Н - расстояние между торцами соосных шипов крестовины;р - радиальный зазор,При увеличении внешнего крутящего момента, приложенного к шарниру, упруго деформируется (закручивается) периферийный трубчатый элемент 6 с порядковым номером =и (нумерация элементов производится от внутреннего элемента 4 с 1=1 к периферийному 6 с =и по мере увеличения радиуса расположения элемента), При дальнейшем увеличении внешнего крутящего момента в работу включаются элементы с меньшими порядковыми номерами (и), (и) и т.д. При некоторой нагрузке Мк=Мщ 1 п в работу включены все трубчатые элементы вилки от =и до 1=1, при этом крестовина повернется на угол ъ;(фиг,5 и 6) и занимает положение "Мпюп", В этом случае геометрический радиальный перекос равен нулю. При внешней нагрузке Мк=МномМГПи угол поворота крестовины равен р, (фиг, 4 и 5 б), все трубчатые элементы нагружены, В этом состоянии приращение внешнего крутящего момента на величину Ь М приводит к дополнительному упругому закручиванию трубчатых элементов 4,5 и 6 на угол Лр(фиг.4 и 5 в), при этом приращения угла поворота Лр для всех трубчатых элементов 1=1 и одинаково, т.е. соблюдается условие отсутствия радиального перекоса геометрического) Ьр 1 =Ьа ==Ор = =Ьр., (2), - ,гЬ=Ою,(9) ЛМ= ЛВ 1 Оп 1 ь при этом Величина приращения угла поворота трубчатого элемента Лр определяется по известной формуле ЛМ 1 4- 2, 010,ОЗ . ф где Л р - приращение угла поворьта 1-го трубчатого элемента вилки от момента ЛМ,ЛМ 1 - приращение крутящего момента, приходящегося на 1-й элемент вилки;Эю - средний диаметр 1-го трубчатого элемента:- толщина стенки 1-го трубчатого элемента;Ь - длина 1-го трубчатого элемента.Однако, несмотря на отсутствие геометрического радиального перекоса, может иметь место силовой радиальный перекос, т.е, неодинаковость нагружения трубчатых элементов вилки, неравномерность нагружения по линии контактирования игольчатых роликов. Условие отсутствия радиального перекоса, т,е, равномерного нагружения игольчатых роликов по длине, запишется в следующем виде: ЛЦ 1= Лц 2= Лцэ== Ьц 1== Лцп, (4) где Лц - удельная линейная нагруженность 1- го элемента, равная Лц = М/, Н/м, (5) где Л й - радиальная нагрузка 1-го элемента от момента Л МьДоля приращения крутящего момента ЛМь приходящаяся на 1-й трубчатый элемент от общего приращения внешнего крутящего момента ЛМ. равна: Подставляя величину Лй из (5), получим; ЛМ;=Лц;Ою, (б) Подставляя выражение (б) в (3), получим уравнение связи между приращением угла закручивания трубчатого элемента и приращением удельной распределенной нагрузки в зоне рассматриваемого трубчатого элемента ЛР 1, Лц, (7) 4 210ОщУчитывая условие отсутствия геометрического (2) и силового (4) радиальных перекосов и уравнение связи (7), получим уравнение связи геометрических размеров трубчатых элементов вилки, обеспечивающей выравнивание нагруженности по длине линейного контакта игольчатых роликов и поверхности крестовины асинхронных кар- "5 данных шарниров 1-1, 12 11 1-и-- =К,Оп Оп 2 Ою Опп 2 2 " 2 " 2 20где К - постоянная, характеризующая податливость на кручение вилки (демпфирующие свойства) вилки асинхронного карданного шарнира.Из уравнения (8) имеем Введя понятие относительной длины трубчатого элемента С 1 и относительного среднего диаметра Ою 1-го трубчатого элемента 35 Т=1 1/3 1 и Ою=Ою/Оп 1, получим Вилка из трубчатых элементов, выпол. ненная с соблюдением условия (9), обеспечивает равномерность распределения нагрузки по длине игольчатых роликов благодаря большей податливости на кручение периферийных элементов 6 па сравнению с 45 элементами 5, расположенными ближе квнутреннему трубчатому элементу 4, имеющему наибольшую жесткость на кручение.Вилка из трубчатых элементов обеспечивает постепенное, начиная с периферий ного, включение трубчатых элементов вработу по мере увеличения внешнего крутящего момента, При этом равнодействующая В радиальных сил (фиг.5) смещается к оси шарнира, т,е. величина Нв уменьшается. до стигая значения Н при номинальном нагружении, Следовательно, при увеличении нагрузки условия работы шарнира становятся более благоприятными по параметру равномерности нагружения по длине линей 1788358 10ного контакта в карданных игольчатых подшипниках. Таким образом вилка (шарнир) приспосабливается, адаптируется к повышению внешней нагрузки.При небольших нагрузках ММю в шарнире работают периферийные трубчатые элементы, при этом распределение нагрузки неблагон, но это не оказывает сколько-нибудь существенного отрицательного влияния на работоспособность шарнира, так кэк последний работает с недогрузкой, при малых значениях контактных напряжений. По мере увеличения нагрузки включаются в работу все трубчатые элементы и выполняется условие Нв =Нп благоприятной работы шарнира.Использование вилки позволит снизить величину динамических нагрузок в трансмиссии транспортного средства благодаря податливости вилок,П р и м е р. Проведем расчет длин трубчатых элементов вилки с заданными параметрами (фиг, 1):Он=0,1 м; Ов=0,06 м; п=4; О=0,06 м.Толщина стенки трубчатых элементовОн Ов0,1 - 0,06 0 0052 и 2 4Средние диаметры трубчатых элементов определяются по формулеОщ-Рв+(2 1-1) м.При этомРп 1=0 в+1=0,06+0,005=0,065 м,Овг=Ов+3 1=0,06+3 0,005=0,075 м,Рвэ=Оо+5 1+0.06+5 0 005=0,085 м,Оп 14=0 в+7 1=0,06+7 0,005=0,095 м.Относительные средние диаметры трубчатых элементовО па=0,075/0,065=1,15,О пчз=0,085/0,065=1,30,Оп 4=0,095/0,065=1,46.В соответствии с формулой (9) имеем;.г=1,15 =1,32,э=1,30 =1.69,Т 1=1,46 =2,13,Следовательно, искомые длины трубчатыхэлементов равны: 0=0,06 м,3 г=1,32 0,06=0,079 м,3 з=1,69 0,06=0,101 м,О=2,13 0,06=0,127 м,10 15 По данным размерам построена фиг.1. Формула изобретения,гЬ=Ое 45где Ь=Ь/Ь - относительная длина 1-го трубчатого элемента;Ь и О - соответственно длины -го ипервого трубчатых элементов;50 Оп=Оп;/Оп 1 - относительный среднийдиаметр 1-го трубчатого элемента;Ою и 01 - соответственно средние диаметры 1-го и первого трубчатых элементов,1. Вилка карданного шарнира, содержа щая корпус с двумя выступами со сквозными соосными отверстиями для установки карданных игольчатых подшипников и шипов крестовины, о т л и ч. э ю щ а я с я тем, что, с целью повышения долговечности пу тем выполнения вилки с упругими и демпфирующими свойствами, обеспечивающими выравнивание нагруженности по длине линейного контакта игольчатых роликов подшипников, корпус вилки с выступами 30. выполнен по меньшей мере из двух коаксиальных трубчатых элементов, одни концы которых жестко связаны, а другие концы, образующие выступы, свободны для поворота элементов друг относительно друга, 35 при этом длины трубчатых элементов от осиотверстий выступов вилки до места их жесткого соединения выполнены увеличивающимися при переходе от внутреннего трубчатого элемента к периферийному, 40 2. Вилка по п 1, о т л и ч э ю щ а я с ятем, что размеры трубчатых элементов связаны соотношениемдчанО Составитель С.ЧерйыхТехред М.Моргентал Коррект Юрковецка актор Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 аказ бб Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5