Універсальний шарнір

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для передачи вращения и крутящего момента от ведущей к ведомой части тяжелых машин, преимущественно к приводным шпинделям и муфтам прокатных станов. Известен универсальный шпиндель, имеющий сферическую головку и цилиндрическую обойму, снабженные полуцилиндрическими канавками, в которых размещены бочкообразные ролики (А.с. СССР №242099, кл. B21B35/14, опубл. 25.04.1969, БИ №15). Недостатком известного технического решения является то, что центрирование головки относительно обоймы осуществляется по посадочному диаметру головки, а не по бочкообразным роликам. Такое центрирование приводит к чрезмерным зазорам в шарнире, динамическим нагрузкам, биениям и вибрациям, снижению работоспособности и долговечности элементов привода прокатного стана. Такой же недостаток имеет известная зубчатая муфта, содержащая сферические втулку и наружные обоймы, в канавках которых размещены бочкообразные ролики (А.с. СССР №396500, кл. B21B35/14, опубл. БИ №36, 1973). Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является универсальный шарнир, содержащий обойму и головку, в полуцилиндрических пазах которых для передачи крутящего момента размещены шары (А.с. СССР №269898, М.кл. B21B36/14, F16D3/26, опубл. 08.05.70, БИ №16). Недостатком известного технического решения является: недостаточная нагрузочная способность и долговечность универсального шарнира, обусловленные тем, что центрирование головки шарнира относительно обоймы выполнено по диаметру головки, а не по телам качения, в частности, по шарам. Угол наклона оси головки относительно оси обоймы обеспечивается сферической формой головки и радиальными зазорами между диаметрами шаров и охватывающими их диаметрами цилиндров, образованными полуцилиндрическими пазами головки и обоймы. Центрирование шарнира по головке и положение шаров в пазах с зазорами приводят к ограничению скоростей вращения обусловленных повышением динамических нагрузок, вибраций и шума в шарнире, а также к снижению нагрузочной способности и долговечности его. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования универсального шарнира путем изменения центрирования головки шарнира в обойме и тем самым обеспечения снижения зазоров, динамических нагрузок, вибраций и шума в шарнире, что позволит увеличить надежность и долговечность шарнира. Поставленная задача решается тем, что в универсальном шарнире, содержащем сферическую головку и обойму, в полуцилиндрических пазах которых размещены тела качения, удерживаемые концевыми частями пазов головки, полуцилиндрические пазы головки и обоймы выполнены радиусом, большим радиуса тела качения на 1... 2%, а центры радиусов, образующих пазы головки и обоймы, смещены по радиальной прямой, проходящей через центр тела качения, друг относительно друга в противоположном направлении на расстояние, равное диаметру тела качения. Увеличение радиусов пазов головки и обоймы и схватывание поверхностями пазов тел качения (шаров, бочкообразных или цилиндрических роликов) при центрировании головки по телам качения обеспечивает на выпусках пазов зазоры, необходимые для угла наклона осей головки и обоймы; центрирование головки шарнира по телам качения пазами, выполненными радиусами, большими радиусов тел качения и соприкасающимися с телами качения дугами впадин, обеспечивает плавное, без ударов накатывание тел качения на поверхности пазов головки и обоймы; центрирование головки шарнира по телам качения пазами головки и обоймы, выполненными радиусами, большими радиусов тел качения на 1 ... 2%, позволяет на выпусках иметь зазоры, необходимые для смещения пиковых контактных напряжений с кромок пазов в глубину поверхности паза и тем самым исключить возможные пластические деформации и выкрашивание кромок пазов. Таким образом, все существенные отличительные признаки заявляемого технического решения во взаимосвязи позволят при его реализации получить повышение нагрузочной способности и долговечности шарнира, плавное накатывание тел качения на поверхности пазов, снижение зазоров, динамических нагрузок, вибраций, биений и шума в элементах привода валков прокатного стана. На фиг.1, 2, 3 изображено положение универсальных шарниров в шпинделе и муфте; на фиг.1 - шарнир с телами качения в виде шаров; фиг.2 - шарнир с бочкообразными роликами; фиг.3 - шарнир с цилиндрическими роликами; на фиг.4 сечение А - А шарниров (фиг.1, 2, 3); на фиг.5 положение тел качения в пазах головки и обоймы шарниров (фиг.1, 2, 3). Универсальный шарнир состоит из наружной обоймы 1 с полуцилиндрическими пазами 2 головки 3 с пазами 4 и тел качения (шаров, бочкообразных или цилиндрических роликов) 5, 6, 7 расположенных в пазах 2 и 4 (фиг.1 - 5). Тела качения 5, 6, 7 удерживаются в полуцилиндрических пазах головки 3 участками 8, выполненными либо сферическими, либо прямыми, либо наклонными, сопряженными с пазами 4. Передача крутящего момента от наружной обоймы 1 к головке 3 или наоборот осуществляется через тела качения (шары или ролики) 5, 6, 7. При центрировании головки 3 в обойме 1 по телам качения 5, 6, 7 исключаются радиальные зазоры в шарнире, это обеспечивает устойчивое положение вала шпинделя 9 с головками 3 или валов 10, 11 с головками 3 относительно обоймы 1. Зазоры 12 (фиг.5) между телами качения 5, 6, 7 и кромками пазов 2, 4 обойм 1 и головок 3, образованные радиусами пазов rп, выполненными большими радиусов тел качения rтк на 1 ... 2%, обеспечивают плавное накатывание тел качения 5, 6, 7 на поверхности пазов 2, 4, исключая ударные нагрузки, а максимальные контактные напряжения между телами качения и пазами смещаются с кромок 13 в глубину пазов по стрелкам 14 (фиг.5). Пазы 2, 4 обойм и головок, выполненные радиусами меньшими, чем радиус тела качения плюс 1 ... 2% от радиуса тела качения не обеспечат смещение пиковых контактных напряжений в глубь паза и тем самым могут вызвать смятие или выкрашивание кромок 13 пазов 2, 4. В случае же выполнения пазов радиусами большими рекомендуемых величин, пиковые и средние контактные напряжения между телами качения 5, 6, 7 и поверхностями пазов 2, 4 резко возрастут вследствие снижения дуг контакта и повысят износ тел качения и пазов в зоне Герцовых пятен контакта. В предлагаемом универсальном шарнире (фиг.1, 2, 3) могут применяться различные тела качения: шары при повышенных угловых смещениях осей головки 3 и обоймы 1 (угловые смещения могут быть вызваны наклоном осей и нарушением соосности соединяемых валов) до 8 ... 18°; бочкообразные ролики при умеренных углах наклона до 3° и цилиндрические ролики при отсутствии угловых и осевых смещений, или угловые смещения не превышают 10' ... 20'. Примером применения последнего универсального шарнира может служить муфта зубчато-роликовая (фиг.3), но в этой муфте могут применяться тела качения 5 и 6, тогда ее возможности применения расширяются. Предлагаемое изобретение целесообразно использовать в виде универсальных шарниров шпинделей прокатных станов или муфт соединяемых валов, передающих крутящие моменты при угловых и осевых смещениях.