Шарнір для просторового механізму

Шарнір для просторового механізму, що містить корпус з отворами, в яких розміщені півосі, що розташовані в одній площині, в порожнині корпуса розміщена штанга із головкою, причому штанга розміщена з можливістю її відхилення від номінального розташування, вісь номінального розташування штанги перпендикулярна площині розташування півосей, а головка штанги спираєть 3 напіввісей викопані компенсуючі кармани, ефективна площа яких більша ефективної площі розвантажувальних карманів, при цьому порожнини відповідних розвантажувальних і компенсуючих карманів з'єднані між собою через дроселі, а порожнини всіх компенсуючих карманів через дроселі з'єднані із джерелом робочого середовища, а корпус додатково споряджений закріпленими на ньому кришками, на які спираються протилежні торці напіввісей. Таким чином, запропоноване рішення є новим в порівнянні з відомим і дозволяє суттєво підвищити точність та несучу здатність шарніра за рахунок компенсації сил, що діють на півосі. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 показано конструктивну схему шарніра, на фіг. 2 показано перетин шарніра в центральній площині напіввісей. Шарнір (фіг. 1) включає корпус 1, штангу 2 із головкою 3 у вигляді сфери, напіввісей 4, розташованих в отворах корпуса. Всього в корпусі може бути встановлено дві, три і більше напіввісей. В даній конструктивній реалізації шарнір має чотири напівосі (фіг. 2). Вісі отворів лежать в одній площині, перпендикулярній вісі номінального (середнього) положення головки із штангою. В даному випадку площина вісей отворів співпадає із площиною перетину А-А (див. фіг. 1). Головка 3 виконана у вигляді точної сфери. Доцільним є виконання сфери із надтвердого матеріалу (карбід бору, нітрид бору). Наявні технології виготовлення сфери із надтвердого матеріалу забезпечують точність діаметрального розміру сферичної поверхні в межах допуску до 1 мкм при діаметрах сфери 20...60 мм. При необхідності точна сфера може бути виготовлена із високоякісної легованої сталі із відповідною термообробкою з метою забезпечення твердості поверхні сфери не нижче 64...68 HRC∞. На спряжених із сферою торцях 5 напіввісей виконані розвантажувальні кармани 6, а на протилежних торцях 7 напіввісей викопані компенсуючі кармани 8, ефективна площа яких більше ефективної площі розвантажувальних карманів. Пристрій може мати довільне число розвантажувальних карманів. Раціональним варіантом є наявність двох розвантажувальних карманів на кожній із чотирьох напівосей (так як показано на рисунку). Іншим раціональним варіантом є наявність чотирьох розвантажувальних карманів на торцях кожної із напіввісей. Розвантажувальні кармани можуть мати різний розмір, форму і розташування в залежності від корисного навантаження яке діє на штангу просторового механізму. Кармани можуть бути виконані механічною обробкою (фрезеруванням), травленням, електроерозійною обробкою або лазерною обробкою поверхонь напіввісей. Число компенсуючих карманів як правило дорівнює числу розвантажувальних карманів. Даний конструктивний варіант є раціональним. В окремих випадках число компенсуючих і розвантажувальних карманів може бути різним. При цьому порожнини відповідних розвантажувальних і компенсуючих карманів з'єднані між собою отворами 9 і 43729 4 дроселями 10, а порожнини всіх компенсуючих карманів через дроселі 11 підключені до джерела 12 стисненого робочого середовища. В якості робочого середовища може використовуватись мастило (олива), вода, рідкий метал з низькою температурою плавлення, повітря, газ довільного складу, рідинно-газова суміш, газорідинна чи газо-пилова суміш (наприклад повітря з дрібнодисперсними графітовими частинками), або періодично змінюване по фізичній чи хімічній природі робоче середовище. Тиск робочого середовище може змінюватись як плавно так і імпульсно. Протилежні спряженим із сферою торці поверхні напіввісей взаємодіють з поверхнями 13 кришок 14 які закріплені на корпусі шарніра гвинтами 15. Поверхні 13 кришок та відповідні їм торці напіввісей 7, 16, як правило, виконують плоскими. Вони ущільнюються між собою фасонним еластомерним ущільненням 17. Плоскі поверхні 13 технологічні у виготовленні і не потребують спеціального обладнання для обробки і контролю якості. Більш раціональним є виготовлення поверхонь 13 кришок і спряжених з ними торців напіввісей 7 сферичними. Сферична форма поверхонь забезпечує краще сприйняття моментних навантажень, що діють на напівосі. Напівосі мають опорні поверхні 18 які взаємодіють із торцевими поверхнями 19 корпуса 1. Взаємодіючі поверхні 18 і 19 як правило є плоскими. Вони виготовлені точними (відхилення від площини не більше 1 мкм) і мають високу твердість (HRC 62...64). Корпус і напіввісі виготовлені таким чином, що в зібраному стані між поверхнею сфери 3 і ввігнутими поверхнями напіввісей 5 наявний незначний зазор (1...2 мкм). Величина зазору забезпечується доводочною операцією - притиранням поверхонь 5 безпосередньо по поверхні сфери. Шарнір для просторового механізму працює наступним чином. При наявності тиску робочого середовища в магістралі 12 розвантажувальні кармани 6 та компенсуючі кармани 8 заповнені стисненим робочим середовищем, яке протікає в зазор між сферою і спряженими із нею торцевими поверхнями 5, а потім витікає в порожнину корпуса шарніра. Наявність дроселів 11 та 10 приводить до появи перепаду тиску на них і відповідно тиск робочого середовища в компенсуючому кармані 8 буде менший ніж тиск в магістралі 12, тиск в кармані 6 буде менший ніж тиск в кармані 8. Ефективна площа кармана 8 і тиск в ньому більші, ніж ефективна площа кармана 6, тому на піввісь 4 буде діяти осьова сила тиску в напрямку до сфери. Дана сила буде притискати напіввісь 4 до корпуса 1, вибираючи зазори між контактуючими поверхнями 18 напівосі та 19 корпуса. При цьому кришки 14 будуть навантажені силами тиску, що будуть відтискати кришки 14 від корпуса 1. Дані сили будуть сприйматись гвинтами 15, а деформації гвинтів, які приведуть до збільшення зазору між напіввісями 4 і кришками 14, є незначними і будуть компенсовані ущільненнями 17. При дії горизонтального корисного навантаження (наприклад зліва направо) на штангу 2 і сферу 3 сила корисного навантаження буде пере 5 43729 міщувати сферу у напрямку зменшення зазору між поверхнею сфери і спряженою з нею поверхнею 5 напівосі 4. Зменшення зазору приведе до збільшення гідравлічного опору щілини та підвищення тиску в кармані 6, а відповідно і в кармані 8. Підвищення тиску в кармані 6 буде компенсувати корисне навантаження. Підвищення тиску в кармані 8 приведе до збільшення сили яка притискає напіввісь 4 до корпуса 1. Таким чином, наявність корисного навантаження приводить до збільшення сили, яка утримує напіввісь, а відповідно до збільшення жорсткості шарніра. Підвищення жорсткості суттєвим чином підвищує статичну точність положення сфери, а, відповідно, і штанги просторового механізму. Аналогічна ситуація має місце і при дії корисного навантаження на штангу у вертикальному напрямку. При корисному навантажені, направленому по осі штанги (наприклад, вниз), зменшується зазор між сферою і спряженою з нею поверх Комп’ютерна верстка І.Скворцова 6 нею напівосі 4 в околиці кармана 6. В той же час зазор в околиці верхнього кармана півосі 4 збільшується. При зменшенні зазора в околиці кармана 6 росте гідравлічний опір щілини і тиск в карманах 6 і 8 збільшується. При цьому виникає крутний момент сил тиску на напіввісь 4, який обумовлює її поворот по годинниковій стрілці в межах пружних деформацій напівосі 4 та контактних деформацій у спряженнях напівосі 4 і корпуса 1. Виникаючий момент суттєвим чином підвищує жорсткість шарніра, а відповідно і точність положення сфери і штанги. Джерела інформації: 1. Крайнев А.Ф. Идеология конструирования. М.: Машиностроение, 2003.-384с. 2. Бушуев В.В. Практика конструирования машин. - М.: Машиностроение, 2006. -448с. 3. Козлов А.И. Патент RU2002134C1, МКИ F16D3/16. Заявл. 23.12.1991; Опубл. 30.10.1993. Бюл.№39-40. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601