Карданний шарнір

1 Карданний шарнір, що складається з хрестовини і вилок, з'єднаних з пальцями хрестовини через тіла кочення - ролики, який відрізняється тим, що ролики встановлено по довжині пальців багаторядно і в пальцях виконано осьові розточки, стінку яких по довжині пальця виконано з пропорцюнальним зменшенням и діаметра від площини, що проходить по дальньому торцю дальнього ролика відносно центра хрестовини до днища розточки, яке лежить у зоні площин, що проходять між ділянками сполучення пальця з двома сусідніми пальцями, і товщина стінки пальця, яка лежить у площині по дальньому торцю дальнього ролика, складає 0,1-0,3D - діаметра пальця, а в площині між торцями двох сусідніх роликів у зоні середини довжини пальця -1,1-1,4 товщини стінки у площині дальнього торця дальнього ролика 2 Карданний шарнір за п 1, який відрізняється тим, що стінку розточки по довжині пальця в розтині виконано у вигляді кривої вище другого порядку, а діаметр днища розточки складає 0,5-0,9 діаметра розточки у площині, що проходить по дальньому торцю дальнього ролика відносно центра хрестовини 3 Карданний шарнір за пп 1, 2, який відрізняється тим, що у днищі осьової розточки в пальці встановлено осьовий упорний підшипник, який упирається в тіло вилки через штангу, зафіксовану в розточці виступу вилки, що вільно із зазором входить у розточку пальця Винахід відноситься до прокатного устаткування і може бути використаний для передачі крутильного моменту з динамічними і статичними навантаженнями Відомий карданний шарнір(а с № 903598, МКл З F16C11/06, 1982, БИ № 5), який складається з хрестовини і вилок, з'єднаних з пальцями хрестовини через тіла кочення - ролики Ролик виконано у вигляді зрізаного конуса, поверненого меншою основою у бік днища стакана підшипника у зоні більшої її основи, потім зусилля передасться пальцю усією по довжині пальця ділянкою ролика і після виникнення максимально необхідного крутильного моменту, при якому, як правило, відбувається прогин пальця з правої кубічної параболи, контактний тиск на палець знову переходить на ділянку ролика біля більшої його основи, де створюється максимальне навантаження на підшипник При частих динамічних навантаженнях на шарнір, властивих, наприклад, пільгерстану, можливе виникнення тріщин біля роликів, вм'ятин на ділянках пальця і вилки у зоні високих контактних тисків і вихід шарніра з ладу В основу винаходу покладено завдання підвищити СТІЙКІСТЬ шарніра за рахунок збільшення контактної поверхні роликів відносно поверхні пальців хрестовини і підвищити СТІЙКІСТЬ підшипникових вузлів шляхом перерозподілу навантажень на підшипниковий вузол по довжині і по бокових поверхнях пальців хрестовини, за рахунок створення овалізацм одночасно зі згином пальця при Конусність К = 2р Н-2І Де р - радіальний зазор карданного підшипника, Н - висота хрестовини, І - довжина ролика Недоліком відомого шарніра є незначна його ДОВГОВІЧНІСТЬ, особливо при передачі крутильних моментів з високими динамічними навантаженнями Ролик підшипника спочатку передає зусилля на палець хрестовини своєю ділянкою, що лежить О (О со 43926 шим числом радіальних роликів і рівномірне розподілення навантаження на ролики і палець хрестовини Цей процес може відбуватися при товщині стінки пальця у площині, що проходить по дальньому торцю дальнього ролика відносно центра хрестовини, який дорівнює 0,1-0,3 "D" діаметра пальця При товщині стінки менш ніж 0,1 "D" відбуватиметься різка овалізація стінки пальця без його згинання, тобто, не буде вибиратися зазор по всій довжині пальця і можливе заклинювання роликів у зонах пальця, перпендикулярних зоні прикладення зусиль від ведучої вилки Крім цього, стінки пальця у зоні прикладених зусиль можуть зім'ятися І шарнір в цілому зруйнуватися При товщині стінки більш ніж 0,3 "D" процесу овалізацм може взагалі не статися, відбудеться тільки згинання пальця і на ДІЛЯНЦІ, ближче до його торця, в початковий момент передачі зусилля від ведучої вилки різко збільшується контактний тиск і ВІДПОВІДНО виникає пікове навантаження на Наведена сукупність ознак заявленого карпалець і підшипник При відсутності процесу оваліданного шарніра є достатньою у всіх випадках, на зацм відбувається різкий перерозподіл навантаякі поширюється обсяг правового захисту ження по довжині пальця від максимального наваОкрім цього, заявлений карданний шарнір має нтаження в зоні торця пальця і нульового й ІНШІ ВІДМІННІ ознаки, які розвивають, доповнюють навантаження біля його основи в перший момент і характеризують винахід в окремих випадках його прикладення зусилля від ведучої вилки в період виконання і використання залежно від конкретних вибірки технологічних зазорів по довжині пальця умов виготовлення і експлуатації до максимального навантаження біля основи паУ карданному шарнірі, згідно з винаходом, стільця і нульового у торцевій зоні пальця при станку розточки по довжині пальця в розтині виконано лому прикладенні зусиль на нього і після вибірки у вигляді кривої вище другого порядку, а діаметр технологічних зазорів по довжині пальця Такий днища розточки складає 0,5 - 0,9 діаметра розточнерівномірний розподіл навантаження по довжині ки у площині, що проходить по дальньому торцю пальця хрестовини і на підшипниковому вузлі збідальнього ролика відносно центра хрестовини льшує контактний тиск у зоні основи пальця і приОкрім цього, у карданному шарнірі, згідно з зводить до швидкого спрацювання підшипникового винаходом, осьовий упорний підшипник встановвузла лено у днищі осьової розточки в пальці хрестовини і він упирається в тіло вилки через штангу, зафікВиконання товщини стінки пальця в зоні сересовану в розточці виступу вилки, що вільно із задньої його довжини у площині між торцями двох зором входить у розточку пальця хрестовини сусідніх роликів, яка дорівнює 1,1 - 1,4 товщини стінки пальця у площині дальнього торця відносно Встановлення роликів по довжині пальця хрецентра хрестовини необхідно для забезпечення стовини багаторядно забезпечує за інших умов плавного згасання процесу овалізацм до точки збільшення площі їх прилягання до ЗОВНІШНІХ поперетинання лінії зміни навантаження на підшипверхонь пальців по їх довжинах при ЗМІНІ геометниковий вузол при переході від початкового момеричного профілю поверхні пальця, при його згині у нту прикладення зусилля на палець до стабілізопроцесі прикладення зусиль від ведучої вилки каваного процесу передавання зусиль від ведучої рданного шарніра вилки шарніра У цьому випадку створюються Виконання поверхні стінки осьової розточки у умови плавного переходу навантаження на підшипальці хрестовини по його довжині з пропорцюнапниковий вузол і рівномірніше перерозподілення льним зменшенням и діаметра від площини, що навантаження на підшипниковий вузол по довжині проходить по дальньому торцю дальнього ролика пальця відносно центра хрестовини, до днища розточки, яке лежить у зоні площин, що проходять між діляПри товщині стінки у середній частині пальця нками сполучення пальця з двома сусідніми пальменш ніж 1,1 товщини стінки пальця у площині цями, при якому товщина стінки пальця, що ледальнього торця дальнього ролика гасіння оваліжить у площині дальнього торця дальнього ролика зацм відбуватиметься вище зони рознімання сусіскладає 0,1 - 0,3 "D" - діаметра пальця, забезпедніх по довжині пальця роликів, і котрийсь з роличує створення процесу овалізацм стінки пальця з ків перебуватиме в зоні кінця овалізацм, де буде одночасним його згином у момент прикладення максимальний контактний тиск на цей ролик зусиль від ведучої вилки Окрім цього, точка перетину ЛІНІЙ навантаження при переході від початкового моменту прикладенПроцес овалізацм стінки пальця з розширення зусилля обертання до стабілізованого перебуням його діаметра в зонах перпендикулярних відватиме ближче до торця пальця хрестовини і рівносно зони прикладення зусилля на палець ведуномірність перерозподілу напруги на чою вилкою шарніра, на величину, що дорівнює підшипниковий вузол при стабілізованому процесі двом технологічним зазорам у підшипнику, забезбуде знижено печує збільшення площі контактного тиску біль прикладенні зусилля і збільшення площі охоплення поверхні пальця радіальними роликами Поставлене завдання досягається тим, що у карданному шарнірі, який складається з хрестовини і вилок, з'єднаних з пальцями хрестовини через тіла кочення - ролики, згідно з винаходом, ролики встановлено по довжині пальців багаторядно і в пальцях зроблено осьові розточки, стінку яких по довжині пальця виконано з пропорцюнальним зменшенням м діаметра від площини, що проходить по дальньому торцю дальнього ролика відносно центра хрестовини, до днища розточки, яке лежить у зоні площин, що проходять між ділянками сполучення пальця з двома сусідніми пальцями, і товщина стінки пальця в площині дальнього торця дальнього ролика складає 0,1 - 0,3 "D" діаметра пальця, а в площині між торцями двох сусідніх роликів у зоні середини довжини пальця 1,1 - 1,4 товщини стінки у площині дальнього торця дальнього ролика 43926 Завдякивиконанню стінки розточки в пальці по його довжині у вигляді кривої лінії вище другого порядку, що фактично відповідає кривій прогину пальця після прикладення зусилля ведучою вилкою, спостерігається плавний перехід овалізаційноі ділянки пальця по його довжині до ділянки мінімального нахилу пальця Величину діаметра днища розточки в пальці, що складає 0,5 - 0,9 діаметра розточки в площині, яка проходить по дальньому торцю дальнього ролика відносно центра хрестовини, вибрано з умов деформації пальця від навантаження, яке до нього прикладається При передачі шарніром динамічних навантажень, прикладених з більшою частотою, наприклад, шарнір кардана пільгерстана, орієнтуватися при проектуванні шарніра на величину еквівалентного навантаження не завжди доцільно, оскільки динамічне (пікове) навантаження у 4 - 11 разів перевищує статичне Визначають еквівалентне навантаження з низькою вірогідністю, що визначається достовірністю вихідних даних Виходячи з МІЦНОСТІ пальця хрестовини на втому від високої ЦИКЛІЧНОСТІ динамічних навантажень, якщо такі спостерігатимуться, доцільно знизити концентратор напруг і встановити діаметр днища розточки 0,5 від діаметра розточки в частині пальця хрестовини, що проходить в площині торця дальнього ролика При проектуванні шарніра, базуючись на еквівалентне (статичне) навантаження, дотримують рівноміцність усіх його елементів У такому разі максимально можливий діаметр днища розточки складе 0,9 від діаметра розточки в торцевій зоні пальця хрестовини Окрім того, вибраний діапазон діаметра днища розточки дозволяє встановити в ньому осьовий упорний підшипник, а зроблений виступ у вилці для закріплення штанги і через неї осьового упорного підшипника забезпечує підвищення характеристик вилки щодо її МІЦНОСТІ, зникає потреба в додатковій розточці у вилці і пальці хрестовини під закріплення осьового підшипника Пристрій пояснюється фігурами На фіг 1 зображено вузол шарніра в зборі у поздовжньому розтині, на фіг 2 - епюра розподілу навантажень у початковий момент прикладення зусилля від ведучої вилки, на фіг 3 - епюра розподілу навантажень у момент переходу від початкового прикладення зусилля до сталого процесу передачі зусилля від ведучої вилки, на фіг 4 - епюра розподілу навантажень на палець хрестовини у сталому процесі обертання шарніра, на фіг 5 - епюра розподілу радіальних навантажень на палець хрестовини Карданний шарнір складається з хрестовини 1 і вилок 2 (фіг 1), з'єднаних з пальцями 3 через тіла кочення - ролики 4 У пальцях 3 хрестовини 1 зроблено осьові розточки 5 Між ЗОВНІШНЬОЮ поверхнею пальця З і поверхнею розточки у вилці 2 встановлено багаторядно ролики 4, що містяться в сепараторах 6 Стінку осьової розточки 5 пальця 3 по його довжині "І" виконано з пропорцюнальним зменшенням її діаметра від площини, що проходить по дальньомуторцю ролика 4 відносно центра хрестовини 1 (фіг 5) розточки 5 Днище 7 лежить у зоні площин С-С, Сі - Сі між ділянками С Сі сполучення пальця 3 хрестовини 1 із сусідніми пальцями Товщина стінки пальця 3, що лежить у площині по дальньому торцю "Р" ролика 4 відносно центра хрестовини 1, складає 0,1 - 0,3 "D" - діаметра пальця З хрестовини 1 Товщина стінки пальця 3, що лежить у площині "m"-"n", яка проходить між торцями двох сусідніх роликів 4 в зоні середини довжини "L" пальця 3, складає 1,1 -1,4 товщинистінкипальця 3 у площині дальнього торця дальнього ролика 4 Стінка розточки 5 по довжині "L" пальця 3 у поздовжньому перетині являє собою криву вище другого порядку - кубічну параболу Діаметр "d" днища 7 розточки 5 складає 0,5 - 0,9 діаметра розточки 5 у площині, що проходить по дальньомуторцю "Р" дальнього ролика 4 У днищі 7 розточки 5 пальця 3 встановлено осьовий підшипник 8, який упирається в тіло вилки 2 через штангу 9, зафіксовану у розточці виступу 10 вилки 2 Виступ 10 вільно входить у розточку 5 Вилка 2 має канал 11 для подачі мастила у підшипник 8 Ролики 4 біля основи пальця 3 закрито ущільнювальним кільцем-кришкою 12 Збирають карданний шарніртаким чином На фіг 1 показано як варіант вузол шарніра зі складовою вилкою, скріпленою стяжним болтом (фігура кріплення напіввилок стяжним болтом відсутня) В розточку у виступі 10 вилки 2 встановлюють штангу 9 кріплення підшипника 8 У розточку вилки 2 встановлюють сепаратор 6 з роликами 4 і фіксують ущільнювальним кільцем 13 Потім напіввилку нанизують разом з роликами 4 на палець 3 хрестовини 1, попередньо встановивши на днище 7 осьовий підшипник 8 Аналогічно збирають протилежну напіввилку, потім стяжним болтом (на фіг відсутній) з'єднують напіввилки Карданний шарнір працює таким чином за умови, що ведучою є вилка 2, зусилля від неї передасться в початковий момент через ролики 4 на дальню-кінцеву ділянку пальця З У цей момент відбувається згин стінки 13 пальця 3 і овалізація стінки пальця 3, навантаження на підшипниковий вузол розподіляється по епюрі фіг 2 Стінка 13 пальця 3 збільшується у діаметрі в точках, перпендикулярних точці прикладення зусиль роликами 4 Діаметр стінки збільшується при заданій товщині стінки, що дорівнює 0,1 - 0,3 D - діаметра пальця, на величину двох технологічних зазорів 5 (5 = 20 - 40мкм при D = 150 - 280мм) При цьому участь у прикладенні зусиль на палець 3 бере більша КІЛЬКІСТЬ роликів 4, отже перерозподіляється і зменшується контактний тиск роликів на поверхні пальця З Навантаження на підшипниковий вузол і палець З хрестовини 1 радіально розподіляється рівномірніше (див епюри 15 фіг 5 замість епюри 14) на більшу площу пальця 3 (фіг 5) В період переходу від початкового прикладення зусиль, у момент вибірки технологічних зазорів по довжині "вв-і" пальця до стабілізованого зусилля розподіл навантаження відбувається по епюрі (фігЗ) У сталому режимі обертання шарніра навантаження на підшипниковий вузол і на палець З хрестовини 1 розподіляється рівномірніше по довжині "вв-і" пальця 3 (фіг 4) Цей винахід може бути застосований на всіх станах для передачі крутильних моментів з кутом переносу до 16° 43926 Фиг1 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90