Універсальний шарнір

Універсальний шарнір відноситься до механізмів, які можуть бути використані, наприклад, у приводах прокатних станів, у приводах листоправильних машин та інших металургійних машинах для з'єднання валів робочих органів машин з валами привода. Відомий універсальний шарнір по авторському посвідченню СРСР №452378, В21В35/14, Б16Д 3/22. До його складу входять кулі, встановлені в сферичних розточеннях головки, виконаних на її зовнішній поверхні, обойма, у циліндричних розточеннях якої розташовані вкладиші із внутрішніми сферичними розточеннями для куль. Довжина кожного циліндричного розточення обойми перевищує довжину вкладиша. Робота шарніра здійснюється наступним чином. Крутильний момент від двигуна передається через обойму, вкладиші і кулі до головки шарніра, яка є, наприклад, продовженням шпинделя, і далі - до робочого органа машини. Спочатку шпиндель, який з'єднує, наприклад, приводний вал шестеренної кліті з робочим валком прокатної кліті за допомогою універсальних шарнірів, розміщається під кутом до обрію через розбіжність висотних позначок осей елементів, що з'єднуються. Після переточування бочки робочого валка зміниться і кут нахилу шпинделя з головками відносно обойми універсального шарніра. При зміні кута нахилу головки шарніра вкладиші переміщаються у відповідну сторону в межах зазорів між їхніми торцевими поверхнями та поверхнями циліндричних розточень, і чим більше кут нахилу, тим більше величина цього переміщення, а кулі переміщаються відносно сферичних розточень вкладишів у межах зазорів, які існують між ними та згаданими розточеннями. При цьому величини зазорів, виконаних у межах поля допуску на розмір, між кулями і сферичними розточеннями повинні бути достатніми для забезпечення працездатності вузла без заклинювання елементів шарніра. При передачі крутильного моменту робоче навантаження сприймає і передає та пара діаметрально встановлених куль, яка розміщена у вкладишах з меншим зазором, при цьому інші кулі обертаються з биттям у межах зазорів між ними та сферичними розточеннями вставок, що приводить до додаткових динамічних навантажень у шарнірі. Все це знижує довговічність вузла та приводить до зниження навантажувальної здатності універсального шарніра, тобто обмеженню величини переданого крутильного моменту. Таким чином, до недоліків аналога відноситься низька довговічність і незадовільна навантажувальна здатність універсального шарніра. Відомий також універсальний шарнір по авторському посвідченню СРСР №534264, В21В35/14, F16D3/22, конструктивно більш близький до рішення, що заявляється, і прийнятий у якості прототипу. До його складу входять головка зі сферичними діаметрально виконаними лунками, у яких встановлені кулі. Кулі розташовані в пазах, виконаних на внутрішніх поверхнях вкладишів, і мають форму напівторів, обкреслених із центра шарніра. Для центрування головки шарніра відносно осей вкладишів, встановлених у розточеннях, виконаних із внутрішньої сторони обойми, передбачені додаткові вкладиші з тілами кочення, призначеними для взаємодії із зовнішньою поверхнею головки. Додаткові вкладиші розміщені в пазах обойми з можливістю радіального регулювання за допомогою прокладок. При цьому кулі розміщені в пазах вкладишів із зазором, величина якого значно менша, ніж в аналогу, тому що він повинен забезпечувати тільки можливість переміщення куль відносно паза вкладиша відповідно до вимог технологічно заданої посадки руху. Робота універсального шарніра здійснюється аналогічно описаному раніше, і при будь-яких кутах нахилу головки при передачі крутильного моменту відсутнє биття в елементах шарніра, що сприяє підвищенню довговічності вузла у порівнянні з аналогом. Однак дана конструкція має обмежені навантажувальні здатності, тому що сприймають і передають крутильний момент від привода до робочого органа, також як і в аналогу, дві діаметрально протилежних кулі, а для підвищення навантажувальної здатності вузла необхідно збільшити або кількість куль, або їхні діаметри, що приведе до значного збільшення габаритів шарніра. Збільшення габаритів універсальних шарнірів у багатьох випадках обмежено розмірами робочих органів. Наприклад, збільшення габаритів універсальних шарнірів, які використовують у приводних вузлах прокатних клітей, і у листоправильних машинах обмежено діаметрами валків кліті та діаметрами роликів листоправильних машин. Підвищення навантажувальної здатності універсального шарніра привода викликано необхідністю забезпечення підвищення продуктивності металургійного обладнання. Одним із засобів підвищення продуктивності прокатного стана є збільшення обтиснення металу в кліті, що досягається шляхом збільшення тиску металу на валки за рахунок збільшення крутильного моменту, який передається від привода через універсальні шарніри. До недоліків прототипу слід віднести неможливість підвищення навантажувальної здатності універсального шарніра без збільшення його габаритів. Задачею корисної моделі є створення універсального шарніра, який має високу навантажувальну здатність, без збільшення габаритів вузла. Поставлене завдання вирішується за рахунок технічного результату, який полягає у збільшенні загальної площі робочої поверхні елементів, що сприймають та передають крутильний момент. Для досягнення зазначеного технічного результату універсальний шарнір, до складу якого входять головка зі сферичними діаметрально розміщеними лунками, у яких установлені кулі, та обойма, у пазах якої розташовані вкладиші із внутрішніми поверхнями у формі півторів, обкреслених із центра шарніра і призначених для контакту з кулями, відповідно до корисної моделі постачений двома додатковими кулями та двома сухарями, а в головці виготовлені дві діаметрально протилежні канавки у формі півтора, обкресленого із центра шарніра, крім того, в обоймі виконані додаткові протилежні пази для розміщення сухарів, на внутрішній поверхні кожного з яких виготовлена сферична лунка для розміщення в ній додаткової кулі, при цьому канавки головки у формі півтора розташовані в площині, перпендикулярній площині розміщення її сферичних лунок, а додаткові пази для розміщення сухарів обойми виконані в площині, перпендикулярній площині розміщення пазів для вкладишів. У результаті порівняльного аналізу технічного рішення, що заявляється, і прототипу встановлено, що вони мають наступні загальні ознаки: - головка зі сферичними діаметрально розміщеними лунками; - кулі, розташовані у сферичних лунках головки; - вкладиші, виконані із внутрішніми поверхнями у формі півторів, обкреслених із центра шарніра і призначені для контакту з кулями; - обойма з пазами, у яких встановлені вкладиші; і відмітні ознаки: - постачання двома додатковими кулями та двома сухарями; - виконання в головці двох діаметрально протилежних канавок у формі півтора, обкресленого із центра шарніра; - виконання в обоймі додаткових протилежних пазів для розміщення сухарів; - виготовлення на внутрішній поверхні кожного із сухарів сферичної лунки для розміщення в ній додаткової кулі; - розташування канавок головки у формі півтора в площині, - виконання додаткових пазів для розміщення сухарів обойми в площині, перпендикулярній площині розміщення пазів для вкладишів. Таким чином, універсальний шарнір має нові конструктивні елементи, нові зв'язки, нові форми виконання елементів і нові взаємні розташування елементів. Між відмітними ознаками і технічним результатом, що досягається, існує причинно-наслідковий зв'язок. Завдяки постачанню двома додатковими кулями і двома сухарями, а також завдяки виконанню в головці двох діаметрально протилежних канавок у формі півтора, обкресленого із центра шарніра і виконанню додаткових протилежних пазів в обоймі для розміщення сухарів, на внутрішній поверхні кожного з яких виготовлена сферична лунка для розміщення в ній додаткової кулі, а також завдяки розміщенню канавок головки у формі півтора в площині, перпендикулярній площині розміщення її сферичних лунок, а додаткових пазів для розміщення сухарів обойми у площині, перпендикулярній площині розміщення пазів для вкладишів, стало можливим при будь-якому технологічно обґрунтованому куті нахилу і напрямку нахилу головки за рахунок збільшення загальної площі поверхні контакту куль, взаємодіючих з вибірками вкладишів, сухарів і головки, збільшити робочі зусилля, які виникають при передачі більших по величині крутильних моментів, без збільшення при цьому питомих тисків у місцях контактів елементів, і збільшити навантажувальну здатність універсального шарніра, не збільшуючи габаритів універсального шарніра. Виключення з вищевказаної сукупності відмітних ознак хоча б одної не забезпечує досягнення технічного результату. Корисна модель не відома з рівня техніки, тому вона є новою. Корисна модель має винахідницький рівень тому, що розглянута вище конструкція універсального шарніра для фахівця наявним чином не випливає з рівня техніки. Корисна модель промислово застосована, тому що її виготовлення в умовах, наприклад, ЗАТ НКМЗ не представляє складностей. З використанням технічного рішення, що заявляється, виконаний технічний проект для кліті прокатного стана 2000 гарячої прокатки Магнітогорського металургійного комбінату. Таким чином, заявляємому рішенню може бути надана правова охорона, тому що воно є новим, має винахідницький рівень і промислово застосовано. Корисна модель пояснюється кресленнями, на яких зображене наступне: Фіг.1 - універсальний шарнір у поперечному перерізі; Фіг.2 - перетин А-А по Фіг.1; Фіг.3 - перетин Б-Б по Фіг.1; Фіг.4 - перетин В-В по Фіг.1. До складу універсального шарніра входять обойма 1, на внутрішній порожнині якої виконані чотири діаметрально протилежних пази для розміщення двох вкладишів 2 і двох сухарів 3, чотири кулі 4. На зовнішній поверхні головки 5 виготовлені дві сферичні діаметрально протилежні лунки і дві діаметрально протилежні канавки 6, кожна з яких має форму півтора, обкресленого із центра шарніра. Площина розташування канавок 6 перпендикулярна площини розміщення лунок головки. У канавках 6 і лунках головки 5 розміщені кулі 4 з мінімальними зазорами, які забезпечують рухливі посадки у з'єднаннях. Кожний вкладиш 2 виготовлений із внутрішньою поверхнею у формі півтора, обкресленого із центра шарніра, для розміщення кулі 4, а кожний сухар 3 має на внутрішній поверхні сферичні лунки для розміщення кулі 4. Вкладиші 2 встановлюють над сферичними лунками головки 5, а сухарі 3 - над канавками 6 головки 5, що мають форму півтора, обкресленого із центра шарніра. Крім того, у діаметрально протилежних розточеннях обойми 1 встановлені центруючи фіксатори, виконані в цьому випадку у вигляді додаткових вкладишів з тілами кочення, розміщеними з можливістю взаємодії із зовнішньою поверхнею головки 5. Між розточеннями обойми 1 і додатковими вкладишами встановлені регулювальні прокладки. Працює універсальний шарнір наступним чином. До початку роботи виставляють вісь головки на вісь вкладишів і досягають контакту тіл кочення центруючи фіксаторів із зовнішньою поверхнею головки, використовуючи регулювальні прокладки, і фіксують елементи в даному положенні. Через розбіжність висотних відміток вихідного вала приводного механізму і вала прокатної кліті шпиндель, що несе головку 5, встановлюють під кутом. При нахилі головки 5 кулі 4, встановлені в сферичних лунках головки 5, переміщаються відносно внутрішніх поверхонь вкладишів 2, що мають форму півторів, зміщаючись від свого номінального положення, а канавки 6 головки 5 переміщається відносно розміщених в них куль 4, які находяться у сферичних розточеннях сухарів 3. Такі переміщення виконують елементи універсального шарніра при встановленні на будь-який кут головки 5 відносно обойми 1. Крутильний момент від привода передається від обойми 1 головці 5 чотирма кулями 4, вкладишами 2, сухарями 3. Із усього вищевикладеного видно, що виконання універсального шарніра відповідно до формули корисної моделі дозволяє передавати крутильний момент більшою кількістю куль без збільшення діаметра головки при будь-якому куті нахилу і напрямку нахилу головки за рахунок збільшення загальної площі поверхні контакту куль, взаємодіючих з вибірками вкладишів, сухарів і головки, без збільшення при цьому питомих тисків у місцях контактів елементів, що приводить до збільшення навантажувальної здатності універсального шарніра, без збільшення габаритів універсального шарніра.