Універсальний шарнір

Універсальний шарнір, що містить контактуючі між собою по сферичних поверхнях роз'ємну обойму і головку вала, виконані з пазами, в яких радіально розміщені пружні сполучні ланки, що передають крутний момент, який відрізняється тим, що сполучні ланки виконані з сферичними C2 2 (19) 1 3 78469 4 передаючі крутний момент пружні сполучні ланки шенні технічної задачі і використанні винаходу, [«Універсальний шарнір», UA42976А, (Герасименполягає в підвищенні надійності роботи і довговічко В.Г., UA, Світличний О.В., U A, Ченський В.В., ності конструкції універсального шарніра. UA), 15.11.2001, найближчий аналог – прототип]. Поставлена технічна задача вирішується, а Сполучні ланки виконані циліндровими з осьотехнічний результат досягається тим, що в універвими отворами і подовжніми прорізами, які форсальному шарнірі, що містить контактуючі між сомують середні і бічні сегменти, що пружно дефорбою по сферичних поверхнях роз'ємну обойму і муються. головку валу, виконаних з пазами, в яких радіальПри цьому сполучні ланки забезпечені кільцяно розміщені передаючі крутний момент, пружні ми, розміщеними в кільцевих проточках на їх внутсполучні ланки, згідно винаходу, сполучні ланки рішніх поверхнях, і зовнішніми валиками, виконавиконані з сферичними головками, обойма виконими на зовнішніх поверхнях їх вн утрішніх нана роз'ємною по площині, що проходить через кінцевих частин. центр її сферичної поверхні, перпендикулярної її У такому шарнірі забезпечується рівномірний подовжньої осі, пази в обоймі виконані у вигляді розподіл зусиль на сполучні ланки при великих півсферичних порожнин, сполучених з внутрікутах перекосу осей обойми і сферичної головки. шньою поверхнею обойми каналами, що розшиКрім того, в цьому шарнірі динамічні навантаряються, пази в головці валу виконані у вигляді ження частково поглинаються середніми і бічними циліндрових каналів, розташованих паралельно сегментами сполучних ланок, що пружно дефорподовжній осі шарніра, в яких розміщені з можлимуються, унаслідок чого збільшується плавність вістю осьового переміщення напівциліндрові вклапередачі крутного моменту. диші, сполучені між собою в площині, що прохоПроте конструкція і компоновка сполучних ладить через подовжню вісь шарніра, а усередині нок такого шарніра не забезпечує необхідний тервкладишів виконані півсферичні порожнини, спомін їх служби і приводить до необхідності їх частої лучені із зовнішньою поверхнею вкладишів каназаміни, що знижує довговічність і надійність шарнілами, що розширяються, при цьому сполучні ланра в цілому. ки сферичними головками встановлені в Пояснюється це наступними недоліками конспівсферичних порожнинах обойми і вкладишів готрукції шарніра. ловки валу з можливістю повороту, а центри сфер У зв'язку з тим, що пази сферичної головки півсферичних порожнин обойми і вкладишів голорозташовані перпендикулярно її подовжній осі і вки валу, сполучених з одними і тими ж сполучнипазам обойми, то між зовнішніми поверхнями споми ланками, зміщені щодо один одного на кут а у лучни х ланок і стінками пазів сферичної головки напрямі передачі крутного моменту в площині, що існують вільні простори - зазори. проходить через центр сферичної поверхні обойВ результаті цього відсутні опорні поверхні з ми, перпендикулярної її подовжньої осі. протилежних сторін дії сил і все навантаження Приведені ознаки винаходу є суттєвими, оскіпередається на вісь шарнірного закріплення пружльки в сукупності достатні для вирішення поставного елементу, що приводить до несприятливих леної задачі, а кожен окремо необхідний для його згинаючих навантажень. ідентифікації. Наявність на бічній поверхні циліндрового стаТак, виконання сполучних ланок з сферичними кана зовнішнього валика передбачає точковий головками, забезпечує утворення кінцевих сфериконтакт із стінками паза, що приводить до значних чних опорних поверхонь. контактних напруг. За рахунок цього досягається можливість їх Проточка під розміщення внутрішнього кільця шарнірного повороту і зниження контактних напруг ослабляє перетин працюючих на вигин стінок прув опорних поверхнях посадочних місцях - пазах жного елементу, створюючи концентратори наобойми і головки валу при передачі крутного мопруг, сприяючі руйнуванню в цьому перетині. менту. Таким чином, наявність зазорів, високі контакВиконання обойми роз'ємною по площині, що тні напруги, наявність концентраторів напруг і непроходить через центр її сферичної поверхні, персприятливі умови навантаження (робота на вигин) пендикулярної її подовжньої осі, а пазів в обоймі у приводять до поступового руйнування і прискоревигляді півсферичних порожнин, сполучених з внуного зносу сполучних ланок і до необхідності їх трішньою поверхнею обойми каналами, що розчастої заміни, що пов'язане з повним розбиранням ширяються, забезпечує утворення сферичних шарніру. опорних поверхонь для сферичних головок сполуЦе обумовлює високу трудомісткість і тривачних ланок для формування шарнірних з'єднань. лість ремонтних робіт, що приводить до збільшенЗа рахунок цього спрощується монтаж або ня витрат на технічне обслуговування. демонтаж сполучних ланок в роз'ємній обоймі, Технічною задачею, на рішення якої направдосягається можливість шарнірного повороту сполений винахід, є удосконалення універсального лучни х ланок на проектний кут і знижуються конташарніра шляхом зміни компоновки, форми і геомектні напруги в опорних поверхнях посадочних тричних параметрів сполучних ланок і опорних місць - пазах обойми, виконаних у вигляді півсфеповерхонь посадочних місць, що дозволяє уникнуричних порожнин. ти концентрації напруг, понизити контактні напруги Виконання в головці валу пазів у вигляді циліміж сполучними ланками і стінками пазів і забезндрових каналів, розташованих паралельно попечити роботу сполучних ланок переважно на роздовжній осі шарніра, розміщення в них з можливістягування. тю осьового переміщення напівциліндрових Технічний результат, який досягається при рівкладишів, сполучених між собою в площині, що 5 78469 6 проходить через подовжню вісь шарніра, а також Таке удосконалення дозволяє підвищити доввиконання усередині вкладишів півсферичних поговічність і надійність роботи універсального шаррожнин, сполучених із зовнішньою поверхнею ніра. вкладишів каналами, що розширяються, забезпеЗ рівня техніки заявники не виявили рішення, чує утворення рухомих сферичних опорних поверспівпадаючі з сукупністю загальних і відмітних сутхонь для внутрішніх сферичних головок сполучних тєви х ознак вдосконаленого універсального шарланок і формування шарнірних з'єднань. ніра, внаслідок чого можна зробити висновок, що За рахунок цього спрощується монтаж або рішення, що заявляється, не є частиною рівня демонтаж сполучних ланок в головці валу, досягатехніки і відповідає критерію винаходу «новизна». ється можливість шарнірного повороту сполучних З рівня техніки заявники також не виявили ріланок на проектний кут і знижуються контактні нашення, співпадаючі з відмітними ознаками вдоскопруги в опорних поверхнях посадочних місць - паналеного універсального шарніра, внаслідок чого зах обойми, виконаних у вигляді півсферичних можна зробити висновок, що рішення, що заявляпорожнин. ється, для фахівця не є очевидним, не виходить з При цьому напівциліндрові вкладиші мають рівня техніки і відповідає критерію винаходу «винагоду переміщатися спільно з внутрішніми сфенахідницький рівень». ричними головками сполучних ланок уздовж циліНадалі винахід пояснюється описом прикладу ндрових каналів при обертанні обойми і головки його виконання і роботи з посиланнями на прикладені креслення. валу при куті перекосу їх осей, рівному a°. На Фіг.1 зображений універсальний шарнір, Це забезпечує самостійну установку сполучзагальний вид, подовжній розріз, кут перекосу них ланок в необхідному положенні при передачі осей обойми і валу рівний 0°. крутного моменту в такому стані. У зв'язку з тим, що сполучні ланки сферичниНа Фіг.2 зображений розріз А-А на Фіг.1. На Фіг.3 зображено сполучну ланку універсами головками встановлені в півсферичних порожльного шарніра, загальний вигляд. нинах обойми і вкладишів головки валу з можливіНа Фіг.4 зображений універсальний шарнір, стю повороту, забезпечується їх шарнірне загальний вигляд, подовжній розріз, кут перекосу з'єднання з обоймою і головкою валу і досягається зниження контактних напруг в місцях сполучення осей обойми і валу рівний a°. сферичних опорних поверхонь. Універсальний шарнір (Фіг.1-4) містить контакУ зв'язку з тим, що центри сфер півсферичних туючі між собою по сферичних поверхнях роз'ємну порожнин обойми і вкладишів головки валу, спообойму 1 і головку 2 валу 3, виконаних з пазами, в лучених з одними і тими ж сполучними ланками, яких радіально розміщені передаючі крутний момент пружні сполучні ланки 4. зміщені щодо один одного на кут g у напрямі переСполучні ланки 4 (Фіг.3) виконані з сферичнидачі крутного моменту в площині, що проходить ми головками 5, 6, зв'язаними між собою циліндчерез центр сферичної поверхні обойми, перпенровою частиною 7. дикулярної її подовжньої осі, то сполучні ланки Обойма 1 (Фіг.1) виконана роз'ємною по плонахиляються на кут b у бік передачі крутного мощині 0-0, що проходить через центр її сферичної менту. поверхні, перпендикулярної її подовжньої осі, і У такому положенні сполучні ланки працюють складається з складових частин 8, 9, сполучених в сприятливіших умовах, переважно, на розтягуміж собою болтами 10 за допомогою штифтів 11 вання, що підвищує надійність і довговічність конс(Фіг.2) через регулювальні прокладки 12 (Фіг.1). трукції універсального шарніра. При цьому досягається можливість регулюОбумовлено це тим, що для сталі напруги, що вання зазору між складовими частинами 8, 9 допускаються, на розтягування перевищують наобойми 1 регулювальною прокладкою 12 необхідпруги, що допускаються, на вигин. ної товщини при зносі контактуючи х поверхонь Для забезпечення кутового зміщення (g) елементів обойми 1 і сферичної головки 2 валу 3. центрів сфер півсферичних порожнин обойми і Складова частина 8 обойми 1 є знімним елевкладишів головки валу відстань L між центрами ментом. сфер сферичних головок сполучних ланок вибиСферична поверхня 13 обойми 1, утворена рають більше відстані між радіусом R кола, на якій сферичними поверхнями кілець 14, 15 встановлерозташовані центри півсферичних порожнин них в розточках 16, 17 її складових частин 8, 9. обойми, і радіусом r кола, на якій розташовані Пази в обоймі 1 виконані у вигляді півсферичцентри півсферичних порожнин циліндрових вкланих порожнин 18, 19 (Фіг.2) в її складових частинах дишів головки валу. 8, 9, сполучених з внутрішньою поверхнею обойми Таким чином, за рахунок раціональної компоканалами 20, 21, що розширяються. новки, форми і геометричних параметрів сполучГоловка 2 валу 3 (Фіг.1, 4) виконана з сферичних ланок вдосконалений універсальний шарнір, ною поверхнею 22, при цьому діаметр і центр її що характеризується новою сукупністю суттєвих сфери співпадають з діаметром і центром сфери ознак, придбаває нові властивості, які полягають в сферичної поверхні 13 обойми 1, утвореної сфеліквідації концентраторів напруг, в суттєвому зниричними поверхнями кілець 14, 15. женні контактних напруг між взаємодіючими опорПази в головці 4 вали 5 (Фіг.1, 2) виконані у виними поверхнями деталей і поліпшенні умов робогляді циліндрових каналів 23, розташованих парати сполучних ланок при передачі крутного лельно подовжній осі шарніра. моменту. У каналах 23 розміщені з можливістю осьового При такій компоновці сполучні ланки працюпереміщення напівциліндрові вкладиші 24, сполують, переважно, на розтягування. 7 78469 8 чені між собою в площині, що проходить через обертання обойми 1 передається на головку 2 подовжню вісь шарніра. валу 3 за допомогою сполучних ланок 4. Усередині вкладишів 24 (Фіг.2) виконані півКут перекосу обойми 1 і валу 3 може бути рівсферичні порожнини 25, сполучені із зовнішньою ний 0° (Фіг.1). поверхнею вкладишів 24 каналами 26, що розшиПри передачі крутного моменту навантаження ряються. сприймають циліндрові частини 7 сполучних ланок Сполучні ланки 4 (Фіг.2, 4) сферичними голо4, які піддаються розтягуючим зусиллям (Фіг.2). вками 5, 6 встановлені в півсферичних порожниПри перекосі осей обойми 1 і валу 3 на кут a° нах 18, 19 і 25, відповідно, обойми 1 і вкладишів 24 (Фіг.4) навантаження також сприймають циліндрові головки 2 валу 3 з можливістю повороту. частини 7 сполучних ланок 4, які піддаються анаЦентри сфер півсферичних порожнин 18, 19 і логічним розтягуючим зусиллям. 25 обойми 1 і вкладишів 24 головки 2 валу 3, споПри цьому вкладиші 24 переміщаються уздовж лучених з одними і тими ж сполучними ланками 4, циліндрових каналів 23 головки 2 валу 3, а сферизміщені щодо один одного на кут у (Фіг.2) у напрячні головки 5, 6 сполучних ланок 4 провертаються мі передачі крутного моменту в площині 0-0, що щодо поверхонь півсферичних порожнин 18, 19 і проходить через центр сфери сферичної поверхні 25 обойми 1 і вкладишів 24 головки 2 валу 3 і са13 обойми 1, перпендикулярної її подовжньої осі. мостійно встановлюються в необхідне положення У положенні (Фіг.2) сполучні ланки 4 розташопід кутом q°. вуються під кутом b до радіальної площини, що За рахунок шарнірного з'єднання сполучних проходить через центр сфери сферичної головки 5 ланок 4 з обоймою 1 і головкою 2 валу 3 досягау бік передачі крутного моменту, внаслідок чого їх ється зниження контактних напруг в місцях сполуциліндрові частини 7 працюють в сприятливіших чення сферичних опорних поверхонь. умовах, переважно, на розтягування. Для проведення огляду та/або заміни сполучДля забезпечення кутового зміщення центрів них ланок 4 універсального шарніра роблять висфер півсферичних порожнин 18, 19 і 25 обойми 1 гвинчування болтів 10, відділення складової часі вкладишів 24 головки 2 валу 3 на згаданий кут g, тини (знімного елементу) 8 від складової частини 9 відстань L між центрами сфер сферичних головок обойми 1, після чого виймають вкладиші 24 і спо5, 6 сполучних ланок 4 повинна бути більше, ніж лучні ланки 4. відстань між згаданими радіусами R і r. Зношені сполучні ланки 4 замінюють новими, а Практично відстань L між центрами сфер сфезбирання універсального шарніра роблять в зворичних головок 5, 6 сполучних ланок 4 для забезротній послідовності. печення заданого кута у може бути вибрано з виПропоноване удосконалення універсального разу: шарніра усуває концентратори напруг, забезпечує L=K(R-r), зниження контактних напруг в сполучних ланках 4 і де: К - коефіцієнт пропорційності, К=1,15-1,30; покращує умови їх навантаження. R - радіус кола, на якому розташовані центри При цьому відбувається заміна роботи сполупівсферичних порожнин 18, 19 обойми 1; чних ланок 4 на вигин (прототип) роботою на розr - радіус кола, на якому розташовані центри тягування (винахід), як найсприятливішої з погляду півсферичних порожнин 25 вкладишів 24 головки 2 забезпечення міцності сполучних ланок 4. валу 3. Таке удосконалення дозволяє підвищити наКонкретне значення величини коефіцієнта К дійність роботи і довговічність конструкції універвибирають з урахуванням габаритних розмірів і сального шарніра. радіусів R і r обойми 1 і головки 2 валу 3, вибраних Пропонований універсальний шарнір відповізалежно від величини крутного моменту, що передає критерію «промислова придатність», оскільки дається. може бути виготовлений промисловим способом Це необхідно для досягнення максимально на будь-якому машинобудівному підприємстві із застосуванням універсального устатк ування, суможливого значення величини кута g, що забезпечасної технології і матеріалів. чує розташування сполучних ланок 4 під максимаПерелік позначень льним кутом b до радіальної площини, що прохо1. Обойма дить через центр сфери сферичної головки 5. 2. Головка Внаслідок чого циліндрові частини 7 сполуч3. Вал них ланок 4 працюють в основному на розтягу4. Сполучна ланка вання. 5. Сферична головка сполучної ланки 4 При цьому ведучою ланкою може бути, як 6. Сферична головка сполучної ланки 4 обойма 1, так і головка 2 валу 3. 7. Циліндрова частина сполучної ланки 4 А напрям обертання ведучої ланки співпадає з 8. Складова частина (знімний елемент) обойнапрямом обертання, наприклад приводу прокатми 1 ного стану або іншого агрегату. 9. Складова частина обойми 1 Для захисту універсального шарніра від пилу 10. Болт між обоймою 1 і валом 3, встановлена гнучка гоф11. Штифт рована мембрана 27, закріплена на обоймі 1 бол12. Прокладка тами 10 за допомогою притискної кільцевої плас13. Сферична поверхня обойми 1 тини 28 і зафіксована на валу 3 за допомогою 14. Кільце хомута 29 (Фіг.1). 15. Кільце Універсальний шарнір працює таким чином. 16. Розточка складової частини 8 обойми 1 При роботі універсального шарніра (Фіг.1-4) 9 78469 10 17. Розточка складової частини 9 обойми 1 24. Вкладиш головки 2 валу 3 18. Півсферична порожнина обойми 1 25. Півсферична порожнина вкладиша 24 го19. Півсферична порожнина обойми 1 ловки 2 валу 3 20. Канал, що розширяється, півсферичної по26. Канал, що розширяється, півсферичної порожнини 18 обойми 1 рожнини 25 вкладиша 24, головки 2 валу 3 21. Канал, що розширяється, півсферичної по27. Мембрана рожнини 19 обойми 1 28. Кільцева пластина 22. Сферична поверхня головки 2 валу 3 29. Хомут 23. Циліндровий канал головки 2 валу 3 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601