Універсальний шарнір

Універсальний шарнір, що містить контактуючі між собою по сферичній поверхні рознімну обойму 3 80029 Пояснюється це наступними недоліками конструкції шарніра. У зв'язку з тим, що пази сферичної головки розташовані перпендикулярно її подовжній осі і пазам обойми, то між зовнішніми поверхнями сполучни х ланок і стінками пазів сферичної головки існує вільні простори - зазори. В наслідок цього відсутня опорна поверхня з протилежної сторони дії сили і все навантаження передається на ось шарнірного закріплення пружного елементу, що приводить до несприятливих згинаючих навантажень. Наявність на бічній поверхні циліндрового стакана зовнішнього валика передбачає точковий контакт із стінками паза, що приводить до значних контактних напруг. Проточка під розміщення внутрішнього кільця ослабляє перетин працюючих на вигин стінок пружного елементу, створюючи концентратори напруг, сприяючі руйнуванню в цьому перетині. Таким чином, наявність зазорів, високі контактні напруги, наявність концентраторів напруг і несприятливі умови навантаження (робота на вигин) приводять до поступового руйнування і прискореного зносу сполучних ланок і до необхідності їх частої заміни, що пов'язане з повним розбиранням пристрою. Це обумовлює високу трудомісткість і тривалість ремонтних робіт, збільшує витрати на технічне обслуговування. Задачею, на рішення якої направлений винахід, є удосконалення універсального шарніра шляхом зміни компоновки, форми і геометричних параметрів сполучних ланок, що дозволяє уникнути концентрації напруг, понизити контактні напруги між сполучними ланками і стінками пазів і поліпшити умови навантаження сполучних ланок. Таке удосконалення дозволить підвищити надійність і довговічність конструкції універсального шарніра. Поставлена задача вирішується тим, що в універсальному шарнірі, що містить контактуючі між собою по сферичній поверхні роз'ємну обойму з ущільненнями і регулювальними прокладками і головку валу, виконаних з пазами, в яких радіально розміщені передаючі крутний момент, циліндрові сполучні ланки з осьовими отворами, згідно винаходу, сполучні ланки виконані з сферичними головками, пази в обоймі і головки валу виконані у вигляді циліндрових каналів, паралельних подовжній осі шарніра, в яких розміщені з можливістю осьового переміщення роз'ємні циліндрові вкладиші, з площиною роз'єму, що проходить через подовжню ось шарніра, усередині яких виконані сферичні порожнини, сполучені із зовнішньою поверхнею вкладишів каналами, що розширюються, і в яких розміщені з можливістю повороту сферичні головки сполучних ланок. Приведені ознаки винаходу є суттєвими, оскільки в сукупності достатні для вирішення поставленої задачі, а кожна окремо необхідна для його ідентифікації. Так, виконання пазів в обоймі і головці валу у вигляді циліндрових каналів, паралельних подовжній осі шарніра, в яких розміщені з можливістю осьового переміщення роз'ємні циліндрові вкладиші, забезпечують самостійну установку 4 сполучних ланок шляхом їх осьового переміщення в процесі роботи шарніра і рівномірний перерозподіл зусиль між ними при передачі крутного моменту. Пропонована форма сполучних ланок не містить різких переходів і ослаблених перетинів, що усуває концентратори напруг. Виконання сполучних ланок з сферичними головками забезпечує їх самостійну установку в сферичних порожнинах вкладишів шляхом повороту, а також зниження контактних напруг в сполучних ланках, оскільки при цьому можна забезпечити значно більшу площу контакту між сферичною головкою сполучної ланки і внутрішньою поверхнею вкладиша шляхом, наприклад, сумісного притирання. Крім того, така компоновка сполучних ланок дозволяє змінити умови їх навантаження, тобто замінити роботу на вигин роботою на розтягування, найсприятливішої з погляду міцності. Таким чином, за рахунок раціональної компоновки, форми і геометричних параметрів сполучних ланок вдосконалений універсальний шарнір, що характеризується новою сукупністю основних суттєвих ознак, придбаває нові властивості, які полягають в ліквідації концентраторів напруг, в зниженні контактних напруг у взаємодіючих деталях і поліпшенні умов роботи сполучних ланок при навантаженні останніх. Таке удосконалення дозволяє збільшити довговічність і надійність роботи універсального шарніра. Універсальний шарнір має і додаткові відмітні ознаки, які характеризують його в окремих випадках модифікації і виконання складових елементів і використовуються для поліпшення його технічних властивостей. В універсальному шарнірі, згідно винаходу, циліндрові пази, що містять вкладиші, виконані тільки в обоймі, а в головці валу, виконаної роз'ємною по площині, що проходить через центр її сферичної поверхні перпендикулярно подовжній осі, виконані півсферичні порожнини з розширюючимися каналами, що сполучають останні із зовнішньою поверхнею головки, причому сферичні головки сполучних ланок розташовані в сферичних порожнинах вкладишів і головки валу з можливістю повороту. Таке удосконалення застосовується при невеликих кутах перекосу осей обойми і головки валу і забезпечує простоту конструкції, що підвищує надійність роботи універсального шарніра. В універсальному шарнірі, згідно винаходу, циліндрові пази, що містять вкладиші, виконані тільки в головці валу, а в обоймі, виконаній роз'ємною по площині, що проходить через центр її сферичної поверхні перпендикулярно її подовжній осі, виконані півсферичні порожнини з розширюючимися каналами, що сполучають останні з внутрішньою поверхнею обойми, причому сферичні головки сполучних ланок розташовані в сферичних порожнинах вкладишів і обойми з можливістю повороту. Таке удосконалення застосовується при невеликих кутах перекосу осей обойми і головки валу і 5 80029 забезпечує простоту конструкції, що підвищує надійність роботи універсального шарніра. В універсальному шарнірі, згідно винаходу, порожнисті циліндрові частини сполучних ланок містять прорізи, розташовані в площинах, перпендикулярних осям сполучних ланок. Таке виконання дозволяє необхідним чином регулювати жорсткість сполучних ланок, що пружно деформуються, залежно від характеру зовнішнього навантаження шляхом підбору кількості прорізів і їх геометричних параметрів. В універсальному шарнірі, згідно винаходу, головки сполучних ланок виконані півсферичними з радіальними прорізами, що сполучають вн утрішні осьові отвори із зовнішньою поверхнею головок сполучних ланок. В цьому випадку у міру наростання зовнішнього навантаження передача крутного моменту, здійснюється якийсь час за рахунок пружно? деформації пелюсток, утворених радіальними прорізами, а по мірі зростання зовнішнього навантаження пелюстки стуляються, збільшуючи жорсткість сполучної ланки, що приводить до оптимального регулювання жорсткості в процесі передачі крутного моменту. Таким чином, додаткові відмітні ознаки, які характеризують універсальний шарнір в окремих випадках модифікації його конструкції і виконання складових елементів, забезпечують згадане поліпшення його технічних властивостей, що суттєво підвищує довговічність і надійність роботи універсального шарніра. З рівня техніки заявники не виявили рішення, співпадаючі з· сукупністю загальних і відмінних (основних і додаткових) суттєви х ознак вдосконаленого універсального шарніра, внаслідок чого можна зробити висновок, що рішення, що заявляється, не с частиною рівня техніки і відповідає критерію винаходу «новизна». З рівня техніки заявники також не виявили рішення, співпадаючі з основними і додатковими відмінними ознаками вдосконаленого універсального шарніра, внаслідок чого можна зробити висновок, що рішення, що заявляється, для фахівця не є очевидним, тобто не випливає з рівня техніки і відповідає критерію винаходу «винахідницький рівень». Надалі винахід пояснюється описом прикладу його виконання і роботи з посиланнями на прикладені креслення. На Фіг.1 зображений універсальний шарнір (модифікація 1), загальний вид, подовжній розріз, кут перекосу осей обойми і валу рівний 0°. На Фіг.2 зображений розріз А-А на Фіг.1. На Фіг.3 зображений універсальний шарнір (модифікація 2), загальний вид, подовжній розріз, кут перекосу осей обойми і валу рівний 0°. На Фіг.4 зображений розріз Б-Б на Фіг.3. На Фіг.5 зображений універсальний шарнір (модифікація 3), загальний вид, подовжній розріз, кут перекосу осей обойми і валу рівний 0°. На Фіг.6 зображений розріз В-В на Фіг.5. На Фіг.7 - зображений універсальний шарнір(модифікація 1), загальний вид, подовжній розріз, кут перекосу осей обойми і валу рівний α°. 6 На Фіг.8 зображений універсальний шарнір (модифікація 2), загальний вид, подовжній розріз, кут перекосу осей обойми і валу рівний α°. На Фіг.9 зображений універсальний шарнір (модифікація 3), загальний вид, подовжній розріз, кут перекосу осей обойми і валу рівний α°. На Фіг.10 зображено сполучну ланку (модифікація 1, 2, 3), загальний вид. На Фіг.11 зображено сполучну ланку (модифікація 4), загальний вид. На Фіг.12 зображено сполучну ланку (модифікація5), загальний вид. Універсальний шарнір (Фіг.1-12) містить (Фіг.1, 3, 5, 7-9) обойму 1, у вн утрішній сферичній порожнині якої, утвореної кільцями 2 і 3, розташована сферична головка 4 вала 5. Обойма 1 складається з складових частин 6, 7 і 8, сполучених між собою через регулювальні прокладки 9. У складовій частині 7 обойми 1 виконані пази 10, а в головці 4 - пази 11. У пазах 10 і 11 розміщені з можливістю осьового переміщення роз'ємні вкладиші 12 і 13, в сферичних порожнинах 14 яких розміщені сферичні головки сполучних ланок 15. Порожнини 14 з'єднуються із зовнішньою поверхнею вкладишів 12 і 13 каналами 16 і 17 (Фіг.2). Торцева поверхня обойми 1 сполучена із зовнішньою поверхнею валу 5 гнучкою мембраною 18, яка закріплена на поверхні валу 5 за допомогою хомута 19. Складові частини 6, 7 і 8 обойми 1 сполучені між собою за допомогою штифтів 20 і гвинтів 21 (Фіг.2). В універсальному шарнірі (модифікація 2) (Фіг.3, 4) головка 4 вала 5 виконана роз'ємною по площині 0-0, яка проходить через центр сферичної поверхні головки 4 і перпендикулярна її подовжній осі, і складається з складових частин 22 і 23, сполучених один з одним через прокладку 24 за допомогою штифтів 25 і гвинтів 26. У частинах 22 і 23 симетрично площини 0-0 виконані півсферичні порожнини 27 і 28, які сполучають їх із зовнішньою поверхнею головки 4 каналами 29, що розширюються. В універсальному шарнірі (модифікація 3) (Фіг.5, 6) обойма 1 виконана роз'ємною по площині 0-0, яка проходить через центр сферичної поверхні обойми 1 і перпендикулярна її подовжній осі, і складається з складових частин 30 і 31, сполучених одна з одною через прокладку 32 за допомогою шти фтів 33 і гвинтів 34. У частинах 30 і 31 симетрично площини 0-0 виконані півсферичні порожнини 35 і 36, які сполучають їх з внутрішньою поверхнею обойми 1 каналами 29, що розширюються. Сполучні ланки (Фіг.10) виконані з сферичними головками 38 і 39, розташованими на кінцях циліндрової частини 40. Сполучні ланки (модифікація 4) (Фіг.11) містять порожнисті циліндрові частини 40 з прорізами 41, розташованими в площинах, перпендикулярних осям сполучних ланок 15. Сполучні ланки (модифікація 5) (Фіг.12) містять півсферичні головки 42 з радіальними прорізами 43, які сполучають внутрішні осьові отвори 44 7 80029 із зовнішньою поверхнею головок 42 сполучних ланок 15. Універсальний шарнір працює таким чином. При роботі універсального шарніра (модифікації 1-5) (Фіг.1, 3) обертання обойми 1 передається на сферичну головку 4 вали 5 за допомогою сполучних ланок 15. Кут перекосу осей обойми 1 і валу 5 може бути рівним 0°. Модифікація 1 (Фіг.1) застосовується в основному для універсальних шарнірів при великих кутах перекосу осей обойми 1 і вала 5. Модифікації 2, 3 (Фіг.3, 5) застосовується в основному для універсальних шарнірів при невеликих кута х перекосу осей обойми 1 і вала 5. При перекосі осей обойми 1 і валу 5 на кут а (модифікація 1) (Фіг.7) вкладиші 12 і 13 рухаються уздовж осей пазів 10 і 11, а головки 38 і 39 сполучних ланок 15 провертаються щодо поверхонь сферичних порожнин 14, самостійно встановлюючись в процесі роботи універсального шарніра. При передачі крутного моменту, навантаження сприймають циліндрові частини 40 сполучних ланок 15, сприймаючі розтягуючи зусилля. При перекосі осей обойми 1 і валу 5 на кут α (модифікація 2) (Фіг.8) вкладиші 12 рухаються уздовж осей пазів 10, а головки 38 і 39 сполучних ланок 15 провертаються щодо поверхонь сферичних порожнин 14, 27 і 28, самостійно встановлюючись в процесі роботи універсального шарніра. При передачі крутного моменту, навантаження сприймають циліндрові частини 40 сполучних ланок 15, сприймаючі розтягуючи зусилля. При перекосі осей обойми 1 і валу 5 на кут α (модифікація 3) (Фіг.9) вкладиші 13 рухаються уздовж осей пазів 11, а головки 38 і 39 сполучних ланок 15 провертаються щодо поверхонь сферичних порожнин 14, 35 і 36, самостійно встановлюючись в процесі роботи універсального шарніра. При передачі крутного моменту, навантаження сприймають циліндрові частини 40 сполучних ланок 15, сприймаючі розтягуючи зусилля. Жорсткість порожнистих циліндрових частин 40, що пружно деформуються, з прорізами 41 (модифікація 4, Фіг.11), розташованими в площинах, перпендикулярних осям сполучних ланок 15, розраховується на зусилля робочого діапазону крутного моменту, що передається, і задається геометричними параметрами і кількістю прорізів 41. По міру наростання зовнішнього навантаження передача крутного моменту, (модифікація 5, Фіг.12) здійснюється якийсь час за рахунок пружної деформації пелюсток, утворених радіальними прорізами 43, а у міру зростання зовнішнього навантаження пелюстки стуляються, збільшуючи жорсткість сполучної ланки 15, що приводить до оптимального регулювання жорсткості в процесі передачі крутного моменту. Для проведення огляду та/або заміни сполучних ланок 15 універсального шарніра (модифікація 1) вигвинчують гвинти 21, відділяючи знімну частину 8, після чого виймають вкладиші 12, 13 і сполучні ланки 15. Для проведення огляду та/або заміни сполучних ланок 15 універсального шарніра (модифікації 8 2, 3) вигвинчують гвинти 21 і 25, відділяючи частини 8, 22, 31, після чого виймають вкладиші 12 і сполучні ланки 15. Зношені сполучні ланки 15 замінюють новими, а зборку універсального шарніра (модифікації 1-5) роблять в зворотній послідовності. Пропоноване удосконалення універсального шарніра (модифікації 1-5), (Фіг.1-12) усуває концентратори напруг, забезпечує зниження контактних напруг в сполучних ланках 15, змінює умови їх навантаження, тобто заміняє роботу на вигин роботою на розтягування, найсприятливішої з погляду міцності, дозволяє оптимальним чином регулювати жорсткість сполучних ланок 15, що пружно деформуються, залежно від характеру зовнішнього навантаження. Таке удосконалення дозволяє підвищити довговічність і надійність роботи універсального шарніра. Пропонований універсальний шарнір відповідає критерію «промислова придатність», оскільки може бути багаторазово виготовлений промисловим способом на будь-якому машинобудівному підприємстві з використанням універсального обладнання, сучасної технології і існуючих матеріалів. Перелік позначень: 1. Обойма 2. Кільце сферичне 3. Кільце сферичне 4. Головка сферична 5. Вал 6. Складова частина обойми 1 7. Складова частина обойми 1 8. Складова частина обойми 1 9. Прокладки регулювальні 10. Паз обойми 1 11. Паз сферичної головки 4 вала 5 12. Вкладиш роз'ємний 13. Вкладиш роз'ємний 14. Сферичні порожнини вкладишів 12, 13 15. Сполучна ланка 16. Канал, що розширяється 17. Канал, що розширяється 18. Мембрана 19. Хомут 20. Штифт 21. Гвинт 22. Знімна частина головки 4 вала 5 23. Складова частина головки 4 вала 5 24. Прокладка регулювальна 25. Штифт 26. Гвинт 27. Півсферична порожнина 28. Півсферична порожнина 29. Канал, що розширяється 30. Складова частина обойми 31. Знімна частина обойми 32. Прокладка регулювальна 33. Штифт 34. Гвинт 35. Півсферична порожнина 36. Півсферична порожнина 37. Канал, що розширяється 38. Сферична головка сполучної ланки 15 9 39. Сферична головка сполучної ланки 15 40. Циліндрова частина сполучної ланки 15 41. Прорізи 80029 10 42. Півсферичні головки сполучної ланки 15 43. Радіальні прорізи 44. Внутрішні осьові отвори 11 Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а 80029 Підписне 12 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