Трехшиповой шарнир равных угловых скоростей

 

ТР ХИШПОВОЙ ШАРНИР РАВНЫХ |УГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ, содержащий уста :новленную на одном из валов посред ством цилиндрической ступицы крест вину с равномерно расположенными по окружности шипами и связанную с др гим валом вилку, установленную с Фиг.1 зазором относительно крестовины и имеющую втулку на одном конце, цилиндрическая поверхность которой имеет три паза, равномерно расположенных по окружности в осевом направлении и образующих дорожки качения круглого поперечного сечения, и расположе ные в пазах сферические ролики , установленные посредством игольчатых подшипников на указанных шипах , отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, пазы выполнены тороидальными, а отношение максимального расстояния между продольной осью вилки и тродольной осью пазов к радиусу тороидальной поверхности последних находится в пределах 0,25-0,75. Г038Г5136Г27 11 / //

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

9(5П В 60 К 17 22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ.(21) 2904197/27-11 (22) 01.04.80 (31) 7908452 (32) 04.Q4.79 (33) Франция

1 (46) 23.02.84. Бюл. 9 7 (72) Мишель Апександр Орэн,(Франция) (71) Гланзер Списер (Франция) (53) 629.113-585.862(088.8) (56) 1. Заявка Франции Р 2257042, кл. F 16. D 3/84, 1974 (прототип). (54)(57) ТРЕХШИПОВОЙ ШАРНИР РАВНЫХ уГЛОВЫХ СКОРОСТЕЙ, содержащий уста;новленную на одном из валов посредством цилиндрической ступицы крестовину с равномерно расположенными по ee окружности шипами и связанную с другим валом вилку, установленную с

„„SU„„10 А зазором относительно крестовины и имеющую втулку на одном конце, цилиндрическая поверхность которой имеет три паза, равномерно расположенных по окружности в осевом направлении и образующих дорожки качения круглого поперечного сечения, и расположенные в пазах сферические ролики, установленные посредством игольчатых подшипников на указанных шипах, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, пазы выполнены тороидальными, а отношение максимального расстояния между продольной осью вилки и продольной осью . пазов к радиусу тороидальной поверхности последних находится в пределах g ,0,25-0,75.

1075962

Изобретение относится к трансмиссиям транспортных средств, в частности к карданным передачам и шарнирам этих передач.

Известен трехшиповой шарнир равных угловых скоростей, содержащий установленную на одном из валов посредством цилиндрической ступицы крестовину с равномерно расположенными по ее окружности шипами и связанную с другим валом вилку, установлен- 10 ную втулку на одном конце, цилиндрическая поверхность которой имеет три паза, равномерно расположенных по окружности в осевом направлении и образующих дорожки качения круглого по- 15 перечного сечения, и расположенные в пазах сферические ролики, установленные пвсредством игольчатых подшипников на укаэанных шипах j1j .

Недостатком известного шарнира является низкий КПД, вызванный большими механическими потерями.

Сравнительные лабораторные измерения показали, что шарниры с треугольной крестовиной описанного типа 25 при правильной их конструкции приво-. дят к самым малым механическим потерям под действием вращающего момента.

Эти потери порядка 5/10.000 для рабочего угла, равного 5О, и 2/10.000 для рабочего угла, равного 3 . И нао против, те же измерения показывают, что механические потери довольно быстро возрастают с увеличением угла.

Например, рабочему углу в 10 соответствуют механические потери, равные 25/10.000, проТиводействие скольжению становится соответственно более значительным и шарнир с треугольной крестовиной теряет, таким образом, частично свое преимущество пе- 4О ред другими типами телескопических соединений.

Целью изобретения является повышение КПД.

Поставленная цель достигается 45 тем, что в шарнире пазы выполнены тороидальными, а отношение максимального расстояния между продольной осью вилки и продольной осью пазов к Радиусу тороидальной повеРхности gp ,последних находится в пределах

0,25-0,75.

На фиг. 1 представлен частичь разрез по оси классического шарнира с треугольной крестовиной; на фиг.2 схема, соответствующая шарниру по фиг. 1; на фиг. 3 - разрез по оси предлагаемого шарнира, на фиг. 4 разрез А-A на фиг. 3, на фиг. 5 схема, соответствующая шарниру по 60 фиг. 3 и 4, на фиг. 6 - то же, второй вариант положения деталей шарнира.

Синхронный шарнир 1 (фиг. 1) содержит вилку 2 и трехцапфовый узел (треугольную крестовину ) 3, закрепленный на имеющем протовку конце трансмиссионного вала 4 с продольной осью Z-Z

Вилка 2 имеет втулку 5 с осью X-x и выполнвнной внутри проточкой. От этой втулки отходят три выступа 6, соседние продольнйе края которых выполнены таким образом, чтобы определять между двумя находящимися рядом выступами дорожки качения 7 круглого сечения, расположенные на равном расстоянии (равные углы) один от другого. Ось Y-Õ каждой дорожки качения 7 прямолинейна и параллельна оси Х-Х;

Крепление треугольной крестовины на вале 4 осуществляется посредством ступицы 8 цилиндрической формы с выполненной внутри нее проточкой.

От этой ступицы в радиальном направлении расходятся три рукава или шипы 9 круглого сечения. На каждом шипе 9 имеется ролик 10 с внешней активной поверхностью 11 сферической формы. Между шипом 9 и роликом 10 установлен игольчатый подшипник 12, удерживаемый в осевом направлении посредством предохранительного устройства, образованного соответствующими шайбами,13 и 14 и стопорным кольцом 15, которое входит в предусмотренную на конце шипа 9 выемку.

Треугольная крестовина 3 свободна

te осевом направлении внутри вилки 2.

Снаружи вилка 2 имеет круглую форму. Непроницаемая упругая гармошка 16 закреплена одним концом на поверхности втулки 5, окружает выступы 6, затем подходит к проточенным пазам 17 для крепления, предусмотренным на вале 4. Гармошка 16 вместе с вилкой 2 ограничивает непроницаемую оболочку 18, которая задерживает смазывающее вещество и защищает механизм.

Когда величина угла, образуемого осью Е-Z вала 4 с осью Х-Х мала, движение осевого скольжения треугольной крестовины под действием вращающего момента осуществляется простым качением, с одной стороны, роликов на шипах посредством игольчатог(4 подшипника и, с другой стороны, сферической поверхности роликов по дорожкам качения вилки. B этих условиях возвратно-поступательное движение роликов на их шипах 9, являющееся результатом вращения шарнира под углом, а также общее поступательное движение всех трех роликов, являющееся результатом скольжения треугольной крестовины, осуществляются беэ существенного сопротивления даже при большом значении передаваемого момента вращения.

1075962

)))(e) ° ()-"— ).).)|»-" .

R R (2) СОВ QC

На фиг. 2 схематически представлено положение ролика 10, когда шарнир 1 работает под заданным углом между осями Z-Z и Х-Х.

Качению ролика в плоскости Р в предпочтительном направлении препятствует направляющая дорожка качения 7, которая заставляет этот ролик перемещаться по оси Х-Y т.е. под углом сноса (), образованным плоскостью Р ролика с осью Y-Y дорожки 7 10 относительно его естественного направления качения. Этот снос. соответствует боковому скольжению ролика, которое осуществляется одновременно, с одной стороны, между сферической 15 поверхностью ролика и путем качения, и, с другой стороны, вращением ролика относительно его шипа 9. Посколь-. ку ролик установлен на йгольчатом подшипнике, предполагается, что его 2р вращение относительно шипа 9 абсолютно свободно. Следовательно, движение скольжения по трассе может осуществляться только в плоскости, проходящей через ось шипа. 25

Если обозначить Д расстояние между центром О треугольной крестовины и центром 0(ролика, и обозначить r и расстояние между осями Х-Х и Y-Y, и выражение для элементарнОго скольжения следующее I " "4" "" 35 (. (М 4 са

Шарнир 1(фиг. 3 и 4) существенно отличается от шарнира 1 (фиг. 1) лишь в двух аспектах. Во-первых, .центральной осью Y-Y каждой дорожки. качения 7 вилки 2 является дуга, 4О благодаря чему эти дорожки качения имеют тороидальную форму. Радиус R каждого тора значительно больше максимального значения г расстояния меж- ду осью X-X и дугой Y-Y. B реэульта - 45 те такой конструкции свободное осевое скольжение треугольной крестовины 3 в вилке сопровождается скольжением роликов на их шипах, независимо от размеров угла между осями Z-Z 5Q и Х-Х. Для обеспечения этого скольжения роликов относительно их шипов, возросшего по сравнению с известной конструкцией (фиг. 1), длина игольчатого подшипника 12 превосходит 55 длину роликов, что является вторым различием между шарнирами. В представленном варианте гармошка 16 за креплена на цилиндрическом кожухе

19, который окружает выступы 6 вилки 2 на открытом конце последней.

На фиг. 5 схематически представлено положение ролика 10, когда центр О треугольной крестовины находится в своем среднем осевом положении в точке О оси Х-Х, которая соответствует максимальному расстоянию r, определенному выше, как в случае, изображенном на фиг. 3, когда шарнир 1 работает под углом. На фиг. 6 представлена аналогичная схема, соответствующая смещению h no оси Х-X между точками 0 и Од .

Угол 9, образованный плоскостью

Р ролика и касательной к траектории

У -У1 дорожки 7, меньше угла К

С хорошим приближением этот угол может быть выражен следующим отношением:

Элементарное скольжение, соответствующее приросту 6 угла Ж, задается выражением сходной с выражением (1) формы, имеющим следующий вид:

; ду):рз» ).)) e = " g»((< "-„ ч»- — ) (3)

Можно заметить, что получено отношение (1), если принять R = со, что верно, так как прямолинейные дорожки 7 могут рассматриваться как торы с бесконечным радиусом кривизны.

Для h = О (фиг. 5) отношение элементарного скольжения Cga предлагаемого шарнира к элементарному скольжению йр известного (фиг. 1)

;записывается следующим образом:

Ь вЂ” „,„()-Ыы- d»

-1

Когда h ф О, при рассмотрении ролика с углом рС и ролика с углом . оказывается, что только средняя величина 8)1, абсолютных значений со,:«ответствующих углов 9» и 6 существенна для потерь иэ-за скольжения.

Можно показать, что

М = (-t))c )

Сравнивая это отношение с приведенными отношениями (2) и (3), можно заметить, что механические потери имеют ту же величину, что и для — О, т.е. отношение (4) является ,, переменным.

Так, механическая потеря уменьг

-шается в отношении 1 — — . Иными

R словами, элементарная работа скольжения и, следовательно, элементарная механическая потеря, которая является пропорциональной этой работе, могут быть для любого угла 46 значительно более низкими при использовании предлагаемого шарнира 1 (фиг. 3). В результате достигается легкость скольжения каждого ролика, когда шарнир работает под углом, благодаря чему обеспечивается лучшая

107596 2 изоляция, например, кабины автомобиля от двигателя агрегата, который является источником вибраций, и меньшая чувствительность к трению, а значит большее удобство, в частности для значительных рабочих углов. 5

Например, для соотношения — =

r 1

R 7 и производит толчки в осевом направлении, вызванные вибрацией движущихся и ведомых деталей. И напротив, при использовании одного или двух шарниров 1 (фиг. 3) с кольцеобразными путями качения качающийся вал имеет тенденцию к самоцентрированию относительно сил, сохраняя до упора свободные пространства, равные для каждого из этих концов.

С другой стороны, при нарушении центрирования треугольной крестовины относительно оси ролика 10 приближаются к центру треугольной крестовины, и одновременно расстояние h возрастает, пока не упрутся в выступ

20 шипов 9, ограничивающий скольжение роликов в направлении к середине. 3ra особенность может дать преимущество при использовании для осевого фиксатора безопасности таким р образом можно избежать потери управления роликов на концах выступов вилки без введения каких-бы то ни было дополнительных устройств фиксации, а значит простым и экономичным способом. Для этого достаточно, чтобы длина дорожек качения 7 была достаточной для того, чтобы при растяжении шарнира 1 (фиг. 3) ролики 10 упирались в выступы 20 до того, как достигнут открытого конца этих дорожек качения.

В этом случае для. того, чтобы избежать шумного контакта роликов с выступами 20 треугольной крестовины между каждым роликом и соответствующим выступом может быть установлена пружинная шайба типа гофрированной шайбы или диска тарельчатой пружины, или кольцо из эластомера.

В этом месте можно также установить гофрированное стопорное кольцо, которое можно вставлять после сборки треугольной крестовины внутри вилки (такая амортизирующая деталь не показана).

Изобретение позволяет повысить

КПД шарнира. ав 1 получим — = —.. Сопротивление перекр 2 10 мещению ролика по его дорожке качения уменьшается тогда примерно на

50%, прямым следствием чего является весьма значительный выигрыш в плане свободы, скольжения под воздействием 15 вращающегося момента и, следовательно, удобства. Теоретически можно увеГ личить соотношение — до 1 и при этом

R условии механические потери были бы практически равны нулю. Однако за пределами определенной величины сопротивление скольжению не оказывает больше никакого неприятного воздействия, а с другой стороны, увеличиг вая соотношение — до 1 существенR р ным образом можно уменьшить возможность осевого скольжения предлагаемого шарнира..Вот почему, в зависимости от конкретного случая применения, с учетом наиболее распространенной величины рабочего угла и требуемой для треугольной крестовины длины осевого скольжения, соотГ

35 ношение — будет, как правило, ограничено пределами от 1/4 до 3/4.

Другие преимущества достигаются благодаря этому усовершенствова <ню шарниров с треугольной крестовиной. 40

В том случае, когда два шарнира с треугольной крестовиной каждый известного типа, представленные на фиг. 1" установлены на концах качающегося трансмиссионного вала, вал, 45 естественно, соприкасается в конце хода с внутренней частью одного из шарниров с треугольной крестовиной

1075962

1075962

Составитель С. Белоусько

Редактор Н. Джуган Темред M ° Гергель Корректор О. Билак

Заказ 534/53 ТИраж 657 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11,3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4