Универсальный шарнир

 

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШАРНИР, содержащий наружную обойму и внутреннюю головку с гнездами на поверхностях, обраий нпых одно к другому, два ряда Фиг,1 элементов качения, внутренний из которых уложен в гнездах головки, а наружный - в гнездах обойма, отличающийся тем, что, с целью повьаиения нгщежности шарнира путем исключения пассивных избыточных связей, каждый элемент качения одного ряда непосредственно контактирует с двумя элементами качения другого ряда, а гнезда в поперечном сечении выполнены с тангенциальными зазорами относительно элементов качения , увеличивоцацимися от точки их контакта. (Л эо :л :о -sj XI

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) 3(51) В 21 В 35 14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3610374/22-02 (22) 17.05.83 (46 ) 23. 06. 84. Бюл. )) 23 (72 ) A. М. Селеэ не в (53) 621. 771. 2. 06- 88 (088. 8 ) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 774636, кл. В 21 В 35/14, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

М 768506, кл. В 21 В 35/14, 1979. (54)(57) УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШАРНИР, содержащий наружную обойму и внутреннюю головку с гнездами на поверхностях, обрап(енных одно к другому, два ряда элементов качения, внутренний из которых уложен в гнездах головки, а наружный - в гнездах обоймы, отличающийся тем, что, с целью повьзаения надежности шарнира путем исключения пассивных избыточных связей, каждый элемент качения одного ряда непосредственно контактирует с двумя элементами качения другого ряда, а гнезда в поперечном сечении выполнены с тангенциальными зазорами относительно элементов качения, увеличивающимися от точки их контакта.

10 98597

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в конструкциях шпинделей привода прокатных станов, а.также в конструкциях муфт и шарнирных сое,динений в узлах машин другого назна- 5 чения.

Известен универсальный шарнир, содержащий ведущее и ведомое звенья в виде обоймы с размещенной в ней сферической головкой вала шпинделя и соединительные элементы качения, например шары Г1).

В универсальном шарнире сделана попытка компенсировать пассивные избыточные связи путем введения в ro- 5 лавку упругих опор для соединительных элементов качения. Однако в проиессе эксплуатации шарнира после незначительного износа гнезд обоймы появляются радиальные усилия, которые воспринимаются упругими опорами.

Эти радиальные усилия вЫзывают деформацию упругих опор выше допустимого значения, что приводит к потере упругости и к появлению пассивных избыточных связей. Если же попытаться для устранения потери упругости увеличить ход упругих опор, то под воздействием радиальных усилий возможен выход соединительных элементов качения из зацепления с обоймой, т ° е. полная потеря работоспособности шарнира.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является универсальный шарнир, содержащий наруж- 35 ную обойму и внутреннюю головку с гнездами на поверхностях, обращенных дна к другому, два ряда, элементов ачения, внутренний из которых уложен в гнездах головки, а наружный — 40 в гнездах обоймы.

В известном шарнире между рядами элементов качения установлен промежуточный элемент в виде шарового сегмента, внутренняя головка выполнена сферической, а гнезда выполнены с формой, не допускающей перекатывания в них элементов качения в поперечном сечении шарнира 523.

Недостаток известного шаРниРа состоит в его статической неопределенности с большим числом пассивных избыточных связей, которые требуют высокой точности изготовления деталей шарнира. Кроме того, в процессе работы этого шарнира в любой момент времени в каждом ряду элементов качения в зацеплении находятся один-два элемента качения, которые расположены вблизи биссекторной плоскости, а остальные выходят из зацепления 60 из-за относительного перемещения связывающих элементов головки шарнира при наклоне осн под углом. Все это приводит к циклическому нагружению деталей шарнира повышенными 65 усилиями, так как болыйая часть элементов качения в каждый момент времени в передаче крутящего момента участия не принимает. Следствием этого является низкая надежность работы шарнира по условиям контактной и усталостной прочностям.

Цель изобретения - повышение надежности шарнира путем исключения пассивных избыточных связей.

Поставленная цель достигается тем, что в универсальном шарнире, содержащем наружную обойму и внутреннюю головку с гнездами на поверхностях, обращенных одно к другому, два ряда элементов качения, внутренний из которых уложен в гнездах головки, а наружный — в гнездах обоймы, каждый элемент качения одного ряда непосредственно контактирует с двумя элементами качения другого ряда, а гнезда в поперечном сечении выполнены с тангенциальными зазорами относительно элементов качения, увеличивающимися по мере удаления от точки их контакта.

На фиг. 1 изображен вариант универсального шарнира, поперечный разрезз на фиг. 2 - разрез A-A на фиг. 1 на фиг. 3 — второй вариант универсального шарнира, поперечный разрез на фиг.. 4 — разрез Б-Б на фиг. 1 на фиг. 5 †.Разрез В-В на фиг. 3; на фиг. б — шарнир, поперечное сечение, с указанием действующих моментов, усилий и классов кинематических пар (схематически).

Универсальный шарнир содержит наружную обойму 1 и внутреннюю головку 2 с пазами гнездами 3 и 4 на поверхностях, обращенных одно к другому, два ряда элементов качения, внутренний из которых выполнен в виде цилиндрических роликов 5 и уложен в гнездах головки, а наружный выпол нен в виде бочкообразных роликов 6 и уложен в гнездах обоймы. Каждый элемент качения одного ряда непосредственно контактирует с двумя элементами качения другого ряда. Гнезда обоймы и головки выполнены цилиндрическими с радиусами большими радиусов уложенных в них элементов качения, т.е. Р > „и к i и что.

4 3 обеспечивает перекатывание элементов качения в поперечном сечении шарнира с одновременным смещением в радиальном и тангенциальном направлениях.

Вариант шарнира фнг. 1 и 2 целесообразен для использования при работе шарнира по схеме "одиночного шарнира", например, в конструкциях муфт при установке наружной обоймы и внутренней головки во вращательных кинематических парах У класса и допускает помимо компенсации углового перекоса компенсацию небольших непараллельностей соединяемых валов.

1098597

Этот вариант шарнира также целесооб- разен в некоторых случаях при работе по схеме "сдвоенного шарнира" в конструкциях шпинделей прокатных станов, снабженных механизмами уравновешивания, которые вносят в констру

5 цию приводов клетей избыточные связи. .Способность этого шарнира допускать небольшие смещения обоймы и головки одна относительно другой в двух взаимно перпендикулярных плоскостях

)О позволяет в этом случае компенсировать эти избыточные связи. Вариант шарнира (фиг. 3 и 5) целесообразен для общего случая работы по схеме

"сдвоенного шарнира" и соответствует 15 установке обоймы (головки) во вращательной кинематической паре У класса, а головки (обоймы.) в сферической кинематической паре Ш классов. Этот вариант отличается от предыдущего наличием насадки 7, закрепленной на головке 2 и выполненной со сферической либо бочкообразной наружной поверхностью, которая имеет окна для прохода роликов 5 и 6 без соприкосновения с насадкой 7. Своей наружной поверхностью насадка 7 контактирует с участками внутренней цилиндрической поверхности обоймы 1 и тем самым центрирует обойму 1 и головку 2 одна относительно другой.

В пределах вышеприведенных двух вариантов возможны другие подварианты, касающиеся различий в форме выполнения отдельных элементов. Так, помимо цилиндрической формы гнезд 3 и 4 возможна иная форма, имеющая в поперечном сечении вид других кривых, поМимо дуг окружностей, либо вид

Ч-образно расходящихся прямых. Единственным обязательным условием явля- 40 ется то, чтобы эта форма обеспечивала перекатывание элементов качения в поперечном сечении шарнира с одновременным смещением в радиальном и тангенциальном направлениях, т.е. 45 чтобы имелись соответствующие тангенциальные зазоры. Тела качения могут быть выполнены в виде роликов другой формы или шариков. Ролики

Могут иметь вогнутые или выпуклые участки наружных поверхностей для более благоприятных условий контакта между рядами, либо для центрирования одного ряда элементов качения относительно другого ряда. В пос- 55 леднем случае осевая подвижность в шарнире может быть обеспечена в зоне контакта наружного ряда элементов качения с обоймой, либо в зоне контакта внутреннего ряда элементов качения с головкой.

В процессе работы шарнира наружная обойма 1 вращается с некоторой угловой скоростью и передает движу=. щий крутящий момент М >, который 65 преодолевает момент сопротивления

М „р, действующий на внутреннюю головку 2. В результате действия двух указанных моментов в противоположном направлении происходит выборка зазоров в шарнире и некоторое смещение обоймы 1 и головки 2 одна относительно другой (фиг. 6 ). B процессе выборки зазоров бочкообразные ролики

6, перекатываясь в цилиндрических гнездах 3, смещаются одновременно в радиальном и тангенциальном направлениях относительно обоймы 1, а цилиндрические ролики 5, перекатываясь в цилиндрических гнездах 3, смещаются одновременно в радиальном и тангенциальном направлениях относительно головки 2. В этот период вследствие описанных соединений роликов и формы гнезд каждый ролик в отдельности определяет положение остальных роликов. Выборка зазоров заканчивается тогда, когда на все ролики 6 наружного ряда действуют одинаковые усилия й„, а ролики 5 давят на головку 2 с одинаковыми усилиями Н>

При этом сопр соп

М о(. пЬ где h — количество роликов в ряду; и ) — плечи приложения сил отно2 сительно оси вращения.

В процессе углового перекоса обоймы 1 и головки 2 одна относительно другой обойма 1 своими бочкообразнычи роликами 6 перекатывается относительно цилиндрических роликов

5 головки 2, компенсируя тем самым угловой перекос, а насадка 7, если она имеется в конструкции шарнира, дополнительно центрирует обойму 1 и головку 2 одна относительно другой.

Шарнир допускает осевое смещение головки .2 с роликами 5 относительно обоймы 1 с роликами 6.

Таким образом, все ролики шарнира постоянно передают крутящий момент, а пассивные избыточные связи отсутствуют.

Вследствие того, что шарнир лишается пассивных избыточных связей, усилия на каждый ролик в местах предачи крутящего момента стают меньшими, так как они равномерно распределяются между роликами одного ряда. Постоянная нагрузка всех роликов уменьшенными усилиями исключает цикличность нагружения детелй шарнира. Все это повыаает надежность шарнира в работе по условиям контактной и усталостной прочностям. Кроме того, исключение пассивных избыточных связей позволяет снизить требования к точности изготовления деталей шарнира.

1098597

1098597

ВНИИПИ Заказ 4303/4 Тираж 796 Подписное

Филиал ППП "Патент", г;Ужгород, ул.Проектная, 4