Карданный шарнир

 

1. КАРДАННЫЙ ШАРНИР, содержащий крестовину с цапфами, имеющими рабочие поверхности, две вилки с закрепленными в их проушинах стаканами с рабочими поверхностями и элементы качения, установленные с возможностью линейного соприкосновений с упомянутыми рабочими по верхностями , о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения срока службы путем устранения перегрузок участков рабочих поверхностей контактиРУЮ1ЦИХ с концами элементов качения, и концов элементов качения, вызванных упругими деформациями крестовины к вилок, а также с целью снижения трудоемкости изготовления путем снижения класса точности обработки рабочих поверхностей и точности регулирования звеньев, одна из рабочих поверхностей каждой пары звеньев, образованной цапфой и стаканом, выполнена сферической, другая - тороидальной , элементы качения вьтолнены в виде роликов с выпуклой im вогнутой образующей, радиус которой равен радиусу сферы и радиусу образующей тороидальной поверхности, расположенных с наклоном к оси цапфы, а стаканы, расположенные один напротив другого, соединены стяжным стержнем . 2.Шарнир по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я TeMj что угол наклона осей роликов относительно соответствующих осей цапф составляет , 3.Шарнир по п. 1 . о т л и ч Sю щ и и с я тем, что стяжной стержень выполнен с опорной поверхностью на одном из концов и резьбовой поверхностью на другом. 4.Шарнир по пп. 1 и 3, о т л ичающийся тем, что стяжные стержни установлены внутри крестови (Л ны и расположены эксцентрично относительно осей цапф в двух параллельс: ных плоскостях с зазором друг относительно друга. 1 5. Шарнир по пп. 1 и 3, о т л ичающийся тем, что стяжные j стержни размещены вне крестовины. 6.Шарнир по п. 1, отлича4 01 ю щ и и с я тем, что он снабжен крышками, каждая из которых установСО лена в выполненном на дне соответстсо вующего стакана сквозном отвёрс тии. Од 7.Шарнир по п. 1, о т ли ч аю щи и с я тем, что крестовина выполнена полой с внутренними рабочими поверхностями. 8.Шарнир по п. 7, отличающийся тем, что он снабжен пересекающимися поперечинами, на концах которых закрепленыстаканы. 9.Шарнир по пп. 7 и 8, о т л ичающийся тем, что одна из поперечин вьшолнена с центральным отверстием с увеличивающимся диамет

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ((9) ((1) 4(з() Р 16 D 3(16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, :°

Н llATEHTY (2.1) 3445627(25-27 (22) 31.05.82 (31) 81 10 798 (32) 01.06.81 (33) Франция (46) 15.03.85. Бюл. Р 10 (72) Мишель Александр Орэн (Франция) (71) Глаиэер Списер (Франция) (53) 621.825.6(088.8) (56) 1. Патент Франции У 1156044, кл. F 16 D, 1958. (54)(57) 1. КАРДАННЫЙ ШАРНИР, содержащий крестовину с цапфами, имеющими рабочие поверхности, две вилки с закрепленными в их проушинах стака нами с рабочими поверхностями и элементы качения, установленные с воз можностью линейного соприкосновения с упомянутыми рабочими поверхностями, отличающийся тем, что, с целью повышения срока служ,бы путем устранения перегрузок участ ков рабочих поверхностей, контактирующих с концами элементов качения, и концов элементов качения, вызванных упругими деформациями крестовины и вилок, а также с целью снижения трудоемкости изготовления путем снижения класса точности обработки рабочих поверхностей и точности регулирования звеньев, одна из рабочих поверхностей каждой пары звеньев, образованной цапфой и стаканом, выполнена сферической, другая — тороидальной, элементы качения выполнены в виде роликов с выпуклой или вогнутой образующей, радиус которой ранен радиусу сферы и радиусу образующей тороидальной поверхности, расположенных с наклоном к оси цапфы, а стаканы, расположенные один напротив другого, соединены стяжным стерж. нем.

2. Шарнир по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что угол наклона осей роликов относительно соответствующих осей цапф составляет 5-20

3. Шарнир по п. 1. о т л и ч аю шийся тем, что стяжкой стержень выполнен с опорной поверхностью на одном из концов и резьбовой поверхностью на другом.

4. Шарнир по пп. 1 и 3, о т л ич а ю шийся тем, что стяжные стержни установлены внутри крестовины и расположены эксцентрично относительно осей цапф в двух параллельных плоскостях с зазором друг относительно друга.

5. Шарнир по пп. 1 и 3, о т л ич а ю шийся тем, что стяжные. стержни размещены вне крестовины.

6. Шарнир по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что он снабжен крышками, каждая из которых установ лена в выполненном на дне соответствующего стакана сквозном отверстии.

7, Шарнир по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что крестовина вы« полнена полой с внутренними рабочимв поверхностями.

8, Шарнир по п. 7, о т л и ч аю щ и й.с я тем, что он снабжен пересекающимися поперечинами, на концах которых закреплены. стаканы.

9. Шарнир по пп. 7 и 8, о т л ич а ю шийся тем, что одна из поперечин выполнена с центральным отверстием с увеличивающимся диамет1145936 ром в направлениях к периферии, внутри которого с зазором размещена другая поперечина.

10, Шарнир по пп, 7-9, о т л ич а ю шийся тем, что каждая ! проушина вилки снабжена чашкой, охватывающей с зазором соответствующую цапфу полой крестовины.

11. Шарнир по п, 7, о т л и ч аю шийся тем, что крестовина выполнена составной из четырех вкладышей, установленных с возможностью

Изобретение относится к машиностроению, в частности для соединения. валов, расположенных под .некоторым изменяющимся углом друг к другу, Известен карданный шарнир, содержащий крестовину с цапфами, имеющими рабочие поверхности s виде беговых дорожек, две вилки с закрепленными в их проушинах .стаканами с рабочими поверхностями в виде беговых дорожек и элементы качения в виде игл, установленные с возможностью линейного соприкосновения с упомянутыми рабочими поверхностями 1 .1).

Однако при нагружении карданного шарнира крутящим моментом возника ющие.упругие деформации, проушин вилок и крестовины вызывают перекос

Игл относительно рабочих поверхностей цапф и стаканов, что приводит к значительным перегрузкам концов игл и частей беговых дорожек, соприкасающихся с концами игл, что, в свою очередь, приводит к их преждевременному разрушению; неизбежное взаимодействие концов игл с дном стакана приводит к перегрузкам концов игл и их перекосу относительно рабочих поверхностей, что также снижает долговечность шарнира; поскольку игольчатые подшипники не передают осевых нагрузок, осевое взаимодействие цапф и стаканов обеспечивается за счет непосредственного контакта между некоторыми их поверхностями, что приводит к повышению температуры шарнира из-эа трения скольжения между поверхностями цапф и стаканов, к возникновению цилиндрических уси5

35 взаимодействия друг с другом посредством наклонных боковых поверхностей и с.воэможностью взаимодействия с кольцевым кожухом посредством других боковых поверхностей, 12, Шарнир по п. 11, о т л и ч аю шийся тем, что он снабжен двумя сильфонами, один конец каждого из которых закреплен на валу вилки, а .другой установлен между кольцевым кожухом и составной крестовиной.

2 лий при передаче крутящего момента между валами, расположенными под некоторым углом друг к другу, вызывающих шум, к необходимости обеспе«чения высокой точности исполнения поверхностей цапф, игл и стаканов и селективной сборки, к необходимости обеспечения жестких требований соосности, параллельности, перпендикулярности, пересечения и прочих.

Цель изобретения — повышение срока службы шарнира путем устранения перегрузок участков рабочих поверхностей, контактирующих с концами элементов качения, и концов элементов качения путем устранения соприкосновения поверхностей цапф кресто- . вины с поверхностями стакана, а также снижение трудоемкости изготовления путем снижения класса точности обработки рабочих поверхностей и упрощения сборки и регулировки.

Поставленная цель достигается тем, что в карданном шарнире, содер" жащем крестовину с цапфами, имеющими рабочие поверхности, две вилки с закрепленными в их проушинах стаканами с рабочими поверхностями и элементы качения, установленные с воэ- ., i можностью линейного соприкосновения с упомянутыми рабочими поверхностями, одна из. рабочих поверхностей каждой пары звеньев, образованной цапфой и стаканом, выполнена сферической, другая — тороидальной, элементы качения выполнены в виде роликов с выпуклой или вогнутой образующей, радиус которой равен радиусу сферы и радиусу образующей тороидаль35

3 1145 ной поверхности, расположенных с наклоном к оси цапфы, а стаканы, расположенные один напротив другого, соединены стяжным стержнем.

Угол наклона осей роликов относительно соответствующих осей цапф мо жет составлять 5-20 .

Стяжной стержень может быть выпола нен с опорной поверхностью на одном из концов и резьбовой поверхностью 10 на другом.

Стяжные стержни установлены внутри крестовины и расположены эксцентрично относительно осей цапф. в двух параллельных плоскостях с зазором друг относительно друга.

Стяжные стержни размещены вне крестовины.

Шарнир снабжен крьппками, каждая из которых установлена в выполнен20 ном на дне соответствующего стакана сквозном отверстии, Крестовина выполнена полой с внутренними рабочиии поверхностями.

Шарнир снабжен пересекающимися поперечинаии, на концах которых закреплены стаканы.

Одна as поперечин выполнена с центральным отверстием с увеличивающимся диаметром в направлениях к периферии, внутри которого с зазором

30 размещена другая поперечина..

Каждая проушина вилки снабжена чашкой, охватывающей с зазором соответствующую цапфу крестовины.

° Крестовина выполнена составной из четырех вкладьппей, установленных с возможностью. взаимодействия друг с другом посредством наклонных боковых поверхностей и с возможностью взаииодействия с кольцевым кожухом посредством цилиндрических поверхностей и других боковых поверхностей.

Шарнир снабжен двумя сильфонаии, один конец каждого из которых закреплен на валу вилки, а другой установлен между кольцевым кожухом и составной крестовиной.

На фиг. 1 изображен карданный шарнир, разрез; на фиг. 2 - сечение

А А на фкг, 1; на фиг, 3 - -вариант соединения цапфы крестовины со стакаяои вилки, разрез; на фиг. 4 - вариант исполнения карданного шарнира с полой крестовиной, разрез; на фиг. 5 — сечение Б-Б на фнг, 6 (вари- 55 ант соединения полой крестовины с вкпкой); на фиг. 6 - сечение В-В на фиг. 5 (вариант соединения полой

936 4 крестовины с вклкой); на фиг. 7— вкладьпп полой составной крестовины, вид; на фиг. 8 и 9 - вариант соеди, нения цапфы крестовины со стаканои вилки, разрез; на фиг. 10 - вариант соединения полой крестовины с вилкой, разрез; на фиг, 11 - карданный шарнир с вариантом размещения стяжных стержней, разрез.

Карданный шарнир (фиг, 1-2) содержит крестовину 1 с двумя парами соосных цапф 2, рабочая поверхность 3 каждой из которых установлена с sosможностью линейного контактирования с телами качения, выполненными в виде роликов 4.

Рабочая поверхность 3 цапф 2 вы полнена наружной, выпуклой, сферической.

Оси Х-X роликов 4 размещены под углом к оси У-У соосных цапф, который может изменяться в диапазоне

5-20, и пересекаются в одной точке, расположенной на оси У-У, в направлении от центра крестовины.

Образующая ролика 4 выполнена криволинейной, вогнутой.

Ролики 4 охвачены рабочей поверхностью 5,. выполненной выпуклой, внут ренней, тороидальной, стакана 6.

Радиус образующей ролика 4 выполнен равным радиусу рабочей поверхности 3 и равным радиусу. образующей рабочей поверхности 5.

Стаканы 6, расположенные один напротив другого, закреплены в проушинах вилок (не показаны) и соединены стяжным стержнем 7-, выполненным с опорной поверхностью 8 на одном as концов и резьбовой поверхностью 9на другои, и гайкой 10.

Стяжные стержни 7 расположены эксцентрично относительно оси цапф, внутри осевых отверстий 1 1 крестови

Hbt 1 °

Между поверхностью цапфы 2 и по верхностью стакана 6 установлен коль" цевой уплотнительный манжет 12 °

Карданный шарнир (фиг. 3) содержит крестовину 13 с цапфами 2, рабочая поверхность " каждой из которых установлена с воэможностью взаимодействия с роликами 4, которые, s свою очередь, установлены с воэмож- .. ностью взаимодействия с рабочей поверхностью 5 стакана 14, выполненного с осевым отверстием 15, в котором установлена крышка 16. Между цапфой

1145936

50

2 и стаканом 14 установлен кольцевой уплотнительный манжет 12, Оси Х-Х роликов 4 пересекаются в одной точке, расположенной на оси

У-У, в направлении к центру кресто- 5 вины.

Карданный шарнир (фиг. 8 и 9) содержит Ф естовину (1, 13) с цапфами 2, рабочая поверхность 17 каждой из которых установлена с воэможностью взаимодействия с телами качения, выполненными в виде роликов 18, установленных с возможностью взаимодействия с рабочей поверхностью 19 стакана (6, 14)

Образующая ролика 18 выполнена . криволинейной, выпуклой, Рабочая поверхность 17 выполнена наружной, вогнутой, тороидальной, Рабочая поверхность 19 выполнена внутренней, вогнутой, сферической.

Радиус образующей ролика 18 равен. .,радиусу сферической поверхности 19 и равен радиусу образующей тороидальной поверхности 17, Шарнир снабжен сепаратрром 20 и унлотнительными манжетами 12, Оси Х-Х роликов 18 пересекаются в одной точке, расположенной на оси У-У, в направлении от центра крестовины (в варианте исполнения по фиг, 8) и в направлении к центру крестовины (в варианте исполнения по фиг. 9}, Карданный шарнир (фиг. 4) содержит полую крестовину 21 с рабочими поверхностями 22, установленными с возможностью взаимодействия с роликами 4, установленными, в свою очередь, с возможностью взаимодействия с рабочими поверхностями 23 стаканов 24, выполненных в виде кольца, Рабочая поверхность 22 выполнена внутренней, выпуклой, тороидальной, Рабочая поверхность 23 выполнена наружной, выпуклой, сферической.

Одна пара соосных стаканов 24 соединена с проушинами 25 одной из вилок через чашки 26, а между собой— через поперечину 27.носредством болта 28 и гайки 29, Другие стаканы 24 соединены с проушинами 25 вилок через чашки 26, а между собой — через поперечину 30 болтами 31, Поперечины 27 и 30 выполнены пересекающимися в центре крестовины, причем поперечина 30 выполнена со сквозным отверстием 32, расширяющим" ся от центральной части к периферии в обоих направлениях, Между внутренней поверхностью чашки 26 и наружной поверхностью цапфы крестовины 21 установлен кольцеобразный уплотнительный манжет 33, Карданный шарнир (фиг, 10) содержит крестовину 21 с рабочими поверхностями 34, установленными с возможностью взаимодействия с телами качения в виде роликов 18, установленных с возможностью взаимодействия с рабочими поверхностями 35 стаканов 24, Рабочая поверхность 34 выполнена внутренней, вогнутой, сферической.

Рабочая поверхность 35 выполнена наружной, вогнутой, тороидальной, Одна пара соосных стаканов 24 соединена с проушинами 25 одной из вилок через чашки 26, а между собой— через поперечину 27 посредством болта 28 и гайки 29, Другие стаканы 24 соединены с проушинами 25 вилок через чашки 26, а между собой — через поперечину 30 болтами 31. Между чашкой и крестовиной установлен манжет 33.

Ролики 18 установлены в сепараторе 20, Карданный шарнир (фиг. 5-7) содержит составную полую крестовину 36, выполненную из четырех вкладышей 37, каждый иэ которых выполнен с рабочей поверхностью 22, установленной с возможностью взаимодействия с роликами 4, которые, в свою очередь, установлены с возможностью взаимодействия с рабочей поверхностью 23 шейки 38 вилки 39.

Вкладыши 37 выполнены с наклонными боковыйи поверхностями 40, предназначенными для взаимодействия друг с другом, другими боковыми поверхностями 41, параллельными между собой, установленными с воэможностью взаимодействия с кольцевым кожухом

42 и цилиндрическими поверхностями 43, Кроме того,. карданный шарнир снабжен двумя сильфонами 44, один иэ концов каждого иэ которйх закреплен на валу вилки 39, а другой установлен между кольцевым кожухом 42 и составной крестовиной 36, Карданный шарнир (фиг. 11) содержит крестовину 13, ролики 4, рабочие поверхности 5, выполненные в проуши° 7

1145936 нах 45 вилки 46, крьппки 16 -и стяжные стержни 47, расположенные вне крестовины.

Сборку. шарнира (фиг. 1) осуществляют следующим образом, 5

Перед сборкой в исходном состоянии расстояние между противолежащими стаканами 6, закрепленными в проушинах вилки, несколько большее расстояния между стаканами в собранном виде. Одна иэ цапф 2 вводится внутрь одного из стаканов 6, а затем противоположная цапфа вводится в другой стакан.

Благодаря увеличенному расстоянию между стаканами 6, ролики 4 устанавливаются в зазор между рабочими поверхностями одной пары сопряжения (цапфа-стакан), а затем — в зазор между рабочими поверхностями другой пары 20 сопряжения. Затем устанавливается .стяжкой стержень 7 и гайка 10, Регулировка люфта или предварительного напряжения как радиального, так и осевого сопряжений 3-4-5 достигается посредством большего или меньшего навинчивания гайки 10.

Таким образом осуществляется точная и надежная сборка одной вилки с крестовиной. Сборка другой вилки ЗО с крестовиной осуществляется аналогично.

В варианте исполнения по фиг, 11 сборка и регулировка шарнира осуществляется аналогично посредством стяжных стержней 47, В варианте исполнения по фиг. 3 направление осей Х-Х роликов 4 инвенсированно относительно варианта исполнения по фиг. 1 с целью повыше- 4о ния грузоподъемности, Сборку шарнира (фиг, 3) осуществляют следующим образом, Перед установкой крьппек 16 крестовину 13 с установленными манжетами 4s

12 вводят в отверстие 15 одного из стаканов 14 соответствующей цапфой

2, а затем другой соосной цапфой 2— в отверстие 15 другого стакана 14 °

Ролики 4 устанавливают между рабо- 1о чими поверхностями 3, 5 одной пары (цанфа-.стакан), затем сближают ста" каны 14 за счет упругого сжатия проушин вилок и устанавливают ролики 4 между рабочими поверхностями 3, 5 другой пары (цапфа-стакан).

После установки роликов. снимают сжимающее усилие, приложенное к проушинам вилки, давая тем самым под действием сил упругости вернуться проушинам вилки в первоначальное положение, которое обеспечивает требуемое предварительное напряжение в соединении 3-4-5, Далее устанавливают крьппки 16, набивают смазку н устанавливают уплотнительнше манжеты 12, Для точной регулировки размера между соосными стаканами могут быть установлены стержни аналогично изображенным на фиг. 2 или фиг. 11, работающие на сжатие, Сборку прочих вариантов исполнения шарнира осуществляют аналогично сборке описанных вариантов.

Работа предлагаемого карданного шарнира не отличается от работы известного шарнира, поскольку схематически они выполнены аналогично.

В связи с выполнением рабочих поверхностей цапфы и стакана сферической и тороидальной формы, с вы-. полнением элементов качения в .виде роликов с выпуклой или вогнутой. криволинейной образующей соответствуюшего радиуса, с установкой осей элементов качения под некоторым углом к осям соответствующих цапф, а также с соединением противолежащих стаканов посредством стяжных стержней в предлагаемом карданном шарнире устранены недостатки, присущие известному шарниру.

Благодаря предлагаемому выполнению шарнира достигнуто повьппение его срока службы и снижение трудоемкости изготовления, в частности упругие деформации проушин вилок и крестовины не ухудшают распределения давления по линиям соприкосновения тел качения с рабочими поверхностями цапф и стаканов благодаря выбору формы соприкасающихся поверхностей, чем достигается повьпнение срока службы; элементы качения своими торцовыми частями не взаимодействуют с дном стакана благодаря выбору формы соприкасающихся поверхностей, что не вызывает перегрева, чем достигается повьпаение срока службы, а также снижение трудоемкости изготовления ввиду отсутствия требования к качеству изготовления торцов элементов качения и дна стакана; регулирование осевых и рациональных зазоров или натягов (напря114593 á

10 жений) в сопряжениях обеспечивается просто, чем достигается снижение

- трудоемкости изготовления; выполнение рабочих поверхностей цапф, игл и стаканов не требует высокой точности исполнения ввиду конструктивной возможности регулирования осевых и радиальных зазоров в сопряжениях, чем достигается снижение трудоемкос«

5 ти изготовления.

1145936

1145936

1145936

1145936

Составитель В, Романенко

Редактор Н. Киштулинец Техред М.Кузьма

Корректор С. Шекмар

Подписное

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

Заказ 1209/46 Тираж 898

ВБИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 ° Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5