Универсальный шарнир постоянной угловойскорости

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

295276

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимый от патента №

МПК F IGd 3/26

Заявлено 03.1Х.1968 (№ 1268718/25-27)

Приоритет по пп. 1, 2 05.IX.1967, № 665507.

США по п. 3 08ХП.1968, № 743132. CIIIA

:комитет по делам

:.изобретеиий,и открытий, при Совете Мцииотров

СССР

Опубликовано 04.11.1971. Бюллетень ¹ 7

УДК 621.825.6(088.8) Дата опубликования описания 6.13 .1971

Автор . изобретения

Иностранец

Ирвеи Гарольд Кулвер (Соединенные Штаты Америки) Иностранная фирма

«Саутвестерн Индастриз, Инк» (Соединенные Штаты Америки) :Заявитель

УНИВЕРСАЛЪНЪ1Й ШАРНИР ПОСТОЯННОЙ УГЛОВОЙ

СКОРОСТИ

Изобретение относится к универсальным шарнирам постоянной угловой скорости, в частности, допу.скающим перекос осей соединяемых валов до 90, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения для соединения несоосных валов машин и механизмов.

Известен универсальный шарнир постоян-ной угловой скорости, содержащий установ.ленные на концах валов втулки с пальцами .и связующую систему, включающую шарнирно соединенные жесткие элементы. Недостатки известного универсального шарнира постоянной угловой скорости заключаются в том, что он передает момент при произвольном, в пределах вышеуказанного, но фиксированном угле перекоса осей валов и при отсутствии осевой нагрузки. Кроме того, этот шарнир имеет большое количество деталей и сложную конструкцию.

Цель изобретения — устранение перечисленных недостатков.

Указанная цель достигается благодаря тому, что связующая система шарнира выполнена в виде нескольких звеньев, каждое из которых содержит пару концевых и центральный соединительные элементы, шарнирно связанные друг с другом с помощью валиков, а со втулками — с помощью радиально установленных на них пальцев. Пальцы каждой из втулок и прилежащие к ним валики всех центральных элементов расположены так, что их оси пересекаются в общих точках íà осях соответствующих валов, а оси валиков каждого центрального элемента пересекаются попарно в точках, лежащих вне осей валов и определяющих поперечную плоскость симметрии шарнира.

Оси пальцев одной втулки установлены

1О под одинаковыми углами к оси соответствующего вала и между собой, а оси пальцев другой втулки при соосном расположении валов совпадают. Оси пальцев каждой из двух сопряженных втулок при соосном расположет5 нии валов могут быть повернуты на 180 .

Такое выполнение шарнира обеспечивает увеличение угла перекоса осей валов, передачу момента при любых, в пределах допустимого, в том числе и переменных углах не20 соосности пр.t одновременной передаче осевых усилий, а также упрощение конструкции.

На фиг. 1 изображен шарнир с совпадающим расположением осей пальцев обеих втулок, вид сбоку; на фиг. 2 — то же, впд по оси валов; на фиг. 3 — кинематическая схема этого же шарнира прп перекосе осей валов; на фиг. 4 — шарнир с расположением осей пальцев каждой из двух сопряженных втулок под углом 180, вид сбоку; на фиг. 5 — то же, 30 вид по осп валов.

295276

Универсальный шарнир постоянной угловой скорости по одному из возможных вариантов его выполнения содержит жестко установленные на концах валов 1, 2, втулки 8, 4, выполненные каждая по меньшей мере с тремя пальцами 5 — 7, соединенными соответственно элементами связующей системы. Оси валов, в общем случае, пересекаются друг с другом под углом перекоса — 90 (у (+90 в точке А. Оси пальцев каждой из втулок расположены симметрично по окружности под одинаковыми углами а к осям, равными, например, 90, и пересекаются на осях валов в общих точках В и С.

Связующая система выполнена в виде шарнирно установленных одним из своих концов на указанных пальцах геометрически одинаковых концевых элементов 8 — 10, которые другими своими концами шарнирно и попарно соединены валиками 11 — 18 с тремя также геометрически подобными центральными шарнирными элементами 14 — 1б.

При этом, во-первых, оси всех валиков пересекаются на осях валов в тех же общих точках, что и оси упомянутых пальцев, т. е. соответственно в точках В и С, и расположены по отношению к осям сопряженных с каждым концевым элементом пальцев под произвольными, но также взаимно одинаковыми углами р. Во-вторых, оси каждой пары валиков 11 — И каждого центрального элемента 14 — 1б попарно пересекаются друг с другом вне осей валов, но также в общих точках соответственно Е, Е>, Е3 под произвольными, но одинаковыми углами ср.

Очевидно, что точки Е„ Е„ Ез определяют собой некоторую плоскость Q, которая в соответствии с принятыми условиями является плоскостью симметрии, проходит посредине между геометрическими концами валов 1, 2 и перпендикулярна к линии, их соединяющей. При этом независимо от величины угла перекоса у условием нормальной работы описываемого шарнира является установка валов 1, 2 в положение, при котором их оси пересекаются в точке А, расположенной в плоскости симметрии Q.

Максимальная величина угла 1> ограничена механическими помехами между элементами связующей системы. При выполнении шарнира, показанном на фиг. 1 — 3, величина достигает 92 . При у(у,„,, шарнир работает нормально и обеспечивает передачу момента при равных угловых скоростях и значительных углах перекоса осей валов. При вращении коаксиальных валов (V = О) между элементами каждого из связующих звеньев относительное движение отсутствует.

Необходимо отметить, что если входные и выходные валы укрепляются аксиально неподвижно, то оси валиков связующих звеньев должны быть параллельны между собой. Однако в случае их пересечения так, как было указано выше, шарнир имеет достаточную аксиальную жесткость, чтобы автоматически

15 гю гз

60 б5 препятствовать поступательному перемещению валов друг относительно друга. Углы а, р и ср могут иметь любую величину, удовлетворяющую соотношениям

2m+2(— (p) 180 + пах 2P)>max

Связующая система шарнира может быть выполнена с любым числом связующих звеньев. Чем больше связующих звеньев в системе, тем меньше угол у, при котором возникают механические помехи.

При использовании одного или двух связующих звеньев входной или выходной вал должен устанавливаться аксиально неподвижно. Такой шарнир может быть использован вместо системы с коническим зубчатым колесом между двумя пересекающимися валами.

Каждое связующее звено также должно удовлетворять вышеприведенному условию, но внутри каждого звена величины углов а, и у ммооггуут т ббыытть ь ррааззнныыммии, поскольку расстояние между точками В и С остается постоянным, В случае, если величины углов а, Р и ср изменяются в шарнире от одного связующего звена к другому, самая низшая величина угла у, полученная из соотношения

2а+2р — (p) 180 +pm для каждого звена, определяет у для шарнира в целом.

В случае использования в шарнире нескольких связующих звеньев оси всех пальцев втулки 3 должны пересекаться в одной точке, расположенной на оси входного вала, а оси всех валиков втулки 4 — в одной точке, расположенной на оси выходного вала.

В любом шарнире, использующем одно или несколько связующих звеньев, оси валиков звена могут быть параллельны между собой.

Если шарнир имеет такую конструкцию, при которой меньше, чем три связующих звена имеют валики, оси вращения которых пересекаются в точках, расположенных на некотором расстоянии от линии, соединяющей геометрические концы входного и выходного валов, то в шарнире нет осевой жесткости, и валы должны быть зафиксированы в боковом направлении. С другой стороны, если шарнир включает в себя по крайней мере три связующих звена, оси валиков которых пересекаются в точках, расположенных вне линии, соединяющей геометрические концы валов, как показано на чертежах, шарнир обладает достаточной поперечной жесткостью, чтобы передавать усилие, а также крутящий момент.

Если шарнир включает в себя три или более связующих звена, то по крайней мере три из них должны иметь оси пальцев на каждой втулке шарнира, располагающиеся в непараллельных плоскостях, что также является условием обеспечения аксиальной жесткости.

На фиг. 4 и 5 показан другой возможный вариайт выполнения универсального шарнира постоянной угловой скорости. Шарнир, выполненный по этому варианту, дешевле

295276

1О

15 го при изготовлении и обеспечивает несколько ббльшую величину угла у.

В шарнире, изображенном на фиг. 4, 5, в отличие от шарнира, изображенного на фиг. 1 — 3 оси пальцев смещены по углу относительно осей валиков, когда оси валов коаксиальны, на угол, равный 180 .

Однако звенья связующей системы вместе н по отдельности симметричны относительно плоскости Q сcиHмMмMеeтTр иHIи ш а рpнHиHр аd, так как каждое звено связующей системы определяет на своих противоположных концах величины углов а и Р, а каждый угол р делится плоскостью Q пополам.

Как и в шарнире, изображенном на фиг. 1 — 3, оси пальцев описываемого шарнира располагаются симметрично относительно соответствующих осей валов и пересекают их в геометрических концах.

При описываемом выполнении шарнира, кроме перечисленных выше, должно выполняться дополнительное условие, состоящее в том, что в случае, если оси пальцев связующей системы смещаются друг относительно друга и относительно осей ведущего и ведомого валов, углы а и р равняются 90, и оси пальцев каждого связующего звена располагаются друг от друга на 180 относительно осей ведущего и ведомого валов.

Как и в шарнире, описанном выше, в шарнире, изображенном на фиг. 4, 5, может быть одно или несколько связующих звеньев.

Универсальные шарниры, показанные на фиг. 1 — 5, имеют как геометрическую, так и структурную симметрию. В них связующие элементы, шарнирно соединенные с пальцами ведущего и ведомого валов, идентичны, но могут быть лево- или правосторонними.

Однако, как отмечалось выше, связующие системы в любом шарнире со многими связующими звеньями согласно изобретению необязательно должны быть структурно или геометрически идентичными. При этом звенья необязательно должны быть симметрично соединены между входными и выходными валами. Например, в описанном шарнире с тремя связующими системами углы между осями пальцев втулки 8, измеренные в плоскости, перпендикулярной оси входного вала 1, необязательно должны быть равны 120, но угловое отношение между осями пальцев втулки входного вала должно быть таким же, как и у втулки выходного вала.

Работа описываемого шарнира в целом аналогична работе подобных известных

3О

55 устройств и отличается от нее тем, что в пределах допустимых углов перекоса осей шарнир, кроме передачи крутящего момента, обеспечивает также восприятие и передачу осевых усилий.

При этом в пределах допустимых углов перекоса осей сопрягаемых валов обеспечивается полная линейность передаваемого момента.

Преимущества описываемого шарнира состоят, следовательно, в обеспечении при его работе высоких динамических качеств, в увеличении допустимых углов перекоса сопрягаемых валов, в обеспечении восприятия и передачи наряду с крутящим моментом— осевых усилий, в улучшении технологичности изготовления и ремонта и в повышении надежности работы.

Предмет изобретения

1. Универсальный шарнир постоянной угловой скорости для соединения несоосных валов, содержащий жестко установленные на концах валов втулки и связующую систему, отличающийся тем, что, с целью увеличения допустимого угла перекоса осей валов при передаче момента, улучшения динамических характеристик и обеспечения передачи осевых усилий, связующая система выполнена в виде нескольких звеньев, каждое из которых содержит пару концевых и центральный соединительные элементы, шарнирно связанные один с другим с помощью валиков, а со втулками — с помощью радиально установленных на них пальцев, причем пальцы каждой из втулок и прилежащие к ним валики всех центральных элементов расположены так, что их оси пересекаются в общих точках на осях соответствующих валов, а оси валиков каждого центрального элемента пересекаются попарно в точках, лежащих вне осей валов и определяющих поперечную плоскость симметрии шарнира.

2. Шарнир по и. 1, отличающийся тем, что оси пальцев одной втулки расположены под одинаковыми углами к оси соответствующего вала и одна к другой, оси пальцев другой втулки при сооспом расположении валов совпадают.

3. Шарнир по и. 1, отличающийся тем, что оси пальцев каждой из двух сопряженных втулок при соосном расположении валов повернуты одна относительно другой на угол

180 .

Рсдактор В. С. Левятов

Составитель А. Шаповаленко

Техрсд Е. Борисова Корректор Н. Л. Бронская

Заказ 788/7 Изд. Хв 356 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2