Патент на изобретение №2347120

(54) ШАРНИРНО-РЫЧАЖНЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве промежуточного соединительного звена для передачи крутящего момента с одного механизма на другой. Шарнирно-рычажный соединительный узел содержит две полумуфты и рычаги, шарнирно соединенные с полумуфтами. Шарнирный механизм образован шарами, жестко закрепленными на концах рычагов, и полумуфтами, выполненными с возможностью размещения шаров. Количество рычагов составляет не менее четырех, один из которых, центральный, расположен на оси симметрии полумуфты, а остальные, периферийные, равномерно расположены вокруг него. Узел снабжен вставкой, обеспечивающей параллельное перемещение рычагов. Изобретение заключается в повышении надежности за счет исключения хрупких и быстро изнашивающихся деталей при упрощении конструкции. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве промежуточного соединительного звена для передачи крутящего момента с одного механизма на другой. Оно предназначено для соединения механизмов, узлов, деталей, когда требуется обеспечение перемещения соединяемых элементов в параллельных плоскостях. Предлагаемое устройство является универсальным и может быть использовано как карданный вал, шарнир, рычаг, муфта, в качестве полуоси автомобиля с независимой подвеской или целого моста. Кроме того, решение может применяться как гребной вал маломерных судов с изменяемым положением винта относительно судна.

Известен карданный вал с двумя универсальными шарнирами, каждый из которых состоит из съемных вилок-фланцев, закрепленных на соединяемых вилках и связанных крестовиной, имеющей цапфы, установленные в корпусах подшипников (см. авторское свидетельство СССР №413289, МПК F16C 11/06, опубл. 4.6.1974).

Известна муфта равных угловых скоростей, содержащая ось вращения входного вала, ось вращения выходного вала, регулирующий механизм. Муфта содержит U-образную вилку выходной оси, имеющую регулирующий штифт выходной оси, прикрепленный к одному плечу вилки выходной оси. Причем ось регулирующего штифта выходной оси находится в плоскости, образуемой выходной осью и осью, образуемой цапфами вилки выходной оси, и пересекает геометрический центр муфты. Муфта также включает выступ входной оси, имеющий регулирующий штифт входной оси. Причем ось регулирующего штифта входной оси находится в плоскости, образуемой входной осью и осью вращения выступа, и пересекает геометрический центр муфты. Регулирующий механизм выполнен с возможностью удерживания по меньшей мере частей муфты для получения характеристик равных угловых скоростей. Двойная муфта равных угловых скоростей содержит входную ось, выходную ось, вилку входного конца, вилку выходного конца, регулирующий механизм. Вилка входного конца имеет первую и вторую пары цапф. Причем вторая пара цапф вилки входного конца шарнирно соединена с входной концевой парой цапф на входном конце соединительной трубы. Вилка выходного конца имеет первую и вторую пары цапф вилки, причем вторая пара цапф шарнирно соединена с выходной концевой парой цапф соединительной трубы (см. патент на изобретение RU 2292494 МПК F16D 3/30, опубл. 27.01.2007).

Известна универсальная карданная передача, содержащая два вала с карданными шарнирами по концам для соединения с ведущим и ведомым валами. Валы карданной передачи соединены шлицами. Шлицы одного из валов выполнены удлиненными для обеспечения постоянства зацепления при изменении геометрических параметров передачи. Ведущий и ведомый валы соединены с карданными шарнирами посредством фланцевых муфт (см. патент на изобретение RU 2086820, МПК F16D 3/26, опубл. 10.08.1997).

Известно шарнирное соединение, содержащее ведущий и ведомый валы, соединенные промежуточным валом и двумя шарнирными муфтами, при этом шарнирные муфты выполнены полыми, а ведущий и ведомый валы в виде секций, на конце каждой установлен корпус со сферическим гнездом для размещения в нем полой шарнирной муфты, закрепленной крышкой и образующей внутреннюю гермополость. На корпусах при помощи двух диаметрально расположенных пальцев установлены подвижные кольца, на каждом из которых с возможностью вращения закреплены на пальцах по паре взаимно перпендикулярных рычагов промежуточного вала, причем место их крепления сдвинуто на 90° по отношению подвижного кольца на корпусе. Кроме того, полукольца промежуточного вала фиксируют полые шарниры в нем (см. заявку на изобретение RU 93044009, МПК F16C 11/04, опубл. 20.12.1996).

Однако такие устройства сами по себе не позволяют сохранять параллельность осей совмещаемых валов, так как шарниры работают независимо.

Известна муфта для соединения параллельно смещенных валов, содержащая две дисковые полумуфты, на одной из которых имеются отверстия для цилиндрических пальцев, закрепленных на диске другой полумуфты. Причем на каждом пальце насажены две плавающие (внешняя и внутренняя) эксцентриковые втулки с одинаковым эксцентриситетом (см. авторское свидетельство СССР №167096, МПК F06D, опубл. 8.11.1965).

Однако такая муфта не допускает сравнительно большие смещения осей валов, технологически сложнее в изготовлении, чем предлагаемая конструкция.

Наиболее близким к предлагаемому решению является муфта для передачи крутящего момента с одного механизма другому. Для повышения компенсирующей угловой способности муфты и обеспечения передачи больших крутящих моментов муфта содержит две полумуфты с расположенными по окружности пальцами на взаимообращенных торцах, а пальцы разных полумуфт соединены между собой соединительными элементами, выполненными в виде тяг, концы которых соединены с пальцами посредством шарниров. На концах тяг выполнены отверстия, в которых установлены сменные вкладыши, взаимодействующие с пальцами, концы которых выполнены сферическими, при этом сферическая поверхность пальцев и вкладыши выполняют функцию шарнира. Вкладыши закреплены в отверстиях тяг. Совокупность функций сферического конца пальца и вкладыша могут выполнять сферические подшипники, установленные на пальцах и в отверстиях тяг. При этом конец пальца выполнен ответным отверстию внутренней обоймы подшипника. Тяги выполнены в форме пластин с пазами, соединяющими отверстия, при этом ширина пазов равна или несколько больше диаметра сферы пальца. В пластине установлены стержни, а сферический конец каждого пальца расположен между вкладышем и стержнем. Внутренняя поверхность вкладыша выполнена ответной сферической поверхности пальца. Между полумуфтами установлено промежуточное соединение, концы которого тождественны полумуфтам. Полумуфты снабжены дисками, размещенными на взаимообращенных торцах, а пальцы каждой из полумуфт закреплены на соответствующем диске, при этом промсоединение установлено между дисками, а диски соединены между собой технологическими планками (см. заявку на изобретение RU93021776, МПК F16D 3/48, 10.03.1995).

Однако конструкция такой муфты сравнительно сложна и имеет ненадежные элементы – подшипники, содержащие легко разрушаемые сепараторы.

Задачей настоящего решения является разработка универсального узла, служащего шарнирно-рычажным соединением для сопрягаемых поверхностей, обеспечивающим их параллельность, и позволяющего, при необходимости, передавать крутящий момент между механизмами при сохранении их параллельности.

Технический результат заключается в повышении надежности за счет исключения хрупких и быстро изнашивающихся деталей при упрощении конструкции.

Поставленная задача решена следующим образом. Шарнирно-рычажный соединительный узел содержит две полумуфты, рычаги, шарнирно соединенные с полумуфтами. Шарнирный механизм образован шарами, жестко закрепленными на концах рычагов, и полумуфтами, выполненными с возможностью размещения шаров, при этом количество рычагов выбрано в количестве не менее четырех, один из которых (центральный) расположен на оси симметрии полумуфты, а остальные (периферийные) равномерно расположены вокруг него, узел снабжен вставкой, обеспечивающей параллельное перемещение рычагов и предотвращающей их скручивание относительно друг друга. Каждая полумуфта может состоять из двух частей, скрепленных между собой, во внешней части со стороны, обращенной к внутренней части, имеются углубления полусферической формы для шаров, а во внутренней части имеются сквозные отверстия полусферического профиля для шаров со стороны, обращенной к внешней части, и профиля усеченного конуса для рычагов со стороны, обращенной к другой полумуфте, причем диаметр отверстия в месте пересечения конического и сферического профилей меньше диаметра шара.

Изобретение поясняется чертежами.

На Фиг.1 изображена муфта в сборе в разрезе.

На Фиг.2 изображен разрез А-А, обозначенный на Фиг.1.

На Фиг.3 изображен разрез Б-Б, обозначенный на Фиг.1.

На Фиг.4 изображена муфта в работе, где:

1 – полумуфта;

2 – ось вращения;

3 – рычаг;

4 – шар;

5 – сферическое углубление;

6 – первая часть полумуфты 1;

7 – вторая часть полумуфты 1;

8 – вставка;

9 – пазы во вставке;

10 – кожух.

Описание приводится для конкретного варианта исполнения соединительного узла. Соединительный узел содержит две полумуфты 1, форма которых допускает взаимодействие с соединяемыми валами (ведущим и ведомым), один из которых имеет шлицевые соединения, или другими узлами, имеющими оси 2. Полумуфты 1 соединены рычагами (тягами, штангами) 3, например, в количестве семи штук, на концах которых жестко закреплены шары 4. Центральный рычаг расположен на оси симметрии полумуфт 1, а остальные (периферийные) – равномерно распределены по окружности вокруг центрального. Шары расположены в соответствующих углублениях 5 на взаимообращенных торцевых поверхностях полумуфт 1, что представляет собой шарнирное соединение. Причем одно углубление 5 для центрального рычага 3 располагается по центру полумуфты 1, а остальные углубления 5 равномерно распределены по периметру окружности на полумуфте 1. В конкретном случае углубления 5 реализуются следующим образом. Каждая полумуфта состоит из двух частей: внешней 6 и внутренней 7, скрепленных между собой резьбовыми соединениями (болтами). Часть 6 может быть выполнена совместно с цилиндрическим шлицевым валом, что дает возможность менять размер соединения по длине во время работы. В части 6 имеются углубления полусферической формы для шаров 4. В части 7 имеются сквозные отверстия полусферической формы для шаров 4 со стороны, обращенной к части 6, и формы усеченного конуса со стороны, обращенной к другой полумуфте 1. Причем диаметр отверстия в месте пересечения конического и сферического профилей меньше диаметра шара 4. Профиль конических отверстий определяет угловое отклонение рычагов 3, жестко связанных с шарами 4, от осей валов 2. Рычаги 3 удерживаются друг относительно друга вставкой 8 с одним отверстием по центру диаметром, равным диаметру центрального рычага 3, и пазами 9, соответствующими диаметру периферийных рычагов 3. Длина вставки 8 зависит от длины рычагов 3 и максимального угла отклонения рычагов 3 от осей 2. Вставка 8 выполнена в виде металлического цилиндра с отверстием по центру для центрального рычага и пазами 9 с внешней стороны для периферийных рычагов. Ширина пазов 9 определяется диаметром рычагов 3 и обеспечивает свободное перемещения рычагов в пазу. Вставка 8 закрыта стальным кожухом 10 соответствующего размера и формы для предотвращения вытекания смазочного материала и выпадения рычагов 3. Шарнирные соединения с обеих сторон могут быть закрыты резиновыми гофрированными пыльниками, крепящимися одним концом к кожуху 10, а другим к полумуфте 1. Размеры шарнирно-рычажного соединительного узла зависят от мощности передаваемого усилия.

Устройство работает следующим образом. Крутящий момент от одной оси 2 другой передается через полумуфты 1, связанные рычагами 3 посредством шарнирного соединения. Вставка 8 совместно с рычагами 3 предотвращают угловое смещение полумуфт относительно друг друга. При смещении осей 2 соответственно смещаются и полумуфты 1. Причем при смещении в любую сторону полумуфты 1 сохраняют параллельное расположение относительно друг друга. При этом сохраняется способность передавать вращение между полумуфтами 1. Движение рычагов 3 и, следовательно, смещение полумуфт 1 относительно друг друга ограничивается величиной телесного угла конического отверстия в полумуфте и шарами, расположенными в сферических углублениях.

Конструкция имеет высокую надежность, так как шарниры закреплены внутри полумуфт и защищены пыльниками. Увеличен срок службы (в известных конструкциях разрушается сепаратор). Увеличена и жесткость на кручение, обеспечиваемая специальной вставкой. Предлагаемое устройство просто в изготовлении и при этом имеет широкие области применения.

Формула изобретения

1. Шарнирно-рычажный соединительный узел, содержащий две полумуфты, рычаги, шарнирно соединенные с полумуфтами, отличающийся тем, что на концах рычагов жестко закреплены шары, каждая полумуфта выполнена с возможностью размещения шаров, при этом количество рычагов выбрано в количестве не менее четырех, один из которых, центральный, расположен на оси симметрии полумуфты, а остальные, периферийные, равномерно расположены вокруг него, узел снабжен вставкой, обеспечивающей параллельное перемещение периферийных рычагов относительно центрального.

2. Шарнирно-рычажный соединительный узел по п.1, отличающийся тем, что каждая полумуфта состоит из двух частей, скрепленных между собой, во внешней части имеются углубления полусферической формы для шаров, а во внутренней части имеются сквозные отверстия полусферического профиля для шаров со стороны, обращенной к внешней части, и профиля усеченного конуса для рычагов со стороны, обращенной к другой полумуфте, причем диаметр отверстия в месте пересечения конического и сферического профилей меньше диаметра шара, при этом вставка выполнена в виде металлического цилиндра с отверстием по центру и пазами с внешней стороны.

РИСУНКИ