RU2124151C1

RU2124151C1 - Universal joint

Info

Publication number: RU2124151C1
Application number: RU93041311A
Authority: RU
Inventors: В.М. Светухин; М.В. Светухин
Original assignee: Светухин Виктор Михайлович
Priority date: 1993-08-17
Filing date: 1993-08-17
Publication date: 1998-12-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; transport facilities. SUBSTANCE: universal joint is used for transmission of rotary motion between shafts at point of intersection of their axes which intersect not at constant angle. Joint has drive and driven forks with intermediate link. All contact surfaces of drive and driven forks and connecting link are flat and cylindrical, i.e. they are first-degree surfaces. Contact between engageable parts is effected over flats, not linearly or at points. Sizes of contact flats are varying. EFFECT: reduced overall dimensions; possibility of building joint in other functional units, for example, inside knuckle pin on controllable drive wheels of automobiles, tractors, etc. 2 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к автомобиле-, тракторо-, сельхозмашиностроению и т.д. В частности, к универсальным сферическим шарнирам, например, в управляющих ведущих мостах транспортных средств. Но может быть использовано и в других отраслях промышленности. The invention relates to mechanical engineering, mainly to automobiles, tractors, agricultural machinery, etc. In particular, to universal spherical joints, for example, in driving control axles of vehicles. But can be used in other industries.

Целью изобретения является уменьшение удельных габаритов механизма на единицу передаваемой мощности с одновременным снижением удельных контактных напряжений на рабочих поверхностях взаимодействующих деталей и упрощение геометрических форм сопрягаемых узлов механизма. The aim of the invention is to reduce the specific dimensions of the mechanism per unit of transmitted power while reducing specific contact stresses on the working surfaces of the interacting parts and simplify the geometric shapes of the mating nodes of the mechanism.

Известны четырехзвенные шарнирные сферические механизмы (см. Справочное пособие для инженеров, конструкторов и изобретателей". И.И. Артоболевский. Т. 1, с. 265, механизмы 525 и 526. - М.: Наука, 1979) или применяемые в автомобилестроении на приводных управляемых мостах универсальные шарниры с промежуточными шариковыми элементами между ведущим и ведомым звеньями, имеющие контактные рабочие поверхности второго и третьего порядка, а также шарниры, передающие крутящий момент с ведущего на ведомое звено посредством плоских контактных поверхностей по а.с. N 856271, 12255948, 1368525 и 1606765. Known four-link articulated spherical mechanisms (see. A reference guide for engineers, designers and inventors. "II Artobolevsky. T. 1, p. 265, mechanisms 525 and 526. - M .: Nauka, 1979) or used in the automotive industry drive driven bridges universal joints with intermediate ball elements between the driving and driven links, having contact working surfaces of the second and third order, as well as hinges that transmit torque from the driving to the driven link through flat contact surfaces along a. S. N 856271, 12255948, 1368525 and 1606765.

Универсальный шарнир по а.с. N 1368525, кл. F 16 D 3/26, 28.01.88, как конструктивно наиболее близкий предлагаемому техническому решению, принимая за прототип. Universal joint N 1368525, cl. F 16 D 3/26, 01/28/08, as structurally closest to the proposed technical solution, taking as a prototype.

Этот универсальный шарнир содержит ведущую и ведомую вилки, охватывающие соединительное звено более чем на 180 градусов. Соединительное звено представляет собой сборную конструкцию из пересекающихся под прямым углом и скрепленных между собой наборов из двух двойных дисков. This universal joint contains a leading and a driven fork, covering the connecting link by more than 180 degrees. The connecting link is a prefabricated design of sets of two double discs intersecting at right angles and fastened together.

Самым существенным недостатком технического решения по а.с. N 1368525 является то, что его контактные конические рабочие поверхности с углом 45^o к оси поворота вилки на промежуточном соединительном звене на перпендикулярны к действующим силам при передаче крутящего момента.The most significant drawback of the technical solution for AS N 1368525 is that its contact conical working surfaces with an angle of 45 ^o to the axis of rotation of the plugs on the intermediate connecting link are perpendicular to the acting forces when transmitting torque.

На контактных поверхностях под углом 45^o, нормальное усилие от передаваемого момента, в соответствии с законами механики, порождает такое же радиальное усилие, действующее на ветви вилок ведущего и ведомого звеньев изнутри. Это вынуждает исполнять указанные вилки усиленного мечения или снижать удельные нагрузки путем снижения передаваемой мощности.On contact surfaces at an angle of 45 ^o , the normal force from the transmitted moment, in accordance with the laws of mechanics, generates the same radial force acting on the branches of the forks of the driving and driven links from the inside. This forces one to execute said forks of enhanced tagging or to reduce specific loads by reducing the transmitted power.

В предлагаемом техническом решении контактные рабочие поверхности плоские и практически перпендикулярны к действующим силам при передаче крутящего момента. Поэтому радиальные усилия, возникающие на контактных площадках, незначительны и составляют доли процента от действующих нормальных сил. И, кроме того, конструктивно площадь рабочих контактных поверхностей может быть увеличена не только за счет физических размеров самих элементов, но и увеличением количества единиц поверхностей в тех же габаритах, выполнением дополнительных канавок и ребер на образующих поверхностях соединительного звена и вилок. In the proposed technical solution, the contact work surfaces are flat and almost perpendicular to the acting forces when transmitting torque. Therefore, the radial forces arising on the contact pads are negligible and make up fractions of a percent of the normal forces acting. And, in addition, structurally, the area of working contact surfaces can be increased not only due to the physical dimensions of the elements themselves, but also by increasing the number of surface units in the same dimensions, by making additional grooves and ribs on the forming surfaces of the connecting link and forks.

Достигается это тем, что рабочий профиль вилок ведущего и ведомого звеньев не V-образный, как у прототипа, а в виде кругового паза прямоугольного сечения, шириной равного толщине диска соединительного звена и диаметром по дну паза равным диаметру диска. Цилиндрические поверхности вилок и соединительного звена обеспечивают им только взаимную вращательную подвижность, как пары вращения, до 70 - 80^o (по 35 - 40^o в обе стороны каждой вилкой), а плоские торцевые поверхности рабочего профиля вилок и соединительного звена воспринимают и передают во время работы только нормальные усилия от вращательного момента.This is achieved by the fact that the working profile of the forks of the driving and driven links is not V-shaped, as in the prototype, but in the form of a circular groove of rectangular cross section, with a width equal to the thickness of the disk of the connecting link and a diameter along the bottom of the groove equal to the diameter of the disk. The cylindrical surfaces of the forks and the connecting link provide them only mutual rotational mobility, as pairs of rotation, up to 70 - 80 ^o (35 - 40 ^o in each direction with each fork), and the flat end surfaces of the working profile of the forks and the connecting link are received and transmitted during Works only normal effort from the torque.

Предлагаемый универсальный шарнир содержит соединительное звено из двух пересекающихся под прямым углом, скрепленных между собой дисков, две вилки, имеющие внутренние цилиндрические поверхности, охватывающие цилиндрические поверхности дисков соединительного звена, на которых выполнена одна или более канавок прямоугольного сечения, а по внутренним цилиндрическим поверхностям вилок выполнены ответные им выступы. The proposed universal hinge contains a connecting link of two disks intersecting at right angles, interconnected, two forks having inner cylindrical surfaces, covering the cylindrical surfaces of the disks of the connecting link, on which one or more grooves of rectangular cross section are made, and along the inner cylindrical surfaces of the forks protrusions responding to them.

При взаимном исполнении ведущей и ведомой вилок с оптимальными зазорами по диаметру дисков соединительного звена часть крутящего момента может передаваться и через контакт самих образующих цилиндрических поверхностей. Это способствует возникновению радиальных усилий на вилках, но и снижает удельную нагрузку на торцевых рабочих поверхностях механизма. With the mutual execution of the driving and driven forks with optimal clearances on the diameter of the disks of the connecting link, a part of the torque can also be transmitted through the contact of the generatrices of the cylindrical surfaces themselves. This contributes to the occurrence of radial forces on the forks, but also reduces the specific load on the end working surfaces of the mechanism.

Для увеличения количества рабочих контактных поверхностей между вилками и соединительным звеном, с целью снижения удельных контактных напряжений, на их цилиндрических поверхностях дополнительно выполняют одну или более круговую канавку. Между канавками на цилиндрических поверхностях вилок и дисков соединительного звена образуются круговые ребра. Выполняются они таким образом, чтобы круговые ребра входили в кольцевые канавки дисков соединительного звена, а круговые ребра на дисках входили в кольцевые канавки вилок. При одной канавке на цилиндрической поверхности диска образуются два кольцевых ребра, для которых на цилиндрической поверхности вилки выполняются две ответные канавки. При двух канавках на диске образуются три ребра и соответственно на вилках выполняются три ответные им канавки, и т.д. To increase the number of working contact surfaces between the forks and the connecting link, in order to reduce specific contact stresses, one or more circular grooves are additionally made on their cylindrical surfaces. Circular ribs are formed between the grooves on the cylindrical surfaces of the forks and connecting discs. They are performed in such a way that the circular ribs fit into the annular grooves of the connecting discs, and the circular ribs on the discs fit into the annular grooves of the forks. With one groove, two annular ribs are formed on the cylindrical surface of the disk, for which two reciprocal grooves are made on the cylindrical surface of the fork. With two grooves on the disk, three ribs are formed and, accordingly, three grooves responding to them are made on the forks, etc.

Соединительное звено выполнено в виде двух дисков с поперечными сквозными прямоугольными пазами шириной равной толщине сопрягаемого с ним диска. Глубина паза в диске до половины его диаметра. Диски взаимно вложены в поперечные пазы друг друга и скреплены между собой, образуя крестовину из пересекающихся под прямым углом осей, у которых диаметр самих осей больше их длины. The connecting link is made in the form of two disks with transverse through rectangular grooves with a width equal to the thickness of the disk mating with it. The depth of the groove in the disk to half its diameter. The disks are mutually nested in the transverse grooves of each other and are fastened together, forming a cross from axes intersecting at right angles, in which the diameter of the axes themselves is greater than their length.

С целью механического усиления сопряжения между дисками, передающего крутящий момент с одного диска на другой, по внешней линии их сопряжения, на торцах выполнены упоры в виде приливов по кромкам сквозных пазов со скошенной под углом 45^o плоскостью, обращенной к пазу. Этими наклонными площадками упоры соприкасаются друг с другом в собранном виде. Этим увеличивают контактную площадь между дисками. И, поскольку ширина поперечного паза и толщина диска равны между собой, то эти скошенные контактные площадки разъема между дисками лежат в геометрической плоскости, проходящей по осям обоих дисков.In order to mechanically strengthen the interface between the disks, transmitting torque from one disk to another, along the external line of their conjugation, stops were made at the ends in the form of tides along the edges of the through grooves with a plane inclined at an angle of 45 ^o facing the groove. These inclined platforms emphasize contact with each other in assembled form. This increases the contact area between the disks. And, since the width of the transverse groove and the thickness of the disk are equal to each other, these beveled contact pads of the connector between the disks lie in a geometric plane passing along the axes of both disks.

Суть предлагаемого технического решения изображена на прилагаемых чертежах. The essence of the proposed technical solution is shown in the attached drawings.

На фиг. 1 изображен пример исполнения шарнира с кольцевыми рабочими канавками и ребрами прямоугольного сечения, выполненными на ведущей и ведомой вилках и дисках соединительного звена, в сборе. Шарнир состоит из ведущего 1 и ведомого 11 звеньев, связанных между собой соединительным звеном, состоящим из двух взаимно перпендикулярных дисков 2 и 12, оси которых пересекаются в плоскости А-А. In FIG. 1 shows an example of a hinge with annular working grooves and ribs of rectangular cross-section, made on the leading and driven forks and disks of the connecting link, complete. The hinge consists of a leading 1 and a driven 11 links, interconnected by a connecting link consisting of two mutually perpendicular disks 2 and 12, the axes of which intersect in the plane AA.

На фиг. 2 изображено сечение шарнира в плоскости А-А фиг. 1. В центральной части этого сечения размещены совпадающие с плоскостью чертежа торцевые стенки поперечных пазов разъема дисков 2 и 12. В сборе на торцевых стенках пазов выполнено отверстие под стопорный штифт 10. In FIG. 2 shows a hinge section in the plane AA of FIG. 1. In the central part of this section, the end walls of the transverse grooves of the connector of the disks 2 and 12 are aligned with the plane of the drawing. In the assembly, a hole for the locking pin 10 is made on the end walls of the grooves.

На фиг. 3 отдельно изображено соединительное звено шарнира в сборе, состоящее из дисков 2 и 12. На цилиндрической поверхности диска, по его ободу, выполнены канавки с рабочими поверхностями 5 и образованные канавками кольцевые ребра 6. Соответственно на диске 12 выполнены канавки с рабочими поверхностями 15 и ребра 16. In FIG. 3, a separate joint link of the hinge assembly, consisting of disks 2 and 12, is depicted separately. On the cylindrical surface of the disk, along its rim, grooves with working surfaces 5 and ring ribs formed by grooves 6 are made. Accordingly, grooves with working surfaces 15 and ribs are made on disk 12 sixteen.

На фиг. 3.1 - вид соединительного звена фиг. 3 справа. In FIG. 3.1 is a view of the connecting link of FIG. 3 on the right.

На фиг. 3.2 - вид соединительного звена фиг. 3 слева. In FIG. 3.2 is a view of the connecting link of FIG. 3 on the left.

На фиг. 4 изображен диск 2 соединительного звена. In FIG. 4 shows a disk 2 of a connecting link.

В самом диске, кроме рабочих канавок и ребер на ободе, выполнен сквозной поперечный паз с торцевой стенкой 4 и боковыми стенками 3. На обоих торцах дисков 2 и 12 выполнены боковые упоры 7 с наклонными поверхностями 8. In the disk itself, in addition to the working grooves and ribs on the rim, there is a through transverse groove with an end wall 4 and side walls 3. On both ends of the disks 2 and 12 there are lateral stops 7 with inclined surfaces 8.

На фиг. 4.1 и 4.2 соответственно изображены виды справа и слева фиг. 4. In FIG. 4.1 and 4.2 respectively depict views of the right and left FIG. 4.

Сборка шарнира осуществляется следующим образом. Assembly of the hinge is as follows.

Отдельные диски 2 и 12 вводятся поперечными пазами на ветвь соответствующей каждому вилки. Ребра дисков совмещаются с канавками вилок. Вращением дисков внутри вилок заводят их в вилки до тех пор, пока поперечный паз откроется между ветвями вилки. Затем обе вилки с дисками соединяют путем взаимного введения дисков в пазы друг друга до упора и совмещения отверстий под стопорный штифт. Separate discs 2 and 12 are inserted with transverse grooves into the branch of the corresponding forks. The ribs of the discs are aligned with the grooves of the forks. By rotating the disks inside the forks, they are inserted into the forks until the transverse groove opens between the branches of the forks. Then, both forks and discs are connected by mutual insertion of the discs into the grooves of each other until they stop and the holes for the locking pin are aligned.

При работе универсального шарнира поворот одной из вилок на некоторый угол вокруг собственной оси передает это движение через контактные площадки на соединительное звено, поворачивая его на тот же угол. Соединительное звено подобным же образом передает это движение на другую вилку, сообщая ей поворот на такой же угол вокруг ее собственной оси. When the universal joint is working, turning one of the forks at an angle around its own axis transfers this movement through the pads to the connecting link, turning it at the same angle. The connecting link likewise transfers this movement to another fork, giving it a rotation at the same angle around its own axis.

Claims

1. A universal joint containing a connecting link, consisting of two disks intersecting at right angles and fastened to each other, two forks with inner cylindrical surfaces, covering the disks of the connecting link, characterized in that one or more grooves are made on the lateral cylindrical surfaces of the disks of the connecting link rectangular section, and on the inner cylindrical surfaces of the forks made protrusions responding to them.

2. The universal joint according to claim 1, characterized in that the disks are made with through transverse grooves, the edges of which are abutted with a beveled 45 ^o plane facing the through groove, and a hole for the stopper is made in the plane passing along the axes of the disks pin.