RU2391567C1

RU2391567C1 - Hinge with equal angular velocities

Info

Publication number: RU2391567C1
Application number: RU2009102700/11A
Authority: RU
Inventors: Семен Семенович Якубов (RU); Семен Семенович Якубов; Борис Ефимович Буртаков (RU); Борис Ефимович Буртаков; Фирдаус Зарипович Кабиров (RU); Фирдаус Зарипович Кабиров; Айдар Раисович Беляев (RU); Айдар Раисович Беляев; Владимир Геннадьевич Чагин (RU); Владимир Геннадьевич Чагин; Ильгизар Азатович Мардеев (RU); Ильгизар Азатович Мардеев; Сергей Геннадьевич Савостин (RU); Сергей Геннадьевич Савостин; Михаил Владимирович Арсеньев (RU); Михаил Владимирович Арсеньев; Евгений Александрович Рыжиков (RU); Евгений Александрович Рыжиков
Original assignee: Открытое акционерное общество "КАМАЗ"
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2010-06-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention refers to facilities of torque transfer under conditions of angular arrangement of axles of connected shafts, while angular velocities of rotation of driving and driven shafts should coincide. The invention can be implemented in drives of machines. The hinge of equal angular velocities consists of two half-couplings (1) and (2) and axle (3). Half-couplings (1) and (2) are joined with connected shafts (4) and (5) and interact. Half-coupling (1) has external and internal spherical coaxial surfaces, while half-coupling (2) has external spherical surface. Axle (3) passes through cross bar (6), ends of which are tied with both half-couplings (1) and (2) by means of hinged bearings (7) installed in openings (8) of half-couplings (1) and (2). At the ends of the axle (3) there are installed internal and external insertions correspondingly (9) and (10) interacting by their end surfaces with end working surfaces of slots of half-couplings (1) and (2) wherein they are installed. Movable guide (11) is set in the middle part of axle (3) in the place of cross bar (6) location. Guide (11) has an opening of circular cross section, where through there passes axle (3), and external profile of rectangular section with a slot for installation of cross bar (6). Guide (11) is mounted on axle (3), while cross bar (6) is installed in guide (11) to travel lengthwise.

EFFECT: hinge of equal angular velocities of simple design with high torque transmission.

8 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к средствам передачи вращающихся моментов в условиях, когда оси соединяемых валов расположены под углом друг к другу, а угловые скорости вращения ведущего и ведомого вала должны совпадать, а именно к шарнирам равных угловых скоростей, и может быть использовано в приводах машин.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to means for transmitting rotational moments under conditions when the axes of the connected shafts are angled to each other, and the angular speeds of rotation of the drive and driven shaft must coincide, namely, to the joints of equal angular speeds, and can be used in machine drives.

Известна муфта равных угловых скоростей, содержащая ось вращения входного вала, ось вращения выходного вала, регулирующий механизм, 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, кроме того, муфта включает выступ входной оси, имеющий регулирующий штифт входной оси, а регулирующий механизм выполнен с возможностью удерживания по меньшей мере частей муфты для получения характеристик равных угловых скоростей (патент РФ №2292494, MПK⁸ F16D 3/30, опубл. 27.01.2007).Known clutch of equal angular velocities, containing the axis of rotation of the input shaft, the axis of rotation of the output shaft, a control mechanism, a U-shaped plug of the output axis, having a control pin of the output axis, attached to one shoulder of the plug of the output axis, and the axis of the control pin of the output axis is in the plane formed by the output axis and the axis formed by the pins of the fork of the output axis, and intersects the geometrical center of the coupling, in addition, the coupling includes a protrusion of the input axis having a control pin of the input axis, and a control mechanism m is made with the possibility of holding at least parts of the coupling to obtain characteristics of equal angular velocities (RF patent No. 2292494, MPK ⁸ F16D 3/30, publ. 01.27.2007).

Известен также выбранный в качестве ближайшего аналога шарнир равных угловых скоростей, содержащий две полумуфты, имеющие форму, допускающую взаимодействия с соединяемыми валами, и промежуточные тела качения, при этом первая полумуфта выполнена с внешней и внутренней сферическими соосными поверхностями, а вторая выполнена с внешней сферической поверхностью, имеющей общий центр с названными выше, и установлена с возможностью взаимодействия с первой полумуфтой, причем обе полумуфты имеют пазы с коническими рабочими поверхностями в меридиональных плоскостях, в которых размещены ролики в форме усеченных конусов, установленные на оси, проходящей через овальное отверстие траверсы, имеющей два поводка со сферическими головками, размещенные в соответствующих отверстиях обеих полумуфт (патент РФ №2289733, MПK⁸ F16D 3/34, 3/44, 3/22, 3/16, опубл. 20.12.2006).A hinge of equal angular velocities, selected as the closest analogue, is also known, containing two half-couplings having a shape that allows interaction with the connected shafts, and intermediate rolling bodies, the first half-coupling made with external and internal spherical coaxial surfaces, and the second made with an external spherical surface having a common center with the above, and installed with the possibility of interaction with the first coupling half, and both coupling halves have grooves with conical working surfaces in measures dionalnyh planes in which the rollers are arranged in the form of truncated cones mounted on the axis passing through the oval hole crosspiece having two leash with spherical head housed in respective holes of the two coupling halves (RF patent №2289733, MPK ⁸ F16D 3/34, 3 / 44, 3/22, 3/16, publ. 12/20/2006).

Недостатком данных шарниров является технологическая сложность изготовления конических поверхностей деталей шарнира, а также низкий передаваемый момент из-за высоких контактных напряжений на линиях между роликами и пазами полумуфт.The disadvantage of these hinges is the technological complexity of manufacturing the conical surfaces of the hinge parts, as well as the low transmitted moment due to high contact stresses on the lines between the rollers and the grooves of the coupling halves.

Была поставлена задача создания шарнира равных угловых скоростей, имеющего простую конструкцию и высокий передаваемый момент.The task was to create a joint of equal angular velocities, which has a simple design and a high transmitted moment.

Указанная задача решается тем, что в шарнире равных угловых скоростей, содержащем две полумуфты, одна из которых выполнена с внешней и внутренней сферическими соосными поверхностями, а другая выполнена с внешней сферической поверхностью, связанные с соединяемыми валами и имеющие возможность взаимодействия между собой, ось, проходящую через траверсу, концы которой связаны с полумуфтами через имеющие сферические элементы соединительные узлы, размещенные в соответствующих отверстиях полумуфты, на концах оси дополнительно установлены внутренние и наружные вкладыши, взаимодействующие своими торцевыми поверхностями с торцевыми рабочими поверхностями пазов полумуфт, в которых они установлены, а в средней части, в месте установки траверсы, размещена подвижная направляющая, имеющая отверстие круглого сечения для прохождения через него оси и наружный профиль прямоугольного сечения с пазом для установки в него траверсы, концы которой связаны с полумуфтами через шарнирные подшипники.This problem is solved by the fact that in the joint of equal angular velocities, containing two coupling halves, one of which is made with external and internal spherical coaxial surfaces, and the other is made with an external spherical surface, connected with the connected shafts and having the possibility of interaction between each other, the axis passing through the traverse, the ends of which are connected with the coupling halves through connecting nodes having spherical elements located in the corresponding holes of the coupling half, additionally installed on the ends of the axis morning and outer inserts interacting with their end surfaces with the end working surfaces of the half-coupling grooves in which they are installed, and in the middle part, at the installation of the traverse, there is a movable guide having an opening of circular cross section for passing through it an axis and an outer profile of rectangular cross section with a groove for installing a traverse in it, the ends of which are connected to the coupling halves through spherical bearings.

Установка на концах оси внутренних и наружных вкладышей, взаимодействующих своими торцевыми поверхностями с торцевыми рабочими поверхностями пазов полумуфт, в которых они установлены, позволит увеличить площадь соприкосновения деталей, передающих крутящий момент, а вместе с ним уменьшить удельную нагрузку в зоне контакта, что в свою очередь позволит поднять крутящий момент.The installation of internal and external liners at the ends of the axis, interacting with their end surfaces with the end working surfaces of the grooves of the half-couplings in which they are installed, will increase the contact area of the parts transmitting torque, and with it reduce the specific load in the contact zone, which in turn will increase the torque.

Установка в средней части оси, в месте размещения траверсы, подвижной направляющей, имеющей отверстие круглого сечения для прохождения через него оси и наружный профиль прямоугольного сечения с пазом для установки на него траверсы, позволит выровнять траверсу относительно оси и при работе не позволит траверсе повернуться на оси шарнирных подшипников.The installation in the middle part of the axis, at the location of the traverse, of a movable guide having a circular hole for passing the axis through it and an external rectangular profile with a groove for installing the traverse on it, will allow the traverse to be aligned with the axis and will not allow the traverse to turn on the axis during operation spherical plain bearings.

В совокупности отличительные признаки позволяют при простоте исполнения добиться высокого передаваемого момента.Together, the distinguishing features make it possible to achieve a high transmitted moment with simplicity of execution.

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенный шарнир равных угловых скоростей имеет признаки, которые отсутствуют в аналогах, а их использование в заявляемой совокупности позволяет получить новый технический результат. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».The analysis of known technical solutions in this technical field showed that the proposed joint of equal angular velocities has features that are not in the analogues, and their use in the claimed combination allows to obtain a new technical result. Therefore, the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".

Заявителю не известны шарниры равных угловых скоростей с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что подтверждает соответствие заявляемого технического решения условию «новизна».The applicant does not know the joints of equal angular velocities with the specified set of essential features and the claimed set of essential features does not follow explicitly from the current level of technology, which confirms the conformity of the claimed technical solution to the condition of "novelty."

Заявляемая конструкция иллюстрируется следующими чертежами:The inventive design is illustrated by the following drawings:

Фиг.1 - шарнир равных угловых скоростей, общий вид в перспективе;Figure 1 - hinge of equal angular velocities, a General view in perspective;

Фиг.2 - то же, вид спереди, входной и выходной валы имеют некоторое угловое смещение;Figure 2 is the same, front view, input and output shafts have some angular displacement;

Фиг.3 - то же, вид сверху;Figure 3 is the same, a top view;

Фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2;Figure 4 is a section bB in figure 2;

Фиг.5, 6, 7, 8 - шарнир равных угловых скоростей, общий вид в перспективе, с разным угловым смещением входного и выходного валов.5, 6, 7, 8 - a joint of equal angular velocities, a general perspective view, with different angular displacement of the input and output shafts.

Предлагаемый шарнир равных угловых скоростей содержит две полумуфты 1 и 2, ось 3. Полумуфты 1 и 2 связаны с соединяемыми валами 4 и 5 и имеют возможность взаимодействия между собой. Полумуфта 1 выполнена с внешней и внутренней сферическими соосными поверхностями, полумуфта 2 выполнена с внешней сферической поверхностью. Ось 3 проходит через траверсу 6, концы которой связаны с обеими полумуфтами 1 и 2 через шарнирные подшипники 7, установленные в отверстиях 8 полумуфт. На концах оси 3 установлены внутренние и наружные вкладыши, соответственно 9 и 10, взаимодействующие своими торцевыми поверхностями с торцевыми рабочими поверхностями пазов полумуфт, в которых они установлены. В средней части оси 3, в месте размещения траверсы 6, установлена подвижная направляющая 11. Направляющая 11 имеет отверстие круглого сечения для прохождения через него оси 3 и наружный профиль прямоугольного сечения с пазом для установки в него траверсы 6. Направляющая 11 установлена на оси 3, а траверса 6 - в направляющей 11 с возможностью продольного перемещения.The proposed joint of equal angular velocities contains two coupling halves 1 and 2, axis 3. The coupling halves 1 and 2 are connected to the connected shafts 4 and 5 and have the ability to interact with each other. The coupling half 1 is made with external and internal spherical coaxial surfaces, the coupling half 2 is made with an external spherical surface. The axis 3 passes through the crosshead 6, the ends of which are connected with both coupling halves 1 and 2 through the spherical bearings 7 installed in the holes 8 of the coupling halves. At the ends of the axis 3, inner and outer liners are installed, respectively 9 and 10, interacting with their end surfaces with the end working surfaces of the grooves of the coupling halves in which they are installed. In the middle part of the axis 3, at the location of the traverse 6, a movable guide 11 is installed. The guide 11 has an opening of circular cross section for passing the axis 3 and an outer profile of rectangular cross section with a groove for installing the traverse 6. The guide 11 is mounted on the axis 3, and the traverse 6 in the guide 11 with the possibility of longitudinal movement.

Работает предлагаемый шарнир равных угловых скоростей следующим образом.The proposed joint of equal angular velocities works as follows.

В случае если шарнир равных угловых скоростей взаимодействует с вращающимися валами 4 и 5, относительное положение которых характеризуется отсутствием угловых смещений, все детали устройства вращаются с одинаковой угловой скоростью и не совершают относительных перемещений.If the hinge of equal angular velocities interacts with the rotating shafts 4 and 5, the relative position of which is characterized by the absence of angular displacements, all parts of the device rotate with the same angular velocity and do not make relative movements.

При появлении углового смещения с углом α полумуфта 2 смещается относительно полумуфты 1 на тот же угол α, при этом траверса 6, взаимодействуя с направляющей 11, а через нее и с осью 3, а также с шарнирными подшипниками 7, установленными в отверстиях 8, смещает ось на угол 0,5α и устанавливает внутренние и наружные вкладыши 9 и 10 в плоскость биссектора угла 180°-α, что и обеспечивает равенство окружных и угловых скоростей во всех точках взаимодействия вкладышей 9 и 10 с торцовыми рабочими поверхностями пазов полумуфт 1 и 2. Траверса 6 одновременно смещается вдоль оси 3 на расстояние А и разворачивается на угол 0,5α относительно осей полумуфт 1 и 2, а вкладыши скользят по рабочим поверхностям пазов полумуфт, в которых они установлены.When an angular displacement appears with an angle α, the coupling 2 shifts relative to the coupling 1 by the same angle α, while the yoke 6, interacting with the guide 11, and through it with the axis 3, as well as with the spherical bearings 7 installed in the holes 8, biases the axis is at an angle of 0.5α and sets the inner and outer liners 9 and 10 in the plane of the bisector of the angle 180 ° -α, which ensures the equality of circumferential and angular velocities at all points of interaction of the liners 9 and 10 with the end working surfaces of the grooves of the coupling halves 1 and 2. Traverse 6 is simultaneously shifted along axis 3 to a distance A and rotates through an angle of 0.5α relative to the axes of the coupling halves 1 and 2, and the liners slide along the working surfaces of the grooves of the coupling halves in which they are installed.

Вращение полумуфты 1 на угол 90° (фиг.3) приводит к тому, что траверса 6 возвращается в горизонтальную плоскость и смещается в этой плоскости на расстояние А на угол 0,5α, соответствующий отклонению на угол α оси полумуфты 2 относительно полумуфты 1 уже в горизонтальной плоскости. Контактные взаимодействия вкладышей 9 и 10 с торцевыми рабочими поверхностями пазов полумуфт в этом случае осуществляются в плоскостях, перпендикулярных осям этих полумуфт, а ось 3 вместе с вкладышами 9 и 10 может перемещаться только в плоскости биссектора угла 180°-α, что обеспечивает равенство угловых скоростей полумуфт 1 и 2, и в этом случае работа шарнира равных угловых скоростей сопровождается скольжением вкладышей 9 и 10 по торцевым рабочим поверхностям пазов полумуфт с контактными нагрузками, зависящими от величины передаваемого шарниром крутящего момента, при этом нагрузка воспринимается в виде контактных давлений, распределенных на всю боковую торцевую площадь вкладышей без осевых усилий.The rotation of the coupling half 1 through an angle of 90 ° (Fig. 3) causes the crosshead 6 to return to the horizontal plane and moves in this plane by a distance A by an angle 0.5α, corresponding to the deviation of the axis α of the coupling half 2 relative to the coupling half 1 horizontal plane. In this case, the contact interactions of the liners 9 and 10 with the end working surfaces of the grooves of the coupling halves are carried out in planes perpendicular to the axes of these coupling halves, and the axis 3 together with the bushings 9 and 10 can only move in the plane of the bisector of the angle 180 ° -α, which ensures the equality of angular velocities coupling halves 1 and 2, and in this case, the operation of the hinge of equal angular velocities is accompanied by the sliding of the liners 9 and 10 on the end working surfaces of the grooves of the coupling halves with contact loads depending on the magnitude of the transferred hinge of torque, and the load is taken as a contact pressure, distributed over the entire side end area of the liner without axial forces.

Осевые силы, приложенные к полумуфтам 1 и 2 от соединяемых валов 4 и 5, воспринимаются их сферическими поверхностями в местах сопряжения.Axial forces applied to the coupling halves 1 and 2 from the connected shafts 4 and 5 are perceived by their spherical surfaces at the mating points.

Таким образом, обеспечивается передача вращающих моментов между полумуфтами 1 и 2 без изменения угловых скоростей в условиях больших угловых смещений с одновременным восприятием и осевых сил. При этом даже скольжение, но с увеличенной площадью соприкосновения, дает снижение удельной нагрузки в зоне контакта, что в свою очередь дает возможность увеличить передаваемый крутящий момент шарниром. Таким образом повышается нагрузочная способность шарнира без увеличения габаритных размеров.Thus, the transmission of torques between the coupling halves 1 and 2 is ensured without changing angular velocities under conditions of large angular displacements with simultaneous perception of axial forces. Moreover, even sliding, but with an increased contact area, reduces the specific load in the contact zone, which in turn makes it possible to increase the transmitted torque by the hinge. This increases the load capacity of the hinge without increasing the overall dimensions.

Шарнир равных угловых скоростей может быть выполнен на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий.The joint of equal angular speeds can be performed on standard equipment using modern materials and technologies.

Claims

A hinge of equal angular velocities, containing two coupling halves, one of which is made with external and internal spherical coaxial surfaces, and the other is made with an external spherical surface, connected to the connected shafts and having the ability to interact with each other, an axis passing through the yoke, the ends of which are connected with half-couplings through connecting nodes having spherical elements located in the corresponding holes of the half-couplings, characterized in that the ends of the axis are additionally equipped with internal and external th e liners interacting with their end surfaces with the end working surfaces of the half-coupling grooves in which they are installed, and in the middle part of the axis in the installation location of the traverse there is a movable guide having an opening of circular cross section for passing through it an axis and an external profile of rectangular cross section with a groove for installation traverses into it, the ends of which are connected to the coupling halves through spherical bearings.