RU2407928C1

RU2407928C1 - Synchronous cardan

Info

Publication number: RU2407928C1
Application number: RU2009118841/11A
Authority: RU
Inventors: Владислав Михайлович Волков (RU); Владислав Михайлович Волков; Денис Михайлович Волков (RU); Денис Михайлович Волков
Original assignee: Владислав Михайлович Волков
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2010-12-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: clutch consists of two half-couplings with nave box and joint parts, of driving shaft, of driven shaft and of transition shaft. Joint parts of half-couplings are made in form of tooth conic gears. The tooth conic gears-half couplings are mounted on the driving and driven shafts. The transition shaft consists of two single-type semi-shafts on one ends of which there are secured thrust bearings, while on the other end the transition shaft is equipped with splines with connecting flanges arranged over them. Ends of the driving and driven shafts are equipped with cylinder holders.

EFFECT: increased service life of clutch.

2 cl, 7 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам типа шарнирных муфт, предназначенных для соединения валов с пересекающимися осями, преимущественно в стационарных установках или в транспортных средствах, когда расположение ведущего и ведомого валов определено однозначно.The present invention relates to the field of engineering, namely to devices such as articulated couplings designed to connect shafts with intersecting axes, mainly in stationary installations or in vehicles, when the location of the drive and driven shafts is uniquely determined.

Известны карданы синхронные, включающие две муфты, каждая из которых состоит из двух полумуфт, имеющих ступичную и шарнирную части, крестовины с опорными шарнирными поверхностями, пальцевтулочных элементов, образующих подвижную связь между полумуфтами и крестовиной, переходного вала (см. Справочник конструктора-машиностроителя / Под редакцией В.И.Анурьева. М.: Машиностроение, 1973 г., стр.120-123).Synchronous cardans are known, including two couplings, each of which consists of two half-couplings having a hub and hinged part, a cross with support hinged surfaces, finger-and-pin elements forming a movable connection between the half couplings and a cross, of a transition shaft (see the Handbook of a mechanical engineering designer / Under edited by V.I. Anuriev. M.: Mechanical Engineering, 1973, pp. 120-123).

В этом устройстве синхронность движения ведущего и ведомого валов достигается применением именно пары таких муфт, так как единичная такая муфта обладает неравномерностью относительного движения своих составных частей ввиду того, что векторы абсолютных скоростей контактирующих участков не совпадают по величине и по направлению. Неравномерность движения составных частей муфты особенно при пуске и реверсировании механизма приводит к их повышенному износу и снижению ресурса работы.In this device, the synchronization of the motion of the drive and driven shafts is achieved by using just a pair of such couplings, since a single such clutch has an uneven relative movement of its components due to the fact that the vectors of the absolute speeds of the contacting sections do not coincide in magnitude and direction. The uneven movement of the components of the coupling, especially when starting up and reversing the mechanism, leads to their increased wear and reduction of the service life.

Известны также карданы синхронные, включающие две муфты, каждая из которых состоит из двух полумуфт, имеющих ступичную и шарнирную части, крестовины с опорными шарнирными поверхностями, пальцевтулочных элементов, образующих подвижную связь между полумуфтами и крестовиной, переходного вала, при этом одна из полумуфт выполнена в ступичной части раздвижной и снабженной продольными нарезками или шлицами (см. Справочник машиностроителя / Под ред. Н.С.Ачеркана. М.: Машгиз, 1962 г., том 4, книга I, табл.II, стр.198-200, раздел "Шарнирно-раздвижная сдвоенная муфта").Synchronous cardans are also known, including two couplings, each of which consists of two half couplings having a hub and hinge part, a cross with support hinged surfaces, finger-and-pin elements forming a movable connection between the half couplings and the cross, a transition shaft, one of the half couplings being made in the sliding part of the hub and equipped with longitudinal cuts or slots (see.Manufacturer Handbook / Ed. by N.S. Acherkan. M .: Mashgiz, 1962, volume 4, book I, table II, pp. 190-200, section "Hinged-sliding double coupling ").

В этом устройстве выполненная подвижная связь между полумуфтами через крестовину с опорными шарнирными поверхностями и пальцевтулочные элементы позволяет обеспечить соединение ведущего с переходным и переходного с ведомым валами, а также обеспечить синхронность их движения за счет взаимной компенсации разнонаправленных векторов относительного движения контактирующих участков в каждой из двух муфт, но составные части каждой отдельно взятой муфты за счет расхождения векторов абсолютных скоростей в контактирующих участках, недостаточного их взаимного перекрытия представляют собой звенья со взаимно неравномерным движением, характеризующимся соударениями, особенно при пуске или реверсировании, снижающим нагрузочную способность и ресурс работы.In this device, the made movable connection between the coupling halves through the crosspiece with the supporting hinged surfaces and the finger-and-pinion elements makes it possible to connect the master to the transitional and transitional with the driven shafts, as well as to synchronize their movement due to the mutual compensation of the multidirectional relative motion vectors of the contacting sections in each of the two couplings , but the components of each individual coupling due to the divergence of the absolute velocity vectors in the contacting areas, the disadvantages full-time mutual overlap are links with mutually uneven movement, characterized by collisions, especially when starting or reversing, reducing the load capacity and service life.

Целью предлагаемого изобретения является создание кардана синхронного, в котором составные части каждой муфты имели бы не менее одного контактирующего участка без расхождения векторов абсолютных скоростей и не менее двух участков, позволяющих перекрывать это расхождение, что обеспечивало бы равномерность их движения как в отдельности, так и устройства в целом и способствовало бы повышению долговечности устройствThe aim of the invention is the creation of a synchronous cardan, in which the components of each coupling would have at least one contacting section without a discrepancy of the absolute velocity vectors and at least two sections allowing to overlap this discrepancy, which would ensure the uniformity of their movement both individually and device in general, and would contribute to increasing the durability of devices

Указанная цель достигается тем, что шарнирные части полумуфт выполнены в виде зубчатой передачи коническими колесами с бочкообразными зубьями с увеличенными боковыми и радиальными зазорами из расчета нахождения в пределах линии зацепления не менее трех пар зубьев и межосевым углом меньше развернутого на величину угла между пересекающимися осями валов, центральные околозубные выемки зубчатых конических колес-полумуфт, устанавливаемых на ведущий и ведомый валы, выполнены сферически заглубленными и снабженными шаровой опорой, переходной вал выполнен состоящим из двух однотипных полувалов, на одном конце которых, обращенном к центральным околозубным выемкам зубчатых колес-полумуфт, устанавливаемых на ведущий и ведомый валы, закреплены опорные подшипники преимущественно типа качения, располагаемые наружной поверхностью в шаровых опорах, а другие концы полувалов снабжены продольными нарезками или шлицами с размещенными на них соединительными фланцами. Кроме того, в торцы ведущего и ведомого валов по их оси вмонтирован цилиндрический фиксатор, входящий в паз ближайшей ему кромки шаровой опоры.This goal is achieved by the fact that the hinged parts of the coupling halves are made in the form of a gear transmission with bevel wheels with barrel-shaped teeth with increased lateral and radial clearances, based on finding at least three pairs of teeth within the engagement line and an interaxial angle less than the angle developed between the intersecting axes of the shafts, the central circumferential grooves of the bevel gear half-couplings mounted on the drive and driven shafts are made spherically recessed and provided with a ball bearing, transition The shaft is made up of two half-shafts of the same type, at one end of which, facing the central tooth teeth of the half-clutch gears mounted on the drive and driven shafts, thrust bearings are predominantly mounted, having an outer surface in the ball bearings, and the other ends of the shafts are provided longitudinal cuts or slots with connecting flanges placed on them. In addition, a cylindrical retainer is inserted into the ends of the driving and driven shafts along their axis, which enters the groove of the ball edge nearest to it.

Конструкция поясняется чертежами, где:The design is illustrated by drawings, where:

на фиг.1 изображен общий вид кардана синхронного в разрезе;figure 1 shows a General view of the cardan synchronous in section;

на фиг.2 показаны профили зубьев сцепляемых конических колес-полумуфт;figure 2 shows the tooth profiles of the coupled bevel wheels-coupling halves;

на фиг.3 и 4 показано взаиморасположение шаровой опоры и цилиндрического фиксатора, монтируемого в торцы ведущего и ведомого валов;figure 3 and 4 shows the relative position of the ball joint and the cylindrical retainer mounted in the ends of the drive and driven shafts;

на фиг.5 показана картина распределения относительных и абсолютных скоростей, имеющая место в контактирующих участках муфты-аналога и муфты-прототипа;figure 5 shows a picture of the distribution of relative and absolute speeds, which takes place in the contacting sections of the coupling-analog and coupling of the prototype;

на фиг.6 показан в профильном плане ряд точек, условно изображающих векторы скоростей, лежащих на образующих поверхностей зубьев, периодически находящихся во взаимном контакте;figure 6 shows in the profile plan a number of points conditionally depicting velocity vectors lying on the generatrix surfaces of the teeth, periodically in mutual contact;

на фиг.7 показана картина распределения абсолютных скоростей в сечении контактирующих участков зубьев предлагаемого устройства.Fig.7 shows a picture of the distribution of absolute speeds in cross section of the contacting sections of the teeth of the proposed device.

Кардан синхронный содержит две синхронные муфты А и Б для соединения ведущего вала с первым переходным полувалом и для соединения второго переходного полувала с ведомым валом. Муфты по устройству однотипны и представляют собой находящиеся в зацеплении зубчатые конические колеса-полумуфты 1 и 4 с бочкообразными зубьями, улучшающими подвижность соединения и его монтаж, с увеличенными боковыми и радиальными зазорами из расчета нахождения в пределах линии зацепления не менее трех пар зубьев. Векторы абсолютных скоростей участков зубьев, находящихся в контакте, имеющие в каждый момент времени направление, перпендикулярное своим радиусам-векторам r₁', r₁", r₁"', r₁"", r₄', r₄", r₄'", r₄"", полностью сходятся в участках полюса зацепления и имеют взаимное перекрытие в соседних участках. Этим обеспечивается синхронность движения зубчатых конических колес-полумуфт 1 и 4 как составных частей, а следовательно, и кардана синхронного в целом. Зубчатое коническое колесо-полумуфта 1 расположено на ведущем валу 2 и снабжено шаровой опорой 3, находящейся в центральной околозубной выемке. Зубчатое коническое колесо-полумуфта 4 расположено на первом переходном полувалу 5, опорой которого со стороны этого конического колеса-полумуфты 4 является подшипник качения 6, закрепленный на конце полувала 5 и опираемый наружной поверхностью в посадочном месте шаровой опоры 3. Для определенности положения шаровой опоры 3 в центральной околозубной выемке, выполненной сферически заглубленной, зубчатого конического колеса-полумуфты 1 служит цилиндрический фиксатор 7, смонтированный в торце ведущего вала 2 вдоль его центральной оси. Противоположный конец первого переходного полувала 5 снабжен продольными нарезками или шлицами, на которых располагается соединительный фланец 8 и элементы его сборки 9, 10, 11 с ответным соединительным фланцем 12 второго переходного полувала 5', образующие таким образом единый переходной вал 5-5'.The synchronous cardan contains two synchronous couplings A and B for connecting the drive shaft to the first transitional half shaft and for connecting the second transition half shaft with the driven shaft. The couplings according to the device are of the same type and are gear conical half-clutch gears 1 and 4 with barrel-shaped teeth that improve the mobility of the joint and its installation, with increased lateral and radial clearances based on finding at least three pairs of teeth within the engagement line. The vectors of the absolute velocities of the parts of the teeth in contact with each direction at a time perpendicular to their radius vectors r ₁ ', r ₁ ", r ₁ "', r ₁ "", r ₄ ', r ₄ ", r ₄ '", r ₄ "", completely converge in the parts of the pole of engagement and have mutual overlap in adjacent sections. This ensures the synchronized movement of the bevel gear-half-couplings 1 and 4 as components, and therefore the synchronous universal joint as a whole. The conical gear-half-coupling wheel 1 is located on the drive shaft 2 and is equipped with a ball bearing 3 located in the central notch. The gear conical half-coupling wheel 4 is located on the first transitional half-shaft 5, the support of which from the side of this conical half-coupling 4 is a rolling bearing 6, mounted on the end of the half-shaft 5 and supported by the outer surface in the seat of the ball joint 3. For determining the position of the ball joint 3 in the Central circumferential notch, made spherically recessed, gear conical half-coupling wheel 1 is a cylindrical retainer 7 mounted in the end of the drive shaft 2 along its central axis. The opposite end of the first transitional half shaft 5 is provided with longitudinal grooves or splines on which the connecting flange 8 and the elements of its assembly 9, 10, 11 with the counter connecting flange 12 of the second transitional half shaft 5 'are located, thus forming a single transition shaft 5-5'.

Работа кардана синхронного осуществляется следующим образом. Крутящий момент от ведущего вала 2 передается через шпонку 13 зубчатому колесу-полумуфте 1, далее через сцепляемые бочкообразные зубья 14 и 15 зубчатых конических колес-полумуфт 1 и 4 и шпонку 16 крутящий момент передается первому переходному полувалу 5, через продольные нарезки или шлицы 17, соединительный фланец 8 с элементами его сборки 9 крутящее силовое воздействие переносится на последующие однотипные части кардана синхронного, как второй переходной полувал 5' зубчатое коническое колесо-полумуфта 4' и т.д. и, наконец, к ведомому валу. Чтобы указанные движения составных частей были бы кинематически выполнимыми, шаровая опора должна занимать однозначное положение по отношению к оси ведущего, а также ведомого валов, для этой цели в торцах названных залов смонтированы цилиндрические фиксаторы 7. И хотя цилиндрические фиксаторы 7 вращаются вместе со своими валами, будучи смонтированными в их центре, однако за счет контакта с пазом 18 ответной кромки 19 шаровой опоры 3, выполняемого при сборке в экстремальном положении, т.е. когда зазор между поверхностями цилиндрического фиксатора 7 и паза 18 отсутствует, цилиндрический фиксатор 7 предотвращает вращение шаровой опоры 3 вместе со своими зубчатыми коническими колесами-полумуфтами, если бы такое движение состоялось, а механизм, как механизм, перестал бы существовать.The operation of the cardan synchronous is as follows. The torque from the drive shaft 2 is transmitted through the key 13 to the half-coupling gear 1, then through the mating barrel-shaped teeth 14 and 15 of the bevel gears half coupling 1 and 4 and the key 16, the torque is transmitted to the first transition half-shaft 5, through longitudinal cuts or splines 17, the connecting flange 8 with the elements of its assembly 9, the torque force is transferred to the subsequent parts of the same type of the cardan synchronous, as the second transitional half-shaft 5 'bevel gear half-coupling 4', etc. and finally to the driven shaft. In order for these movements of the components to be kinematically feasible, the ball bearing should occupy an unambiguous position with respect to the axis of the drive shaft as well as the driven shaft, for this purpose, cylindrical clamps 7 are mounted at the ends of the named halls. And although the cylindrical clamps 7 rotate with their shafts, being mounted in their center, however, due to contact with the groove 18 of the mating edge 19 of the ball joint 3, which is carried out during assembly in an extreme position, i.e. when there is no gap between the surfaces of the cylindrical retainer 7 and the groove 18, the cylindrical retainer 7 prevents the rotation of the ball joint 3 together with its bevel gear half-couplings if such a movement took place and a mechanism, like a mechanism, ceased to exist.

При сборке кардана синхронного первоначально монтируются цилиндрические фиксаторы 7 в торцы своих валов и устанавливаются зубчатые конические колеса-полумуфты 1 и 1' на ведущий и ведомый валы и закрепляются на них при помощи, например, стопорных винтов и пружинных колец, на чертежах не показанных. Затем в центральные околозубные сферически выполненные выемки зубчатых конических колес-полумуфт 1 и 1' вводятся шаровые опоры 3 с учетом беззазорного охвата их пазом 18 поверхностей цилиндрических фиксаторов 7. Переходные полувалы 5-5' со своими составными частями собираются отдельно и затем устанавливаются подшипниками качения 6 в посадочные места шаровой опоры 3, скрепляются между собой соединительными фланцами 8 и 12 с элементами сборки 9, 10, 11. Разборка кардана синхронного производится в обратном порядке.When assembling a synchronous cardan, cylindrical clamps 7 are initially mounted on the ends of their shafts and the bevel gear half-couplings 1 and 1 'are mounted on the drive and driven shafts and fixed to them using, for example, locking screws and spring rings, not shown in the drawings. Then, the spherical bearings 3 are introduced into the central circumferential spherical grooves of the bevel gears of the coupling halves 1 and 1 ', taking into account the clearance-free coverage of them with a groove 18 of the surfaces of the cylindrical retainers 7. The transitional half-shafts 5-5' with their components are assembled separately and then installed by rolling bearings 6 in the seats of the ball bearings 3, are fastened together by connecting flanges 8 and 12 with assembly elements 9, 10, 11. Dismantling of the synchronous universal joint is carried out in the reverse order.

Так как в качестве подвижного звена в предлагаемом кардане синхронном применены зубчатые конические колеса-полумуфты 1, 1', 4, 4' с бочкообразными зубьями и увеличенными боковыми и радиальными зазорами из расчета нахождения в пределах линии зацепления не менее трех пар зубьев, то в процессе сборки и последующей работы необходимо осуществлять регулировку зацепления. Это осуществляется с помощью зубчатых конических колес-полумуфт 4, 4', расположенных на переходных полувалах 5-5', за счет их продольного перемещения. Достигнутое рабочее положение указанных зубчатых конических колес-полумуфт закрепляется винтами 20 и фиксируется пружинными кольцами 21. Для смазки взаимодвижущихся поверхностей трения в кардане синхронном применены масленки 22, смазочные канавки 23, смазочные отверстия 24.Since, as a moving link in the proposed universal joint, the gear conical half-coupling wheels 1, 1 ', 4, 4' with barrel-shaped teeth and increased lateral and radial clearances are used based on finding at least three pairs of teeth within the engagement line, in the process assembly and subsequent work necessary to adjust the gearing. This is done with the help of gear bevel gears-coupling halves 4, 4 'located on the transitional shafts 5-5', due to their longitudinal movement. The achieved working position of the specified bevel gears-coupling halves is fixed with screws 20 and fixed with spring rings 21. To lubricate the interacting friction surfaces in the cardan, grease nipples 22, lubrication grooves 23, lubrication holes 24 are used.

Степень подвижности механизма по классификации Ассура есть:The degree of mobility of the mechanism according to Assur's classification is:

W=3П-2P₁-P₂-3=1,W = 3P-2P ₁ -P ₂ -3 = 1,

где:Where:

П - количество звеньев, включая стойку, П=6;P - the number of links, including rack, P = 6;

P₁ - количество кинематических пар, накладывающих две степени свободы на взаимное перемещение звеньев, P₁=6;P ₁ - the number of kinematic pairs superimposing two degrees of freedom on the mutual movement of the links, P ₁ = 6;

P₂ - количество кинематических пар, накладывающих одну степень свободы на взаимное перемещение звеньев, P₂=2.P ₂ - the number of kinematic pairs superimposing one degree of freedom on the mutual movement of the links, P ₂ = 2.

Источники информацииInformation sources

1. Кореняко А.С. и др. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин. М.-Л.: Машиностроение, 1964 г.1. Korenyako A.S. and other course design on the theory of mechanisms and machines. M.-L.: Engineering, 1964

Claims

1. Synchronous cardan, comprising two couplings, each of which consists of two coupling halves having a hub and a hinged part, a transition shaft, characterized in that the hinged part of the coupling half is made in the form of a gear with bevel gears with barrel-shaped teeth with increased lateral and radial clearances from the calculation of the presence within the line of engagement of at least three pairs of teeth and an interaxial angle less than the angle developed between the intersecting axes of the shafts, the central notches of the gear conical the half-coupling installed on the drive and driven shafts is made spherically recessed and provided with a ball bearing, the adapter shaft is made up of two half-shafts of the same type, at one end of which, facing the central tooth teeth of the bevel gear half-couplings mounted on the driving and driven shafts, thrust bearings of a predominantly rolling type are fixed, having an outer surface in ball bearings, and the other ends of the half-shafts are provided with longitudinal cuts or slots with dinitelnymi flanges.

2. The synchronous cardan according to claim 1, characterized in that a cylindrical retainer is inserted into the ends of the driving and driven shafts along their axis, which enters the groove of the edge of the ball joint nearest to it.