RU2442032C1

RU2442032C1 - Binary fork-joint

Info

Publication number: RU2442032C1
Application number: RU2010133018/11A
Authority: RU
Inventors: Юрий Феликсович Черняков (UA); Юрий Феликсович Черняков
Original assignee: Юрий Феликсович Черняков
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2012-02-10

Abstract

FIELD: mechanics. ^ SUBSTANCE: device refers to duplex hinged joints of agricultural and other machinery. The duplex universal hinged joint contains first spindle (1), and second spindle (2) which are connected pivotally with the intermediate spindle (11) by means of the centre cross (7,8) with inter-perpendicular axes. The spindles (1,2) are additionally inter-connected through the openings in the centre cross (7 and 8) by the arrester of the redundant axis with the ability to level the displacement angles of the spindles' spinning axis (1,2) from the spinning axis of the spindle (11). The arrester of the redundant axis contains first and second ball headed gearwheels (3,4) which are in the interlocking arrangement and are positively connected to the spindle extension housing (1,2). Each gear tooth (3,4) is located in the spherical surface in a circumferential direction, symmetric to the spindle rotation axis, ball headed gearwheel. On the first gearwheel.(3) in the spindle rotation axis (1) the central tooth is located, the surface of which is symmetric to the spindle rotation axis (1). On the second gearwheel (4), in the spindle rotation axis (2) for the central tooth inlet (3) the central low spot is located the surface of which is symmetric to the spindle rotation axis (2). ^ EFFECT: creation of the duplex universal hinged joint which transmits the predicted rotating torque at the axis cross of its spindles in the 120 degree angle or greater. ^ 4 dwg

Description

Изобретение относится к сдвоенным универсальным шарнирам сельскохозяйственных и иных машин.The invention relates to dual universal joints of agricultural and other machines.

Известены сдвоенные универсальные шарниры для кинематической связи двух валов с пересекающимися осями, например, по ГОСТ 5147-80 [1] с.2, черт.2; из [2] с.45, 46, рис.11.37б) и др.Known double universal joints for the kinematic connection of two shafts with intersecting axes, for example, according to GOST 5147-80 [1] p.2, fig. 2; from [2] p. 45, 46, fig. 11.37b) and others.

Недостаток их в том, что сдвоенные универсальные шарниры по [1] и [2] не имеют ограничителя избыточной степени подвижности. Поэтому их невозможно использовать в конструкции карданного вала.Their disadvantage is that the double universal joints according to [1] and [2] do not have a limiter of excessive degree of mobility. Therefore, they cannot be used in the construction of the driveshaft.

Известен сдвоенный универсальный шарнир, содержащий первый вал и второй вал, которые соединены с промежуточным валом шарнирно посредством крестовин взаимно перпендикулярными осями, причем первый вал и второй вал дополнительно связаны между собой через отверстия в крестовинах ограничителем избыточной степени подвижности с возможностью уравнивать углы отклонения осей вращения первого вала и второго вала от оси вращения промежуточного вала, например, по [2] (с.46, рис.11.37а), который принят за прототип.A double universal joint is known, comprising a first shaft and a second shaft, which are pivotally connected to the intermediate shaft by crosses with mutually perpendicular axes, the first shaft and the second shaft being additionally connected through openings in the crosses with an excess mobility limiter with the ability to equalize the angles of deviation of the rotation axes of the first shaft and the second shaft from the axis of rotation of the intermediate shaft, for example, according to [2] (p. 46, Fig. 11.37a), which is adopted as a prototype.

Недостаток его в том, что максимальный угол пересечения осей валов этого шарнира не превышает 40 градусов даже при выключенном вращении валов. Поэтому его применение в карданных валах привода трансмиссии сельхозмашины от вала отбора мощности трактора (далее ВОМ) ограничено. В приводе от трактора отечественных сельхозмашин применяют одинарные шарниры [3], для которых допустимо пересечение валов до 90 градусов, но при выключенном вращении вала отбора мощности трактора. Такие углы возможны при развороте в конце рабочего гона прицепной сельхозмашины и при подъеме навесной сельхозмашины в транспортное положение. Кроме того, в сдвоенном универсальном шарнире по [2] с увеличением угла пересечения валов увеличивается неравенство углов между промежуточным и крайними (первым, вторым) валами. Поэтому скорости первого и второго вала все же несколько несинхронны.Its disadvantage is that the maximum angle of intersection of the axes of the shafts of this hinge does not exceed 40 degrees, even when the rotation of the shafts is turned off. Therefore, its use in the drive shafts of the drive transmission of the agricultural machine from the tractor power take-off shaft (hereinafter PTO) is limited. Single hinges [3] are used in the drive from the tractor of domestic agricultural machines, for which shaft intersection of up to 90 degrees is permissible, but with the tractor PTO shaft turned off. Such angles are possible when turning at the end of the working rut of a trailed agricultural machine and when lifting the mounted agricultural machine to the transport position. In addition, in a double universal joint according to [2], with an increase in the angle of intersection of the shafts, the inequality of the angles between the intermediate and extreme (first, second) shafts increases. Therefore, the speeds of the first and second shaft are still somewhat unsynchronous.

Технический результат изобретения - сдвоенный шарнир с возможностью передачи расчетного вращающего момента при пересечении осей его валов под углом до 120 градусов и более, с возможностью использовать его в карданных валах привода сельхозмашины от вала отбора мощности трактора при отклонении ведомого вала карданного вала от ведущего вала карданного вала на угол до 240 градусов и более и не выключать вращение вала отбора мощности трактора на разворотах в конце рабочего гона.The technical result of the invention is a double hinge with the possibility of transmitting the calculated torque when crossing the axes of its shafts at an angle of up to 120 degrees or more, with the ability to use it in the drive shafts of the drive of the agricultural machine from the tractor power take-off shaft when the driven shaft of the driveshaft deviates from the drive shaft of the driveshaft at an angle of up to 240 degrees or more and do not turn off the rotation of the tractor power take-off shaft at turns at the end of the working rut.

Суть изобретения - сдвоенный универсальный шарнир, содержащий первый вал и второй вал, которые соединены с промежуточным валом шарнирно посредством крестовин взаимно перпендикулярными осями, причем первый вал и второй вал дополнительно связаны между собой через отверстия в крестовинах ограничителем избыточной степени подвижности с возможностью уравнивать углы отклонения осей вращения первого вала и второго вала от оси вращения промежуточного вала, отличающийся тем, что ограничитель избыточной степени подвижности состоит из находящихся во взаимном зацеплении и жестко соединенных с консолью первого вала и второго вала соответственно первой и второй сферических шестерен, каждый зуб которых расположен на сферической поверхности по окружности, симметричной оси вращения вала сферической шестерни, причем на первой сферической шестерне по оси вращения ее вала расположен центральный зуб, поверхность которого симметрична оси вращения первого вала, а на второй сферической шестерне по оси вращения ее вала для входа центрального зуба первой сферической шестерни расположена центральная впадина, поверхность которой симметрична оси вращения второго вала.The essence of the invention is a double universal joint comprising a first shaft and a second shaft, which are pivotally connected to the intermediate shaft by means of crosses with mutually perpendicular axes, the first shaft and the second shaft being additionally connected to each other through openings in the crosses with an excess mobility limiter with the ability to equalize the axis deviation angles rotation of the first shaft and the second shaft from the axis of rotation of the intermediate shaft, characterized in that the limiter excessive mobility consists of finding interlocking and rigidly connected to the console of the first shaft and second shaft, respectively, of the first and second spherical gears, each tooth of which is located on a spherical surface in a circle symmetrical to the axis of rotation of the shaft of the spherical gear, and on the first spherical gear along the axis of rotation of its shaft, there is a central a tooth whose surface is symmetrical to the axis of rotation of the first shaft, and is located on the second spherical gear along the axis of rotation of its shaft to enter the central tooth of the first spherical gear and the central depression, the surface of which is symmetrical to the axis of rotation of the second shaft.

Благодаря этому таким сдвоенным универсальным шарниром передают расчетный вращающий момент под углом пересечения его входного и выходного валов до 120 градусов и более, а также используют его в карданных валах сельхозмашины с углом отклонения выходного вала карданного вала от входного до 240 градусов и более и при этом не выключают вращение вала отбора мощности трактора на разворотах в конце рабочего гона.Due to this, such a dual universal joint transfers the calculated torque at the angle of intersection of its input and output shafts to 120 degrees or more, and also use it in cardan shafts of an agricultural machine with an angle of deviation of the output shaft of the cardan shaft from the input to 240 degrees or more, and without turn off the rotation of the tractor PTO at turns at the end of the working rut.

Устроен сдвоенный универсальный шарнир (далее дубль-шарнир), например, так.A double universal joint has been arranged (hereinafter the double-joint), for example, like this.

На фиг.1 изображен дубль-шарнир в позиции отклонения осей вращения первого и второго вала от оси вращения промежуточного вала на угол γ=60 градусов. Пунктиром показана соосная позиция первого и второго валов, то есть при взаимном их отклонении на угол γ=0 градусов.Figure 1 shows the double-hinge in the position of the deviation of the axis of rotation of the first and second shaft from the axis of rotation of the intermediate shaft at an angle γ = 60 degrees. The dotted line shows the coaxial position of the first and second shafts, that is, with their mutual deviation by an angle of γ = 0 degrees.

На фиг.2 изображен вид по стрелке А на фиг.1, но в позиции отклонения валов γ=0 градусов.Figure 2 shows a view along arrow A in figure 1, but in the position of the deflection of the shafts γ = 0 degrees.

На фиг.3 изображена схема телескопического карданного вала с дубль-шарнирами при отклонении выходного вала карданного вала от входного вала карданного вала на угол 4 γ=240 градусов.Figure 3 shows a diagram of a telescopic driveshaft with double hinges when the output shaft of the driveshaft deviates from the input shaft of the driveshaft by an angle of 4 γ = 240 degrees.

На фиг.4 изображен дубль-шарнир в позиции отклонения осей вращения первого вала от второго вала на угол γ=45 градусов после поворота валов вокруг осей вращения на 90 градусов от их позиции на фиг.1.Figure 4 shows the double-hinge in the position of the deviation of the axis of rotation of the first shaft from the second shaft at an angle of γ = 45 degrees after the rotation of the shafts around the axis of rotation by 90 degrees from their position in figure 1.

Условные обозначения на фиг.1,2, 3 и 4:Symbols in figures 1,2, 3 and 4:

1 - первый вал дубль-шарнира (далее вал),1 - the first shaft of the double-hinge (hereinafter the shaft),

2 - второй вал дубль-шарнира (далее вал),2 - the second shaft of the double-hinge (hereinafter the shaft),

3 - сферическая шестерня, жестко соединенная с валом 1 (далее шестерня),3 - spherical gear rigidly connected to the shaft 1 (hereinafter gear),

4 - сферическая шестерня, жестко соединенная с валом 2 (далее шестерня),4 - spherical gear rigidly connected to the shaft 2 (hereinafter gear),

5 - один из пары соосных шипов на валу 1 (далее шип),5 - one of a pair of coaxial spikes on the shaft 1 (hereinafter the spike),

6 - один из пары соосных шипов на валу 2 (далее шип),6 - one of a pair of coaxial spikes on the shaft 2 (hereinafter the spike),

7 - крестовина, соединенная с валом 1 шарнирно двумя соосными шипами 5 (далее крестовина),7 - a cross connected to the shaft 1 articulated by two coaxial spikes 5 (hereinafter the cross),

8 - крестовина, соединенная с валом 2 шарнирно двумя соосными шипами 6 (далее крестовина),8 - a cross connected to the shaft 2 articulated by two coaxial spikes 6 (hereinafter the cross),

9 - один из пары соосных шипов крестовины 7 (далее шип),9 - one of a pair of coaxial spikes of the spider 7 (hereinafter the spike),

10 - один из пары соосных шипов крестовины 8 (далее шип),10 - one of a pair of coaxial spikes of the spider 8 (hereinafter the spike),

11 - промежуточный вал, выполненный в виде пустотелого цилиндра (далее вал),11 - an intermediate shaft made in the form of a hollow cylinder (hereinafter the shaft),

12 - ось пары соосных цапф в цилиндрической стенке вала 11 (далее ось),12 - the axis of the pair of coaxial trunnions in the cylindrical wall of the shaft 11 (hereinafter the axis),

МП - мгновенный полюс дубль-шарнира.MP - the instantaneous pole of the double-hinge.

К консоли вала 1 и к консоли вала 2 прикреплены по шестерне 3 и 4 соответственно. Начальные сферы их зубьев (аналог начальной окружности цилиндрической шестерни) равны между собой. Каждый зуб этой шестерни расположен на сферической поверхности по окружности, симметричной оси вращения ее вала. На шестерне 3 по оси вращения вала 1 расположен центральный зуб, поверхность которого симметрична оси вращения вала 1. На шестерне 4 по оси вращения вала 2 расположена центральная впадина, поверхность которой симметрична оси вращения вала 2 и в которую входит центральный зуб шестерни 3 при соосности валов 1 и 2. Консоль вала 1 имеет два соосных шипа 5. Консоль вала 2 имеет два соосных шипа 6. Оси шипов 5 и 6 перпендикулярны оси вращения вала 1 и вала 2 соответственно. Шипы 5 вала 1 входят подвижно в отверстия цапф крестовины 7. Шипы 6 вала 2 входят подвижно в отверстия цапф крестовины 8. Крестовина 7 и крестовина 8 аналогичны крестовине универсального шарнира по RU 2387890 [4]. Каждая из них имеет центральное отверстие, ось которого проходит через точку пересечения взаимно перпендикулярных осей пары соосных отверстий цапф и пары соосных шипов крестовины и перпендикулярна им. Шипы 9 крестовины 7 и шипы 10 крестовины 8 входят подвижно в отверстия пары соосных цапф в цилиндрической стенке вала 11 и соединяют эти крестовины с валом 11 шарнирно. Вал 11 синхронного дубль-шарнира имеет две пары отверстий соосных цапф с параллельными осями 12, перпендикулярными оси вращения вала 11. Расстояние между параллельными осями цапф равно двум радиусам начальных сфер зубьев шестерен 3 и 4, чтобы шестерни 3 и 4 находились во взаимном зацеплении своими зубьями. Вал 11 асинхронного дубль-шарнира также имеет две пары соосных отверстий цапф, но их оси лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях. Других отличий от синхронного дубль-шарнира у него нет.Такой асинхронный дубль-шарнир можно применить, например, в механизме типа по UA 75431 [5] фиг.3 и в некоторых других устройствах вместо известного сдвоенного универсального шарнира [1] (с.2, черт.2) для циклически неравномерного вращения ведомого вала при равномерном вращении ведущего вала.To the shaft console 1 and to the shaft console 2 are attached on the gear 3 and 4, respectively. The initial spheres of their teeth (analogous to the initial circumference of a cylindrical gear) are equal to each other. Each tooth of this gear is located on a spherical surface in a circle symmetrical to the axis of rotation of its shaft. On the gear 3 along the axis of rotation of the shaft 1 there is a central tooth whose surface is symmetrical to the axis of rotation of the shaft 1. On the gear 4 along the axis of rotation of the shaft 2 there is a central cavity whose surface is symmetrical to the axis of rotation of the shaft 2 and into which the central tooth of the gear 3 enters when the shafts are aligned 1 and 2. The shaft bracket 1 has two coaxial studs 5. The shaft bracket 2 has two coaxial studs 6. The axis of the studs 5 and 6 are perpendicular to the axis of rotation of the shaft 1 and shaft 2, respectively. The spikes 5 of the shaft 1 enter movably into the holes of the trunnions of the spider 7. The spikes 6 of the shaft 2 enter movably into the holes of the trunnions of the spider 8. The spider 7 and spider 8 are similar to the universal joint spider according to RU 2387890 [4]. Each of them has a central hole, the axis of which passes through the intersection point of the mutually perpendicular axes of the pair of coaxial holes of the pins and the pair of coaxial spikes of the cross and is perpendicular to them. The spikes 9 of the spider 7 and the spikes 10 of the spider 8 enter movably into the holes of a pair of coaxial pins in the cylindrical wall of the shaft 11 and pivotally connect these crosses to the shaft 11. The shaft 11 of the synchronous double-hinge has two pairs of holes of coaxial trunnions with parallel axes 12 perpendicular to the axis of rotation of the shaft 11. The distance between the parallel axes of the trunnions is equal to the two radii of the initial spheres of the gear teeth 3 and 4, so that gears 3 and 4 are in mutual engagement with their teeth . The shaft 11 of the asynchronous double-hinge also has two pairs of coaxial pin holes, but their axes lie in mutually perpendicular planes. It has no other differences from the synchronous double-hinge. Such an asynchronous double-hinge can be used, for example, in a type mechanism according to UA 75431 [5] of Fig. 3 and in some other devices instead of the well-known dual universal hinge [1] (p.2 , Fig. 2) for cyclically non-uniform rotation of the driven shaft with uniform rotation of the drive shaft.

Работа описанного выше дубль-шарнира имеет особенность в том, что при вращении вала 1 и вала 2 шестеренями 3 и 4 никакого вращающего момента не передают. Зубья шестерен только взаимно обкатывают: в синхронном дубль-шарнире без относительного скольжения вдоль длины зубьев, а в асинхронном дубль-шарнире обкатывают с циклически неравномерным относительным скольжением. Если поворачивают вращаемый (или невращаемый) вокруг своей оси вращения вал 1 относительно вала 2, то тем самым благодаря зацеплению шестерен 3 и 4 поворачивают и вал 11. При этом углы γ пересечения осей вращения вала 1 и вала 2 с осью вращения вала 11 сохраняют равными между собой. Оси вращения вала 1 и вала 2 пересекаются в мгновенном полюсе МП дубль-шарнира. Работа карданного вала (фиг.3), содержащего дубль-шарниры, отличается от работы карданного вала, содержащего сдвоенные шарниры по [3], существенно большими углами допустимого пересечения входного и выходного валов. Поэтому на развороте в конце рабочего гона машинно-тракторного агрегата с приводом трансмиссии сельхозмашины от ВОМ трактора вращение ВОМа не выключают. Благодаря вращению рабочие органы, например, свеклоуборочной машины на повороте активно очищают от налипшей почвы, зависших сорняков и ботвы. Кроме этого, не требуется включать ВОМ после каждого разворота в конце рабочего гона, так как он выключен. Этим уменьшают число ударов по трансмиссии сельхозмашины, облегчают работу тракториста.The work of the double-hinge described above has the peculiarity in that when the shaft 1 and the shaft 2 are rotated by gears 3 and 4, no torque is transmitted. The teeth of the gears only mutually run in: in a synchronous double-hinge without relative sliding along the length of the teeth, and in the asynchronous double-hinge are rolled in with cyclically non-uniform relative sliding. If the shaft 1 is rotated (or non-rotatable) around its axis of rotation relative to the shaft 2, then, due to the engagement of gears 3 and 4, the shaft 11 is also rotated. In this case, the angles γ of intersection of the rotational axes of the shaft 1 and the shaft 2 with the rotational axis of the shaft 11 are kept equal between themselves. The axis of rotation of the shaft 1 and shaft 2 intersect in the instantaneous pole of the MP double-hinge. The operation of the driveshaft (figure 3), containing the double-hinges, differs from the operation of the driveshaft containing the double hinges according to [3], with significantly larger angles of the permissible intersection of the input and output shafts. Therefore, at the turn at the end of the working rut of the machine-tractor unit with the transmission drive of the agricultural machine from the tractor PTO, the rotation of the PTO does not turn off. Thanks to rotation, the working bodies, for example, beet-harvesting machines at the turn, are actively cleaned of adhering soil, hanging weeds and tops. In addition, it is not necessary to turn on the PTO after each turn at the end of the working rut, since it is turned off. This reduces the number of strokes on the transmission of agricultural machinery, facilitates the work of the tractor operator.

Итак, дубль-шарниром передают расчетный вращающий момент под углом пересечения его входного и выходного валов до 120 градусов и более. Используют его и в карданном вале приема мощности сельхозмашины с углом отклонения выходного вала карданного вала от входного с 0 градусов до 240 и более градусов. Поэтому на развороте в конце рабочего гона ВОМ трактора не выключают. Дубль-шарнир могут использовать также в межузловых карданных валах и самостоятельно в трансмиссии любой машины, например, вместо конического редуктора с передаточным числом, равным единице, а асинхронный дубль-шарнир могут использовать в механизме взаимосвязи поршней [5] и в других устройствах для циклически неравномерного вращения ведомого вала при равномерном вращении ведущего вала.So, the double-hinge transmit the calculated torque at an intersection angle of its input and output shafts of up to 120 degrees or more. It is also used in a cardan shaft for receiving power of an agricultural machine with an angle of deviation of the output shaft of the cardan shaft from the input from 0 degrees to 240 or more degrees. Therefore, at the headland at the end of the working headland, the tractor PTO is not turned off. The double-hinge can also be used in internodal driveshafts and independently in the transmission of any machine, for example, instead of a bevel gear with a gear ratio equal to one, and the asynchronous double-hinge can be used in the mechanism of interconnection of pistons [5] and in other devices for cyclically uneven rotation of the driven shaft with uniform rotation of the drive shaft.

Источники информацииInformation sources

1. Муфты шарнирные. Основные параметры, конструкция и размеры. ГОСТ 5147-80. Издание официальное. Москва: Издательство стандартов. 14 с.1. Hinged couplings. Key parameters, design and dimensions. GOST 5147-80. The publication is official. Moscow: Publishing house of standards. 14 sec

2. B.C.Поляков и др. Справочник по муфтам. Под ред. B.C.Полякова. 2-е изд. - Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1979, - 344 с.2. B.C. Polyakov et al. Handbook of couplings. Ed. B.C. Polyakova. 2nd ed. - L.: Engineering, Leningrad Branch, 1979, - 344 p.

3. Шарниры карданные для сельскохозяйственных машин. Рабочие чертежи унифицированных конструкций. РТМ - А 23.2.051 - 83. M.: ВИСХОМ. 1985. 36 с.3. Cardan joints for agricultural machinery. Working drawings of unified designs. RTM - A 23.2.051 - 83. M .: VISKHOM. 1985.36 p.

4. RU 2387890 C1, F16C 11/06, F16C 3/06, F16C 3/30 (2006.01). Описание изобретения к патенту. 5 с. Опубликовано: 27.04.2010 Бюл. №12, 5 с.4. RU 2387890 C1, F16C 11/06, F16C 3/06, F16C 3/30 (2006.01). Description of the invention to the patent. 5 sec Posted: 04/27/2010 Bull. No. 12, 5 p.

5. UA 75431 C2, F02B 77/00. Механiзм взаємозв'язку поршнiв. Опис до патенту на винахiд. 4 арк. Опублiкований 17.04.2006, Бюл. №4, 2006.5. UA 75431 C2, F02B 77/00. Mechanism for interchange of pistons. Description before patent on vinid. 4 arcs. Published on April 17, 2006, Bull. No. 4, 2006.

Claims

A dual universal joint comprising a first shaft and a second shaft, which are pivotally connected to the intermediate shaft by crosses with mutually perpendicular axes, the first shaft and the second shaft being additionally connected to each other through openings in the crosses with an excess mobility limiter with the ability to equalize the angles of deviation of the rotation axes of the first and the second shaft from the axis of rotation of the intermediate shaft, characterized in that the limiter of the excessive degree of mobility consists of mutually engaged and rigidly connected to the console of the first shaft and the second shaft, respectively, of the first and second spherical gears, each tooth of which is located on a spherical surface in a circle symmetrical to the axis of rotation of the shaft of the spherical gear, and on the first spherical gear along the axis of rotation of its shaft, there is a central tooth, surface which is symmetrical to the axis of rotation of the first shaft, and on the second spherical gear along the axis of rotation of its shaft for the entrance of the Central tooth of the first spherical gear is a Central cavity, overhnost wherein rotation symmetrical axis of the second shaft.