RU2684552C1

RU2684552C1 - Articulated shaft

Info

Publication number: RU2684552C1
Application number: RU2018112495A
Authority: RU
Inventors: Сергей Сергеевич Воробьев
Original assignee: Сергей Сергеевич Воробьев
Priority date: 2018-04-08
Filing date: 2018-04-08
Publication date: 2019-04-09

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to machine building, in particular to articulated shaft, which is intended for transmit torque from drive mechanism to driven mechanism. Articulated shaft includes carriage (1), in which there are holes for installation of bearings (12) and grooves for locking inner rings (8), fixing from axial movement of bearings (12) shifted by 60° in radial direction; axis (2) has a cylindrical end with a groove for a retaining outer ring (9), on the opposite side a recess with a hole for providing a hinge joint to link (3) by means of pin (6); link (3) has recesses with holes at the ends to provide pivot connection to axis (2) and lever (4) by means of pins (6; 7); lever (4) has a cylindrical shape with a recess and a hole at the end to provide a hinge joint with link (3) by means of pin (7); shaft (5) is made cylindrical with holes for hinged connection with lever (4). Shaft is configured to transmit torque (M) at angle (α) from 90° to 180°, transmit torque (M) in the absence of coaxial rotation axes of driving and driven mechanisms, transmit torque provided that point (D) of intersection of axes of rotation of drive and driven mechanisms does not lie on plane of force transfer.EFFECT: provision for transmit torque without crossing axes of rotation of driving and driven mechanisms.1 cl, 10 dwg

Description

1 Область техники изобретения1 Field of the invention

Вал шарнирный имеет номер МПК B60K 17/22 – Расположение или монтаж трансмиссий на транспортных средствах - отличающиеся устройством, расположением или типом главного приводного вала, например карданного, по Международному Патентному классификатору. The articulated shaft is IPC number B60K 17/22 - Arrangement or installation of transmissions on vehicles - differing in the arrangement, arrangement or type of the main drive shaft, for example cardan, according to the International Patent Classifier.

Вал шарнирный относится к машиностроению и предназначен для передачи крутящего момента М от ведущего механизма к ведомому механизму. Вал шарнирный применяется во многих отраслях промышленности в следующем из случаев:The articulated shaft relates to mechanical engineering and is designed to transmit torque M from the driving mechanism to the driven mechanism. The articulated shaft is used in many industries in the following cases:

-отсутствует соосность осей вращения ведущего и ведомого механизмов;- there is no alignment of the axes of rotation of the leading and driven mechanisms;

-отсутствует пересечение осей вращения ведущего и ведомого механизмов;- there is no intersection of the rotation axes of the master and slave mechanisms;

-отсутствует жесткая фиксация ведущего и ведомого механизмов.- there is no rigid fixation of the leading and driven mechanisms.

2. Уровень техники2. The level of technology

Вал шарнирный не уступает рассмотренному аналогу, а превосходит его в таком критерии, как:The articulated shaft is not inferior to the considered analog, but surpasses it in such criteria as:

Передача крутящего момента под углом α=90°…180° - по этому критерию Вал шарнирный превосходит, такой аналог как:Torque transmission at an angle α = 90 ° ... 180 ° - according to this criterion, the articulated shaft is superior, such an analog as:

Карданный вал, № патента 195265.Cardan shaft, patent number 195265.

Передача крутящего момента под углом α=90°…180°- это критерий обеспечивается тем, что рычаг имеет степень свободы Мо вдоль оси вращения вала, рычаг имеет степень свободы Мr вокруг своей оси, ось имеет степень свободы Мr вокруг своей оси, звено имеет степень свободы Мr вокруг оси отверстия оси и вокруг оси отверстия рычага.Torque transmission at an angle α = 90 ° ... 180 ° - this criterion is ensured by the fact that the lever has a degree of freedom Mo along the axis of rotation of the shaft, the lever has a degree of freedom Mr around its axis, the axis has a degree of freedom Mr around its axis, the link has a degree freedom Mr around the axis of the hole of the axis and around the axis of the hole of the lever.

Передача крутящего момента при отсутствии пересечения осей вращения ведущего и ведомого механизмов - по этому критерию Вал шарнирный превосходит, такой аналог как:Torque transmission in the absence of intersection of the rotation axes of the driving and driven mechanisms - according to this criterion, the articulated shaft is superior, such as:

Передача крутящего момента при отсутствии пересечения осей вращения ведущего и ведомого механизмов - это критерий обеспечивается тем, рычаг имеет степень свободы Мr вокруг своей оси, ось имеет степень свободы Мr вокруг своей оси, звено имеет степень свободы Мr вокруг оси отверстия ось и вокруг оси отверстия детали рычаг.Torque transmission in the absence of intersection of the rotation axes of the driving and driven mechanisms - this criterion is ensured by the fact that the lever has a degree of freedom Mr around its axis, the axis has a degree of freedom Mr around its axis, the link has a degree of freedom Mr around the axis of the hole axis and around the axis of the hole parts lever arm.

Передача крутящего момента при условии, что точка Г пересечения осей вращения ведущего и ведомого механизмов не лежит на плоскости передачи силы - по этому критерию Вал шарнирный превосходит, такой аналог как:Transfer of torque, provided that the point G of the intersection of the rotation axes of the driving and driven mechanisms does not lie on the plane of force transmission - according to this criterion, the articulated shaft is superior, such as:

Передача крутящего момента при условии, что точка Г пересечения осей вращения ведущего и ведомого механизмов не лежит на плоскости передачи силы - это критерий обеспечивается тем, рычаг имеет степень свободы Мо вдоль оси вращения вала, рычаг имеет степень свободы Мr вокруг своей оси, ось имеет степень свободы Мr вокруг своей оси, звено имеет степень свободы Мr вокруг оси отверстия оси и вокруг оси отверстия рычага.Transfer of torque provided that the point Г of intersection of the rotation axes of the driving and driven mechanisms does not lie on the plane of force transmission - this criterion is ensured by the fact that the lever has a degree of freedom Mo along the axis of rotation of the shaft, the lever has a degree of freedom Mr around its axis, the axis has a degree freedom of Mr around its axis, the link has a degree of freedom of Mr around the axis of the hole of the axis and around the axis of the hole of the lever.

3 Раскрытие изобретения3 Disclosure of invention

Состав сборки Вал шарнирный:Assembly Composition Shaft Jointed:

поз.1 – Каретка, в детали выполнены отверстия в кол. 3 шт. для установки подшипников поз.12 и канавки под стопорное кольцо поз.13, фиксирующая от осевого перемещения подшипник поз.12 с одной стороны и с другой, смещенные на 60° в радиальном направлении.Pos. 1 - Carriage, holes in a stake are made in the part. 3 pcs. for mounting bearings pos. 12 and grooves under the snap ring pos. 13, which secures the bearing pos. 12 from axial movement on one side and on the other, offset by 60 ° in the radial direction.

поз.2 – Ось, деталь имеет цилиндрический конец с канавкой под стопорное кольцо поз. 9, на противоположной стороне выборку с отверстием для обеспечения шарнирного соединения с деталью поз. 3 при помощи детали поз.6.pos.2 - Axis, the part has a cylindrical end with a groove for the snap ring pos. 9, on the opposite side, a sampling with a hole to provide articulation with the part pos. 3 using the part pos. 6.

поз.3 – Звено, деталь имеет на концах выборки с отверстиями для обеспечения шарнирного соединения с деталями поз.2, 4 при помощи деталей поз.6, 7.item 3 - Link, the part has at the ends of the sample with holes to provide articulation with parts 2, 4 using parts 6, 7.

поз.4 – Рычаг, цилиндрическая деталь с выборкой и отверстием на конце для обеспечения шарнирного соединения с деталью поз.3 при помощи деталь поз.7.pos. 4 - Lever, cylindrical part with a sample and a hole at the end to provide articulation with the part pos. 3 using the part pos. 7.

поз.5 – Вал, цилиндрическая деталь с отверстиями в кол. 3 шт. под шарнирное соединение с дет. Поз.4.pos.5 - Shaft, cylindrical part with holes in the count. 3 pcs. under swivel with det. Pos. 4.

поз.6 – Палец, цилиндрическая деталь с канавкой под стопорное кольцо поз.11 на конце.pos.6 - Finger, cylindrical part with a snap ring groove pos.11 at the end.

поз.7 – Палец, является исполнением детали поз.6, цилиндрическая деталь большего диаметра.pos.7 - Finger, is the execution of the part pos.6, a cylindrical part of a larger diameter.

поз.8 – кольцо стопорное внутренне.pos.8 - ring retaining internally.

поз.9 – кольцо стопорное наружное.Pos. 9 - outer retaining ring.

поз.10 – кольцо стопорное наружное.Pos.10 - outer retaining ring.

поз.11 – кольцо стопорное наружное.Pos.11 - outer retaining ring.

поз.12 – подшипник.pos.12 - bearing.

поз.13 – шайба.Pos. 13 - washer.

поз.14 – шайба.Pos. 14 - washer.

Для передачи крутящего момента М необходимо выполнение условия, ось каждого рычага должна описывать эллипс с размером L на плоскости Д. Размер L определяется углом поворота α, чем больше α, тем меньше L и эллипс становится окружность с размером D, L=D+L1+L2, а L1=L2. Условие обеспечивается тем, что рычаг имеет степень свободы Мо вдоль оси вращения вала, рычаг имеет степень свободы Мr вокруг своей оси, ось имеет степень свободы Мr вокруг своей оси, звено имеет степень свободы Мr вокруг оси отверстия оси и вокруг оси отверстия рычага.To transmit torque M, the condition must be met, the axis of each lever must describe an ellipse with size L on the plane D. The size L is determined by the angle of rotation α, the larger α, the smaller L and the ellipse becomes a circle with size D, L = D + L1 + L2, and L1 = L2. The condition is ensured that the lever has a degree of freedom Mo along the axis of rotation of the shaft, the lever has a degree of freedom Mr around its axis, the axis has a degree of freedom Mr around its axis, the link has a degree of freedom Mr around the axis of the hole of the axis and around the axis of the hole of the lever.

Места крепления подшипников в каретке смещены на 60° с одной стороны относительно другой, что уменьшает габарит каретки и создает асинхронность процесса передачи момента М.The mounting locations of the bearings in the carriage are offset by 60 ° from one side relative to the other, which reduces the size of the carriage and creates the asynchrony of the moment transmission process M.

При воздействии крутящего момента М на вал окружная сила Fокр будет воздействовать на каретку через ось, звено, рычаг под углом β1_1 и будет иметь меньшее значение ΔFокр1. Каретка, воздействуя с силой ΔFокр1 через ось, звено, рычаг под углом β1_2 будет иметь меньшее значение Fокр1 и создавать крутящий момент М1 со значением 50% от М, следовательно, при α=90° КПД будет составлять 50%. Снижение крутящего момента обусловлено тем, что возникающие силы будут расходоваться на шарнирных соединениях Вала шарнирного. При α=180° КПД будет составлять 100%.When the torque M acts on the shaft, the circumferential force Fokr will act on the carriage through the axis, link, lever at an angle β1_1 and will have a smaller value ΔFokr1. The carriage, acting with a force ΔFokr1 through the axis, link, lever at an angle β1_2, will have a lower value Fokr1 and create a torque M1 with a value of 50% of M, therefore, at α = 90 ° the efficiency will be 50%. The reduction in torque is due to the fact that the arising forces will be spent on the articulated joints of the articulated shaft. At α = 180 °, the efficiency will be 100%.

При вращении деталь каретки будет совершать вращение Мr вокруг своей оси, звено будет совершать колебательные движения циклично, рычаг будет совершать возвратно-поступательное движение Мо с шагом Т, чем больше угол α, тем меньше шаг Т и вращение Мr, перечисленные события позволят осям вращения рычага описать эллипс с размером L на плоскости Д и следовательно успешно передать крутящий момент.During rotation, the carriage part will rotate Mr around its axis, the link will oscillate cyclically, the lever will reciprocate Mo with step T, the larger the angle α, the smaller the step T and rotation Mr, these events will allow the axes of rotation of the lever describe an ellipse with size L on the plane D and therefore successfully transmit the torque.

При воздействии крутящего момента М на вал окружная сила Fокр будет воздействовать на каретку через ось, звено, рычаг под углом β2_1 и будет иметь меньшее значение ΔFокр2. Каретка, воздействуя с силой ΔFокр2 через ось, звено, рычаг под углом β2_2 будет иметь меньшее значение Fокр2, и создавать крутящий момент М2.When the torque M acts on the shaft, the circumferential force Fokr will act on the carriage through the axis, link, lever at an angle β2_1 and will have a smaller value ΔFokr2. The carriage, acting with a force ΔFokr2 through the axis, link, lever at an angle β2_2 will have a lower value Fokr2, and create a torque M2.

При воздействии крутящего момента М на вал окружная сила Fокр будет воздействовать на каретку через ось, звено, рычаг под углом β3_1 и будет иметь меньшее значение ΔFокр3. Каретка, воздействуя с силой ΔFокр3 через ось, звено, рычаг под углом β3_2 будет иметь меньшее значение Fокр3, и создавать крутящий момент М3.When the torque M acts on the shaft, the circumferential force Fokr will act on the carriage through the axis, link, lever at an angle β3_1 and will have a smaller value ΔFokr3. The carriage, acting with a force ΔFokr3 through the axis, link, lever at an angle β3_2 will have a lower value Fokr3, and create a torque M3.

При воздействии крутящего момента М на вал окружная сила Fокр будет воздействовать на каретку через ось, звено, рычаг и создавать крутящий момент М5, при этом смещение осей ведущего и ведомого механизмов на размер Т2 зависит от межосевого размера Т1 между отверстиями звена.When the torque M acts on the shaft, the circumferential force Focr will act on the carriage through the axis, link, lever and create a torque M5, while the displacement of the axes of the driving and driven mechanisms by size T2 depends on the center distance T1 between the holes of the link.

4 Перечень фигур4 List of figures

Фигура 1 – отображает главный вид вала шарнирного со всеми входящими в состав деталями, направления действующих сил.Figure 1 - displays the main view of the articulated shaft with all parts included in the composition, the direction of the acting forces.

Фигура 2 – отображает разрез с фигуры 1, степень свободы рычага.Figure 2 - displays a section from figure 1, the degree of freedom of the lever.

Фигура 3 – отображает разрез с фигуры 1, геометрические фигуры описываемые осями рычага в момент вращения и зависящие от угла α.Figure 3 - displays a section from figure 1, the geometric figures described by the axes of the lever at the time of rotation and depending on the angle α.

Фигура 4 – отображает выносной вид с фигуры 1, степень свободы звена.Figure 4 - displays a remote view from figure 1, the degree of freedom of the link.

Фигура 5 – отображает один из возможных вариантов эксплуатации под углом α1.Figure 5 - displays one of the possible options for operation at an angle α1.

Фигура 6 – отображает один из возможных вариантов эксплуатации под углом α2.Figure 6 - displays one of the possible options for operation at an angle α2.

Фигура 7 – отображает один из возможных вариантов эксплуатации под углом α3.Figure 7 - displays one of the possible options for operation at an angle α3.

Фигура 8 – отображает один из возможных вариантов эксплуатации с отсутствием пересечения осей ведущего и ведомого механизмов и смещением на размер Т2.Figure 8 - displays one of the possible operating options with the absence of intersection of the axes of the leading and driven mechanisms and an offset of size T2.

Фигура 9 – отображает один из возможных вариантов эксплуатации при условии, что точка Г пересечения осей ведущего и ведомого не лежит на плоскости передачи силы.Figure 9 - displays one of the possible options for operation, provided that the point G of the intersection of the axes of the master and slave does not lie on the plane of transmission of force.

Фигура 10 – отображает реалистичную отрисовку.Figure 10 - displays a realistic rendering.

5 Сведения подтверждающие возможность осуществления изобретения5 Information confirming the possibility of carrying out the invention

Детали из состава Вал шарнирный технически выполнимы на токарно-фрезерном, токарном, фрезерном и сверлильном станках.Parts from the composition The articulated shaft is technically feasible on turning and milling, turning, milling and drilling machines.

Передача крутящего момента обеспечивается шарнирным соединением между ключевыми деталями и позволяет описывать эллипс или окружность, в зависимости от угла α, на плоскости Д, а это является основным условием для передачи крутящего момента.The transmission of torque is ensured by a swivel between key parts and allows you to describe an ellipse or circle, depending on the angle α, on the plane D, and this is the main condition for the transmission of torque.

Claims

An articulated shaft, characterized in that it includes a carriage (1), in which holes for mounting bearings (12) and grooves for retaining inner rings (8) are made, bearings (12) secured against axial movement, offset by 60 ° in the radial direction; the axis (2) has a cylindrical end with a groove for the retaining outer ring (9), on the opposite side there is a sample with a hole to provide articulation to the link (3) with the finger (6); the link (3) has at the ends of the sample with holes to provide articulation with the axis (2) and the lever (4) with the fingers (6; 7); the lever (4) is made of a cylindrical shape with a sample and a hole at the end to provide articulation with a link (3) using a finger (7); the shaft (5) is made of a cylindrical shape with holes for articulation with a lever (4); the aforementioned articulated joints allow you to transmit torque M at an angle α from 90 ° to 180 °, transmit torque M in the absence of alignment of the rotation axes of the master and slave mechanisms, transmit torque, provided that the point G of the intersection of the axis of rotation of the master and slave mechanisms does not lie on the plane of power transmission.