Шариковые шарниры

Принцип действия шариковых ШРУС основан на том, что при любом относительном положении валов точки контакта деталей, через которые они связаны между собой (а связь происходит по­средством шариков), находятся в плоскости биссектрис углов, об­разованных осями валов. Эту плоскость называют биссекторной. На рис. 5.13 приведена схема, иллюстрирующая этот принцип. Пред­ставим себе, что ведущий вал 7 снабжен шипом 3, который через аналогично расположенный на вале 2 шип 4 передает ему крутящий момент. Положение валов 7 и 2 задано таким образом, что ОС — ОД.

При вращении валов в какой-то момент точка контакта валов совпадает с точкой А. Треугольники АОС и АОД равны, из чего вытекает, что линия АО совпадает с биссектрисой угла между валами 1 и 2. При этом мгновенные угловые скорости валов равны, так как точка их контакта находится на одинаковом расстоянии от обоих валов г, = г\. Если повернуть валы на половину оборота,

Рис. 5.13. Кинематика шарикового шарнира равных угловых скоростей

то контакт произойдет в точке В, лежащей на биссектрисе угла между валами. Расстояния между точкой контакта и осями валов Г7 = Г2' и' следовательно, угловые скорости опять же равны. Оче­видно, что в промежуточных положениях закономерность будет сохраняться. А раз в любой ситуации точка контакта валов находится на равном от них расстоянии, то условие ш1 = со2 выполняется всегда, что и является особенностью ШРУС. Остается обеспечить постоянное нахождение точек контакта валов в биссекторной плос­кости, что может быть реализовано несколькими способами.

Изображенный на рис. 5.14 шарнир Вейса соединяет ведущий 4 и ведомый / валы и обеспечивает нахождение рабочих шариков 6 в биссекторной плоскости за счет специального профиля дели­тельных канавок 5, выполненных в ведущей и ведомой вилках 2 и 3. Показанные на рис. 5.14 б средние линии канавок представляют собой окружности одинакового радиуса R, центры которых равно­удалены на расстояние а от центра шарнира. При вращении валов эти линии образуют две сферические поверхности, пересекающиеся по окружности, являющейся траекторией движения шариков. Бла­годаря симметричному расположению канавок в обеих вилках цент­ры шариков всегда находятся в биссекторной плоскости. Шарик - центрирующий. Он обеспечивает правильное взаиморасполо­жение валов и беззазорное соединение вилок. В передаче крутящего момента в каждом направлении участвуют лишь два шарика (рис. 5.14в), что порождает большие контактные напряжения. Если соединяемые шарниром валы не соосны, то шарики не только перекатываются по канавкам, но и скользят относительно них. Этот факт, в совокупности с большими контактными напряжениями, определяет невысокую износостойкость шарниров Вейса, что ог­раничивает область их применения передними ведущими управ-

Рис. 5.14. Шарнир Вейса

ляемыми колесами при отключаемом их приводе (шарниры в этом случае лишь кратковременно нагружены крутящим моментом). Еще один недостаток такого шарнира заключается в наличии больших осевых нагрузок, которые воспринимаются его кожухом. Предельный угол между осями валов 32—33°.

Шарнир Рцеппа (рис. 5.15) со­стоит из двух кулаков: внутреннего 7, связанного с ведущим валом 5. и наружного 2, связанного с ведомым валом 6. В обоих кулаках имеется по шесть тороидных канавок, рас­положенных в плоскостях, проходя­щих через оси валов. В канавках на­ходятся шарики, положение которых задается сепаратором 3, взаимодей­ствующим с валами через делитель­ный рычажок 4. Один конец рычажка поджимается пружиной к гнезду в вале 7, другой скользит в цилинд­рическом отверстии вала 6. При из­менении относительного положения валов рычажок наклоняется и пово­рачивает сепаратор, который, в свою очередь, изменяя положение шари­ков, обеспечивает их пребывание в биссекторной плоскости. В таком шарнире крутящий момент пе­редается через все шесть шариков. Шарнир надежен и хорошо работает при углах между осями валов до 35—38°.

Изображенный на рис. 5.16 шарнир отличается от вышеописан­ной конструкции отсутствием делительного рычажка. Установка ша­риков 2 в биссекторную плоскость происходит благодаря эксцент­ричности сфер, в которых располагаются оси тороидальных канавок кулаков. Центры сфер, в которых лежат оси канавок наружного / и внутреннего 4 кулаков, расположены соответственно в точках О\ и О-}, поэтому при повороте, например, оси вала 5 по часовой

Рис. 5.15. Шарнир Рцеппа с дели­тельным рычажком

Рис.5.16. Шарнир Рцеппа без делительного рычажка

стрелке верхний на рис. 5.16 шарик выталкивается из сужающегося пространства между кулаками, а нижний с помощью сепаратора 3 перемещается в соответственно увеличивающееся пространство с другой стороны шарнира. Остальные шарики занимают промежу­точное положение. Работа таких шарниров подобна работе шарнира Рцеппа, имеющего делительный рычажок, однако характеризуется менее точной кинематикой. Простота и надежность конструкции, высокая несущая способность при небольших габаритах являются причинами массового применения таких шарниров на переднепри­водных автомобилях.