Одной из таких конструкций является шарнир типа Кардано, в котором трение скольжения, имеющее место в шарнире Гука, заменено трением качения. Эти шарниры состоят из двух вилок полумуфт 1 и 2, одна из которых (со стороны привода) имеет шлицевую втулку 3 для посадки на шлицевой конец вала шпинделя, а другая при помощи фланца 4 соединяется с приводным концом валка (рис. 12.3).

Рисунок 12.3 – Шарнир на подшипниках качения

В расточки вилок вставляются подшипники качения 5, во внутренние кольца которых входят концы крестовины 6.

Поворот шарнира в одной плоскости обеспечивается вращением вилки 1 относительно вертикальной оси крестовины 6, а в другой – вращением вилки 2 относительно горизонтальной оси крестовины.

 Осевое смещение вилки шарнира обеспечивается перемещением полумуфты 2 по шлицам вала.

Достоинствами шарнира типа Кардано являются:

1. Высокая износостойкость, т.к. трение скольжения заменено трением качения, а герметичность конструкции шарнира обеспечивает надежное удержание густой смазки;

2. Неприхотливость в эксплуатации, т.к. не появляются люфты вследствие практически полного отсутствия износа.

Недостатки:

1. Низкая удельная несущая способность шарнира из-за больших габаритов подшипников качения;

2. Невозможность применения при больших частотах вращения, поскольку с их ростом долговечность подшипников качения резко снижается.

Лекция №13

13.1 Шпиндели шариковые и роликовые

Низкая несущая удельная нагрузка шпинделей с подшипниками качения обусловлена большими габаритами последних: много места занимают внутренние и наружные кольца. Поэтому вполне естественным решением явилась замена этих элементов деталями самого шарнира.

Одним из вариантов этих решений являются т.н. шариковые шпиндели. Они состоят из наружных обойм 1 с полуцилиндрическими пазами для шариков 2 и втулок 3 с головками, в которых имеются полусферические лунки для шариков (рис.13.1).

           Рисунок 13.1 − Шариковый шарнир

Благодаря сферической форме лунок и шарикам головка 3 может поворачиваться на небольшой угол в обеих плоскостях, а цилиндрические пазы обоймы 1 обеспечивают зацепление между обоймой и головкой.

В сущности, этот шарнир является шарикоподшипником, у которого роль наружного кольца выполняет обойма 1, а внутреннего – втулка 3.

Шариковые шпиндели имеют долговечность в несколько раз большую, чем шарниры Гука и шарниры на подшипниках качения и работают при скоростях до 200 рад/с. Вибрация при этом полностью отсутствует. Допустимый угол перекоса шариковых шарниров – до 3⁰ и передаваемый момент до 70 кНм (по данным НМетАУ разработан вариант с углом перекоса до 8⁰ и моментом до 1000 кНм).

Как и у всякого шарикоподшипника, передаваемый момент данного шарнира невелик, поскольку касание тел качения – шариков – практически точечное и поэтому в местах контакта возникают большие контактные напряжения. Большая площадь контакта у роликов. Поэтому следующим этапом развития конструкций шпинделей явилось создание роликовых шарниров для универсальных шпинделей.

Устроены они подобно шариковым шарнирам, но в качестве тел качения используются бочкообразные ролики. Они передают крутящий момент под переменными углами благодаря расположению роликов 1 одной своей половиной в полуцилиндрических пазах обойм 2, а другой – в полуцилиндрических пазах сферической головки 3 (рис.13.2).

Рисунок 13.2 − Схема роликового шарнира

Эти шарниры хорошо работают при углах перекоса до 6⁰, хотя есть надежда за счет увеличения точности изготовления их деталей увеличить этот угол до 8⁰ и более. Они способны передавать большие крутящие моменты при малых скоростях вращения или меньшие – при больших. Некоторые конструкции приспособлены к работе в условиях высоких динамических нагрузок. Если удастся создать роликовые шарниры с допустимым углом перекоса > 8⁰, то, учитывая их принципиально более высокую стойкость, они вполне могут вытеснить шарниры Гука.