Что такое универсальный шарнир?

Что такое универсальный шарнир?

Универсальный шарнир — это шарнир, который соединяет два вращающихся вала или трубы. что позволяет им свободно вращаться, даже если валы не концентричны (то есть их продольные центры не совпадают) или между ними есть угол. Термин «универсальный шарнир» также используется как синоним.

Например, приводные валы, которые передают мощность, устанавливаются в ограниченном монтажном пространстве, поэтому бывают случаи, когда валы не могут быть концентричны друг с другом. С помощью универсального шарнира можно соединить приводной и ведомый валы.

Применение универсальных шарниров

Универсальные шарниры используются в ситуациях, когда два вращающихся вала или трубы не могут быть соединены концентрически из-за ограничений конструктивного или монтажного пространства.

Примерами универсальных шарниров являются карданные валы и приводные валы в автомобилях, рулевые колеса, рулевые валы и рулевые редукторы.

Универсальные шарниры также используются, когда трубы не концентричны друг другу, а расположены под углом.

Принцип работы универсальных шарниров

В универсальных шарнирах центры валов двух труб наклонены под углом α. Когда вал 1 (ведущая сторона) вращается с постоянной угловой скоростью ω1, вал 2 (ведомая сторона) вращается с угловой скоростью ω2, рассчитываемой по следующему уравнению:

(θ = угол поворота вала 1)
 ω2=(COS α/(1-SIN2 θ x SIN2 α)) x ω1

Между валами 1 и 2 одного универсального шарнира увеличение и уменьшение скорости повторяются каждые пол-оборота, и вращение с постоянной скоростью не достигается. Поэтому, когда используется один универсальный шарнир, он используется только для приложений, где эта неравная скорость не так важна.

Когда три вала, вал 1, вал 2 и вал 3, расположены в одной фазе в ряд с двумя универсальными шарнирами, эта неравная скорость компенсируется между валом 1 и валом 3, что приводит к постоянной скорости.

Типичные типы универсальных шарниров следующие:

1. Шарнир карданного типа

Этот тип шарнира состоит из двух валов, которые разделены на одном конце (U-образная форма), и металлического фитинга со штифтами, расположенными в форме креста, вставленного в два вала.

2. Муфта вала типа Барфилда

Один вал включает в себя «внешнее кольцо», а другой — «внутреннее кольцо». На внутренней поверхности внешнего кольца и на внешней поверхности внутреннего кольца, которые соединены обоими кольцами, выполнены канавки для размещения стальных шариков.

Движение стальных шариков позволяет передавать скорость вращения, даже если валы наклонены друг к другу. Даже когда муфта вала типа Барфилда используется по отдельности, валы 1 и 2 вращаются с постоянной скоростью.