Проведен расчет контактных напряжений между сопряженными поверхностями в сфероглобоидном сухарном синхронном карданном шарнире из условия баланса мощностей при постоянном моменте сопротивления на выходном валу. Вычислены необходимый крутящий момент на входном валу при постоянной угловой скорости с использованием теории контактных деформаций Герца и максимальное давление в контакте через вращающий момент, определяющий прочность карданного шарнира, долговечность его работы, износ в сопряженной паре трения. Исследована передаваемая зависимость максимального момента при изменении качества материала и для различных типоразмеров карданного шарнира. Графически изображены зависимости расчетной величины максимального момента от прочности материала в логарифмической системе координат. Выведена формула величины максимального давления в контакте, определяющая прочность шарнирного механизма, долговечность его работы, износ в сопряженной паре трения.
С целью анализа оптимальных конструктивных параметров сфероглобоидного сухарного синхронного карданного шарнира определено влияние геометрического соотношения радиуса сферического кулачка и радиуса глобоидной поверхности контакта шарнира. Установлено, что с увеличением радиуса кулачка допустимый крутящий момент в шарнирном механизме растет в квадратичной зависимости, а с увеличением радиуса оси глобоидной поверхности сухаря, на которой установлены сферические кулачки, – пропорционально увеличивает крутящий момент. Также в кубической зависимости увеличивается максимально допустимое его значение при использовании качественного материала с термически обработанной поверхностью и применением смазочных материалов, допускающего значительные (до [σ] = 1000 МПа) контактные нагрузки. Увеличение в два раза типоразмера сфероглобоидного сухарного синхронного карданного шарнира увеличивает допустимый передаваемый момент в восемь раз.
The paper presents a calculation of contact tensions between conjugate surfaces in sphere globoidal rusk synchronous cardan hinge on the condition that there is power balance at the constant torque on the output shaft. The required torque effect on the intake shaft at the constant angular velocity has been calculated with the help of the Hertz’s theory of contact deformations . The maximum contact pressure has been ascertained through the torque which determines strength of the cardan hinge, its durability, wear rate in the conjugate friction pair. The paper investigates transmission dependence of the maximum torque while changing material quality and according to various typical sizes of the cardan hinge. Dependences of the calculated maximum torque value on material strength have been demonstrated graphically in the logarithmic coordinate system. A formula for maximum contact pressure value has been derived and it determines strength of the hinge mechanism, its durability and wear rate in the conjugate friction pair.
The effect of geometrical relationship between a spherical cam radius and a globoidal surface radius of a hinge contact has been determined with the purpose to analyze optimal design parameters of the sphere globoidal rusk synchronous cardan hinge. It has been established that permissible torque in the hinge mechanism grows with a quadratic dependence while increasing a cam radius and the torque is proportionally growing while increasing an axis radius of globoidal rusk surface on which spherical cams are set. The maximum permissible torque value grows with a cubic dependence while using qualitative material with thermally treated surface and application of lubrication materials which tolerates significant (up to [σ] = 1000 MPa) contact loads. Two-fold increase of typical size of the sphere globoidal rusk synchronous cardan hinge leads to an 8-fold increase of the permissible transmitted torque.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.