Карданный механизм

Карда́нный механизм

Кардан, карданный или универсальный шарнир, шарнирная муфта, механизм, обеспечивающий вращение двух валов под переменным углом, благодаря подвижному соединению звеньев (жёсткий К. м.) или упругим свойствам специальных элементов (упругий К. м.). К. м. назван по имени Дж. Кардано, предложившего подвес для сохранения неизменным положения тела при любых поворотах его опоры. Простым жёстким К. м. является т. н. шарнир Гука (рис. 1). Оси вращения I, II, III, IV пересекаются под углом а в неподвижной точке О центра сферы с радиусом OB = OB' = OC = OC', поэтому при любом значении угла α в пределах 0°≤ α < 90°шарниры В, B' и С, С' попарно описывают окружность того же радиуса в плоскостях, перпендикулярных осям I и II. При этих условиях передача вращения возможна с меняющимся углом α. Это свойство К. м. обусловило его широкое применение в различных машинах: летательных аппаратах, приборах, станках (шарнирная муфта), автомобилях (карданная передача), с.-х. машинах и др., когда по условиям работы необходимо изменение взаимного расположения валов, передающих вращение. Недостатком простого К. м. является неравномерность скорости вращения ведомого вала при постоянной скорости ведущего. Изменение скорости ведомого вала тем больше, чем больше угол α. При α = 90° передача вращения с помощью простого К. м. становится невозможной. В этих случаях, а также при необходимости обеспечить равномерное вращение ведомого вала целесообразно применение двойного К. м. (рис. 2), в котором углы α₁ и α₂ равны, а вилки на валу 2 расположены в одной плоскости. Если вследствие недостатка места нельзя разместить двойной К. м., используют кардан, устройство которого основано на делении угла между валами биссекторной плоскостью (рис. 3). Угол наклона валов двойных жёстких К. м. может достигать 38°. При углах наклона валов 3—5° применяют упругий К. м. (рис. 4), гибкие элементы которого выполняют из прочного эластичного материала.

Лит.: Мерцалов Н. И., Теория пространственных механизмов, М., 1951; Зиновьев В. А., Пространственные механизмы с низшими парами, М. — Л., 1952; Артоболевский И. И., Теория машин и механизмов, 2 изд., М., 1967.

Е. М. Стариков.

Рис. 1. Схема шарнира Гука: 1, 2 — вилки; 3 — крестовина; В, B' и С, C' — шарниры, I, II, III, IV — оси вращения.

Рис. 2. Схема двойного шарнира Гука: 1 — ведущий вал; 2 — промежуточный вал; 3 — ведомый вал; А, В — универсальные шарниры.

Рис. 3. Карданный механизм, действие которого основано на принципе деления угла между валами биссекторной плоскостью: 1, 5 — валы, расположенные в одной плоскости и пересекающиеся под углом; 2 — направляющий палец, устанавливающий сепаратор при изменении угла между осями валов; 3 — сепаратор; 4 — шарики, лежащие в биссекторной плоскости.

Рис. 4. Упругий карданный механизм: 1 — центрирующий шаровой палец; 2, 4 валы; 3 — гибкие элементы.