УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ШАРОВОЙ ШАРНИР НЕДИКОВА Российский патент 1998 года по МПК F16C11/06 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции шаровых шарниров подвески колес автомобиля и рулевых тяг.

Известен шаровой шарнир, включающий корпус с цилиндрическим гнездом и сферическим сводом, в котором сферический элемент пальца вращается во вкладыше из пластического материала, и имеющий два вида меридиальных прорезей, которые начинаются из двух противоположных торцов вкладыша, разделенных экваториальной плоскостью, перпендикулярной оси пальца, и образующих лепестки. У торцов вкладыша с одной стороны имеется утолщение в виде клина, а с другой в виде фланца, контактирующих со стенками гнезда корпуса и сферическим элементом.

Фланец вкладыша удерживается от выскальзывания из гнезда корпуса стопорным кольцом. Шарнир не может нести значительные нагрузки в направлении пальца и вследствие этого не может использоваться в подвески колес автомобиля (Патент США N 4318627, кл. F 16 С 11/06, 1982).

Известен также шаровой шарнир, в корпусе которого выполнено цилиндрическое гнездо со сферическим сводом, в котором вкладыш с пальцем фиксируется краем стенки гнезда.

В торце цилиндрической стенки гнезда корпуса имеется фиксатор, представляющий собой стенку корпуса, выполненную меньшей толщины и опрессованную под углом к вкладышу, предохраняя последний от выпадания.

Шарнир также не приспособлен для нагрузок в направлении пальца (Патент США N 4681475, кл. F 16 С 11/06, 1987).

Известен также шаровой шарнир, содержащий корпус, в гнезде которого вставлен вкладыш с пальцем, и торцевая часть гнезда вогнута вовнутрь, сферически удерживая палец через кольцо и вкладыш. Гнездо выполнено цилиндрическим с коническим сводом. Из-за формы гнезда при опрессовке стенки корпуса деформация вкладыша непостоянна (Патент Японии N 25657, 1976).

Известен шаровой шарнир, содержащий корпус, в котором выполнено гнездо с выступами в верхней части, и крайнюю согнутую часть для удержания вкладыша с пальцем шарнира.

Вкладыш имеет в торце утолщение в виде ступенчатого фланца, форма которого сделана таким образом, чтобы опрессовать согнутой частью гнезда. Шарнир также не может нести значительные нагрузки в направлении пальца, так как согнутая часть стенки тоньше стенки корпуса гнезда (прототип). (Патент Великобритании N 2240136, кл. F 16 С 11/06, 1991).

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении функциональных характеристик сферического шарнира при значительных динамических нагрузках во всех рабочих направлениях, при значительном сокращении затрат при его производстве.

Поставленная задача достигается тем, что в известном техническом решении, содержащем корпус с гнездом для шаровой головки и вкладыша, снабженного выступами на его наружной поверхности и зафиксированного стенкой гнезда корпуса, введены новые технические решения, заключающиеся в том, что гнездо корпуса первоначально подготовлено для приема в него шаровой головки с вкладышем, а именно: вкладыш выполнен из упругопластичного материала, например антифрикционной полимерной композиции с добавлением углеграфитового волокна, в виде усеченной сферической оболочки. Экваториальная плоскость, перпендикулярная вертикальной оси пальца, совпадает в шарнире с центром радиуса шара пальца. Выше экваториальной плоскости стенка вкладыша имеет большую толщину, на наружной поверхности которой выполнены кольцевые концентрические выступы. Выступы могут быть и другой формы, например чередующиеся выступы и впадины, расположенные в шахматном порядке, и другие. Общая площадь поверхности выступов выбирается такой, чтобы при сборке шарнира за счет частичной пластической их деформации выбрать инструментальные зазоры в рабочих частях шарнира при обеспечении заданного момента качания пальца. Для ввода шара пальца во вкладыш в нем выполнены прорези со стороны торца за экваториальную плоскость и образующие лепестки. В верхней части (полярной) на внутренней поверхности вкладыша выполнена выемка.

На шаровых шарнирах, преимущественно используемых в рулевых трапециях, целесообразно выполнить на наружной поверхности лепестков вертикальные выступы.

В некоторых случаях наружная поверхность вкладыша может быть полностью оснащена чередующимися выступами и впадинами. Целесообразно на наружной поверхности вкладыша у экваториальной плоскости выполнить цилиндрический поясок. Корпус шарнира целесообразно выполнять цельноштампованным с полусферической внутренней поверхностью гнезда в полярной плоскости, идентичной наружной поверхности вкладыша, а у экваториальной плоскости предусмотреть элементы крепления шарнира, например, к подвеске автомобиля.

Внутренняя поверхность гнезда до сборки имеет преимущественно цилиндрическую форму. После установки в гнездо корпуса шаровой головки пальца с вкладышем цилиндрическая стенка гнезда корпуса загнута внутрь по форме сферы, при этом усилие фиксации вкладыша подобрано таким образом, что выступы на наружной поверхности вкладыша частично пластически деформированы, а в теле вкладыша создана упругая деформация, обеспечивающая заданный момент качания пальца шарнира.

В процессе фиксации вкладыша с шаровой головкой пальца согнутая часть цилиндрической стенки гнезда одновременно деформирует выступы на наружной поверхности вкладыша и впрессовывает шаровую головку и вкладыш в сторону полусферической части гнезда, выбирая инструментальные зазоры и создавая необходимые упругие деформации по всему объему тела вкладыша.

Внутренняя поверхность вкладыша плотно облегает шаровую поверхность пальца, что позволяет шарниру воспринимать значительные нагрузки на шарнир в любом направлении рабочего диапазона. Эти нагрузки сначала воспринимаются предварительно частично пластически сдеформированными выступами вкладыша, а затем возрастающая нагрузка воспринимается всем телом вкладыша.

На фиг. 1 показан продольный разрез универсального сферического шарнира; на фиг. 2 - разрез вкладыша; на фиг. 3 - корпус шарнира с гнездом до сборки.

Универсальный шаровой шарнир содержит палец 1 с шаровой головкой 2, корпус шарнира 3 с гнездом для пальца и вкладыша (фиг.1).

Вкладыш 4 с выступами на наружной поверхности 5 и 13 совместно с шаровой головкой 2 зафиксирован изгибом цилиндрической стенки 6 корпуса 3 (фиг.3) до сферической формы (поз. 6) фиг.1. Внутренняя поверхность гнезда корпуса в полярной части 7 имеет полусферическую форму 8 (фиг.3), идентичную наружной поверхности вкладыша 4.

На фиг. 2 изображен разрез вкладыша 4, представляющий собой усеченную сферическую оболочку с центром, проходящим через экваториальную плоскость 11, которая проходит также через центр шаровой головки 2 в собранном шарнире.

От торца 10 усеченной части сферической оболочки выполнены прорези 9 (фиг. 2), направленные за экваториальную плоскость 11 и образующие лепестки 12.

Длина прорезей 9 может быть различной, от экваториальной плоскости 11 до канавки в полярной области шарнира 7, и во многом зависит от свойств материала вкладыша, конструкции и назначения шарового шарнира. На наружной поверхности лепестков 12 вкладыша 4 могут быть выполнены вертикальные выступы 13, а также сочетание вертикальных 13 и концентрических кольцевых 5 или другой формы чередующиеся выступы и впадины в шахматном порядке. На наружной поверхности вкладыша целесообразно выполнить цилиндрический поясок 14 (фиг.2). Наружную поверхность шарнира в полярной части целесообразно выполнять также сферической, а элементы его крепления к подвеске автомобиля 15 располагать у экваториальной плоскости 11. Загиб края цилиндрической стенки гнезда для фиксации вкладыша и шаровой головки целесообразно выполнять на прессе с контролируемым усилием.

Пример. Предварительно смазанную шаровую головку пальца вводят со стороны торца 10 во вкладыш, раздвигая лепестки 12.

Затем сборку впрессовывают в гнездо корпуса 6 до сопряжения выступов вкладыша 5 с полусферической поверхностью гнезда 8. Собранные детали устанавливают на пресс с контролируемым усилием и производят загиб цилиндрических стенок 6 гнезда корпуса до сферической формы с усилием, которое впрессовывают шаровую головку с вкладышем, пластически частично деформируя выступы 5 и 13 и обеспечивая упругую деформацию во всем теле вкладыша шарнира.

В результате окончания фиксации полностью исключаются инструментальные зазоры в рабочих частях шарнира.

Вкладыш шарнира плотно, практически беззазорно, прилегает к шаровой головке пальца и стенок гнезда шарнира, который может воспринимать одинаковые нагрузки в любом направлении рабочего диапазона при значительной долговечности узла.

Конструкция универсального шарового шарнира имеет всего три детали, а корпус выполняется без механической обработки точением.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям шаровых шарниров подвески колес автомобиля и рулевых тяг. Универсальный шаровой шарнир содержит палец с шаровой головкой, установленный в гнезде корпуса, в котором установлен вкладыш с выступами на наружной поверхности, зафиксированный стенкой гнезда корпуса между шаровой головкой пальца и внутренней поверхностью гнезда корпуса с образованием в его теле упругой пластической деформации по всей его сферической поверхности и пластической частичной деформации выступов изгибом стенки корпуса до сферической формы. Внутренняя поверхность гнезда корпуса в полярной части от пальца имеет полусферическую конфигурацию. Вкладыш выполнен из упругопластического материала в виде усеченной сферической оболочки с прорезями от торца усеченной части за экваториальную полость для образования лепестков. Стенка вкладыша выше экваториальной плоскости выполнена утолщенной, на наружной поверхности утолщенной части выполнены кольцевые концентрические выступы, а на наружной поверхности лепестков вкладыша выполнены вертикальные выступы. Выступы выполнены чередующимися в шахматном порядке, при этом на наружной поверхности вкладыша в экваториальной плоскости выполнен цилиндрический поясок, а наружная поверхность корпуса выполнена сферической с элементами его крепления, расположенными у экваториальной плоскости. Изобретение позволяет повысить эксплуатационный ресурс при снижении стоимости производства. 8 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Универсальный шаровой шарнир, содержащий палец с шаровой головкой, корпус с гнездом для пальца, вкладыш с выступами на наружной поверхности, зафиксированный стенкой гнезда корпуса между шаровой головкой пальца и внутренней поверхностью гнезда корпуса, отличающийся тем, что вкладыш зафиксирован с образованием в теле вкладыша упругой пластической деформации по всей его сферической поверхности и пластической частичной деформации выступов. 2. Универсальный шаровой шарнир по п.1, отличающийся тем, что вкладыш зафиксирован изгибом стенки корпуса до сферической формы. 3. Универсальный шаровой шарнир по пп.1 и 2, отличающийся тем, что внутренняя поверхность гнезда корпуса в полярной части от пальца имеет полусферическую конфигурацию. 4. Универсальный шаровой шарнир по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что вкладыш выполнен в виде усеченной сферической оболочки из упругопластического материала с прорезями от торца усеченной части за экваториальную полость для образования лепестков. 5. Универсальный шаровой шарнир по пп.1 - 3, отличающийся тем, что стенка вкладыша выше экваториальной плоскости выполнена утолщенной, а на наружной поверхности утолщенной части выполнены кольцевые концентрические выступы. 6. Универсальный шаровой шарнир по пп.1 - 5, отличающийся тем, что на наружной поверхности лепестков вкладыша выполнены вертикальные выступы. 7. Универсальный шаровой шарнир по пп. 1 - 6, отличающийся тем, что выступы выполнены чередующимися в шахматном порядке. 8. Универсальный шаровой шарнир по пп.1 - 7, отличающийся тем, что на наружной поверхности вкладыша в экваториальной плоскости выполнен цилиндрический поясок. 9. Универсальный шаровой шарнир по пп.1 - 8, отличающийся тем, что наружная поверхность корпуса выполнена сферической с элементами его крепления, расположенными у экваториальной плоскости.