ШАРОВОЙ ШАРНИР Российский патент 1999 года по МПК F16C11/06 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к шаровым шарнирам подвески автомобиля.

Известен шаровой шарнир, включающий корпус, выполненный из двух частей в виде чашек, неразъемно соединенных между собой, заключенный в корпус шаровой палец, поверхность сферической головки которого охвачена вкладышем из антифрикционного материала, пространство между вкладышем и корпусом заполнено термопластичным наполнителем, вкладыш снабжен по наружной поверхности фиксирующими выступами, расположенными в плоскости разъема корпуса выше плоскости максимального диметра сферического наконечника шарового пальца, перпендикулярной к его продольной оси симметрии (см. патент Р.Ф. N 2049376, МПК F 16 C 11/06, 1994).

Однако известный шаровой шарнир обладает недостаточным ресурсом эксплуатации и, кроме того, требует использования дополнительной смазки, которая наносится на сферическую головку пальца перед установкой на него вкладыша.

В основу изобретения положена задача создания шарового шарнира, лишенного перечисленных недостатков и обладающего повышенным ресурсом эксплуатации и не требующего использования дополнительной смазки.

Поставленная задача решается тем, что в шаровом шарнире, включающем корпус, выполненный из двух частей в виде чашек, неразъемно соединенных между собой, заключенный в корпус шаровой палец, поверхность сферической головки которого охвачена вкладышем из антифрикционного материала, пространство между вкладышем заполнено термопластичным наполнителем, вкладыш снабжен по наружной поверхности фиксирующими выступами, расположенными в плоскости разъема корпуса выше плоскости максимального диаметра сферической головки шарового пальца, перпендикулярной к его продольной оси симметрии, отличительной особенностью является то, что вкладыш выполнен составным и образован из верхней сплошной усеченной сферической части и нижнего сплошного сферического кольца, состыкованных между собой по гладкой или ступенчатой поверхности, при этом в случае стыковки составных частей вкладыша по ступенчатой поверхности каждая из составных частей вкладыша снабжена продольными встречно-расположенными, взаимно-чередующимися меридиональными стыковочными выступами и впадинами, а размеры продольных меридиональных стыковочных выступов соответствуют размерам продольных меридиональных стыковочных впадин с образованием сплошной поверхности вкладыша, сферические внутренние поверхности составных частей вкладыша выполнены гладкими, фиксирующие выступы расположены на верхней сплошной усеченной сферической части и/или нижнем сплошном сферическом кольце вкладыша и выполнены полусферической или протяженной формы, причем последние выполнены с постоянным или уменьшающимся по длине поперечным сечением, при этом протяженность фиксирующего выступа вдоль меридиана составных частей вкладыша выбрана из соотношения 0,06-0,36 диаметра сферической головки шарового пальца, составные сферические части вкладыша шарового шарнира выполнены из антифрикционного, износостойкого композиционного материала на основе алифатического полиамида или пропилена, содержащего от 4 до 34 мас.% полиэтилена, а в качестве упрочнителя 9,5-15,5 мас.% крученого низкомодульного углеродного волокна на основе гидратцеллюлозы или некрученого высокомодульного углеродного волокна на основе полиакрилнитрила, пространство между вкладышем и корпусом заполнено композиционным материалом на основе полимерной матрицы, содержащей от 27 до 43 мас.% стекловолокна или его смеси с высокомодульным углеродным волокном и от 0,3 до 2,8 мас.% дисульфида молибдена, и/или дисульфида селена, и/или фтористого углерода, при этом встречно расположенные, взаимно чередующиеся стыковочные выступы и впадины верхней усеченной сферической части и нижнего сферического кольца вкладыша могут иметь треугольную, прямоугольную, трапециевидную круглую, овальную или любую другую форму, при этом количество расположенных симметрично относительно друг друга фиксирующих выступов вкладыша составляет от 2 до 16, количество продольных меридиональных стыковочных выступов и/или впадин составляет от 2 до 8, а их протяженность вдоль меридиана выбрана из соотношения 0,09-0,38 диаметра сферической головки шарового пальца, при этом стыковочные поверхности составных частей вкладыша расположены под прямым или любым другим углом, вкладыш выполнен с постоянной или переменной толщиной стенок, в качестве полимерной матрицы композиционного материала использованы, например, полиамид, полисульфон, акрилнитритбутадиенстирол или полиэтиленбутадиентерафтолат, а в композиционном материале содержание высокомодульного углеродного волокна в смеси со стекловолокном составляет 0,1 - 10 мас.%.

Экспериментальные стендовые испытания шарового шарнира - прототипа и предложенной конструкции шарового шарнира показали, что с использованием всех отличительных конструктивных особенностей предложенного шарового шарнира в сочетании с использованием для изготовления его вкладыша антифрикционного, композиционного износостойкого материала, а также в сочетании с использованием для заливки пространства между вкладышем и корпусом композиционным материалом на основе полимерной матрицы, создана конструкция шарового шарнира, обладающая увеличенным на 40-60% ресурсом эксплуатации. При этом следует отметить, что в предложенной конструкции шарового шарнира композиционный материал заливки не контактирует с поверхностью сферической головки шарового пальца.

В таблице приведены предложенные составы антифрикционного композиционного материала вкладыша и составы композиционного материала, использованного для заливки, а также характеристики предложенного шарового шарнира.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана предложенная конструкция шарового шарнира с составным вкладышем, верхняя сплошная усеченная сферическая часть состыкована с нижним сплошным сферическим кольцом по ступенчатой поверхности, на фиг. 2 показаны конструктивные особенности вкладыша шарового шарнира с протяженными фиксирующими выступами, поперечное сечение которых уменьшается по длине, а на фиг. 3 показан вид сверху состыкованного из двух составных частей вкладыша с полусферическими фиксирующими выступами.

Шаровой шарнир состоит из корпуса, выполненного из двух частей в виде чашки 1 и чашки 2, неразъемно соединенных между собой, заключенного в корпус шарового пальца 3, поверхность сферической головки 4 которого охвачена вкладышем 5 из антифрикционного, износостойкого композиционного материала. Вкладыш 5 шарового шарнира образован из плотно состыкованных между собой верхней сплошной усеченной сферической части 6 и нижнего сплошного сферического кольца 7, причем в данном случае составные части вкладыша состыкованы по ступенчатой поверхности 8. Фиксирующие выступы 9 вкладыша расположены на продольных меридиональных стыковочных выступах верхней сплошной усеченной сферической части 6 и нижнего сплошного сферического кольца 7. Пространство между корпусом шарового шарнира и вкладышем 5 заполнено термопластичным наполнителем 10 из композиционного материала на основе полимерной матрицы.

Шаровой шарнир монтируется следующим образом. На сферическую головку шарового пальца снизу устанавливают нижнее сплошное сферическое кольцо, сверху устанавливают верхнюю сплошную усеченную сферическую часть и обе составные части состыковывают по гладкой или ступенчатой поверхности с образованием сплошной поверхности вкладыша. Шаровой палец с состыкованным вкладышем вставляют в чашеобразные части корпуса шарового шарнира и неразъемно их соединяют. Затем пространство между вкладышем и корпусом заполняют термопластичным композиционным материалом на основе полимерной матрицы.

\ \ 1 Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к шаровым шарнирам подвески автомобиля. Задача изобретения - создание шарового шарнира, обладающего повышенным ресурсом эксплуатации и не требующего использования дополнительной смазки. Шаровой шарнир, включает корпус, выполненный из двух частей в виде чашек, неразъемно соединенных между собой, заключенный в корпус шаровой палец, поверхность сферической головки которого охвачена вкладышем из антифрикционного материала, пространство между вкладышем и корпусом заполнено термопластичным наполнителем. Вкладыш снабжен по наружной поверхности фиксирующими выступами, расположенными в плоскости разъема корпуса выше плоскости максимального диаметра сферической головки шарового пальца, перпендикулярной его продольной оси симметрии. Вкладыш выполнен составным и образован из верхней сплошной усеченной сферической части и нижнего сплошного сферического кольца, состыкованных между собой по гладкой или ступенчатой поверхности, при этом в случае стыковки составных частей вкладыша по ступенчатой поверхности каждая из составных частей снабжена продольными встречно расположенными взаимно чередующимися меридиональными стыковочными выступами и впадинами. Размеры продольных меридиональных стыковочных выступов соответствуют размерам продольных меридиональных стыковочных впадин с образованием сплошной поверхности вкладыша, сферические внутренние поверхности составных частей вкладыша выполнены гладкими, фиксирующие выступы расположены на верхней сплошной усеченной сферической части и/или нижнем сплошном сферическом кольце вкладыша и выполнены полусферической или протяженной формы, причем последние выполнены с постоянным или уменьшающимся по длине поперечным сечением, при этом протяженность фиксирующего выступа вдоль меридиана составных частей вкладыша выбрана из соотношения 0,06-0,36 диаметра сферической головки шарового пальца. 7 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Шаровой шарнир, включающий корпус, выполненный из двух частей в виде чашек, неразъемно соединенных между собой, заключенный в корпус шаровой палец, поверхность сферической головки которого охвачена вкладышем из антифрикционного материала, пространство между вкладышем и корпусом заполнено термопластичным наполнителем, вкладыш снабжен по наружной поверхности фиксирующими выступами, расположенными в плоскости разъема корпуса выше плоскости максимального диаметра сферического наконечника шарового пальца, перпендикулярной его продольной оси симметрии, отличающийся тем, что вкладыш выполнен составным и образован из верхней сплошной усеченной сферической части и нижнего сплошного сферического кольца, состыкованных между собой по гладкой или ступенчатой поверхности, при этом в случае стыковки составных частей вкладыша по ступенчатой поверхности каждая из составных частей снабжена продольными встречно расположенными взаимно чередующимися меридиональными стыковочными выступами и впадинами, а размеры продольных меридиональных стыковочных выступов соответствуют размерам продольных меридиональных стыковочных впадин с образованием сплошной поверхности вкладыша, сферические внутренние поверхности составных частей вкладыша выполнены гладкими, фиксирующие выступы расположены на верхней сплошной усеченной сферической части и/или нижнем сплошном сферическом кольце вкладыша и выполнены полусферической или протяженной формы, причем последние выполнены с постоянным или уменьшающимся по длине поперечным сечением, при этом протяженность фиксирующего выступа вдоль меридиана составных частей вкладыша выбрана из соотношения 0,06 - 0,36 диаметра сферической головки шарового пальца, составные сферические части вкладыша шарового шарнира выполнены из антифрикционного износостойкого композиционного материала на основе алифатического полиамида или пропилена, содержащего от 4 до 34 мас.% полиэтилена, а в качестве упрочнителя - 9,5 - 15,5 мас.% крученого низкомодульного углеродного волокна на основе гидратцеллюлозы или некрученого высокомодульного углеродного волокна на основе полиакрилнитрила, пространство между вкладышем и корпусом заполнено композиционным материалом на основе полимерной матрицы, содержащей 27 - 43 мас.% стекловолокна или его смеси с высокомодульным углеродным волокном и 0,3 - 2,8 мас.% дисульфида молибдена, и/или дисульфида селена, и/или фтористого углерода. 2. Шарнир по п.1, отличающийся тем, что встречно расположенные взаимно чередующиеся стыковочные выступы и впадины верхней усеченной сферической части и нижнего сферического кольца вкладыша могут иметь треугольную, прямоугольную, трапециевидную, круглую, овальную или любую другую форму. 3. Шарнир по пп.1 и 2, отличающийся тем, что количество расположенных симметрично относительно друг друга фиксирующих выступов вкладыша составляет от 2 до 16. 4. Шарнир по пп.1 - 3, отличающийся тем, что количество продольных меридиональных стыковочных выступов и/или впадин составляет от 2 до 8, а их протяженность вдоль меридиана выбрана из соотношения 0,09 - 0,38 диаметра сферической головки шарового пальца. 5. Шарнир по пп.1 - 4, отличающийся тем, что стыковочные поверхности составных частей вкладыша расположены под прямым и/или любым другим углом. 6. Шарнир по пп.1 - 5, отличающийся тем, что вкладыш выполнен с постоянной или переменной толщиной стенок. 7. Шарнир по пп.1 - 6, отличающийся тем, что в качестве полимерной матрицы композиционного материала использованы, например, полиамид, полисульфон, акрилнитритбутадиенстирол или полиэтиленбутадиентерафтолат. 8. Шарнир по пп.1 - 7, отличающийся тем, что в композиционном материале содержание высокомодульного углеродного волокна в смеси со стекловолокном составляет 0,1 - 10 мас.%.