ШАРОВОЙ ШАРНИР Российский патент 2006 года по МПК F16C11/06 

Предлагаемое техническое решение относится к транспортному машиностроению и касается шаровых шарниров передней подвески транспортных средств.

В настоящее время все, в основном, шаровые шарниры характеризуются наличием цельнокованого корпуса, выполненного из стали в форме полусферы, внутри которой размещена головка шарового пальца. Между полусферой корпуса и головкой шарового пальца расположен вкладыш, выполненный из полимерного материала и зафиксированный в процессе сборки шарового шарнира стенкой полусферического корпуса и поверхностью головки шарового пальца. Вкладыш выполнен из упругопластического материала в форме усеченной сферической оболочки с продольными прорезями от торца усеченной части за экваториальное сечение вкладыша для образования лепестков, необходимых для предварительного монтажа пальца и вкладыша [1].

Наиболее близким к заявляемому является техническое решение ООО «ТРЕК», взятое в качестве прототипа, в котором описан шаровой шарнир с цельнокованым корпусом, выполненным в форме полусферы, внутри которого размещена сфера шарового пальца. Между внутренней частью полусферы корпуса и наружной частью сферы шарового пальца установлен полимерный вкладыш. В нижней части корпуса полусферы размещена смазка, предназначенная для снижения коэффициента трения между сферой шарового пальца и вкладышем [2].

Однако как первое, так и второе технические решения имеют следующие недостатки:

- достаточно высокий коэффициент трения в паре «палец-вкладыш», что приводит к эпизодическому скрипу шарнира при его работе;

- имеются случаи проворота вкладыша в процессе сборки и работы внутри корпуса.

Таким образом, задачей создания предлагаемого технического решения является снижение коэффициента трения пары «палец-вкладыш» и повышение степени фиксации вкладыша внутри полусферы корпуса по его центру в процессе сборки и опрессовки шарнира.

Поставленная задача решается тем, что шаровой шарнир, содержащий цельнокованый корпус в форме полусферы, монолитно выполненный с присоединительным фланцем, палец с головкой, установленный в полусферу корпуса, и полимерный вкладыш, установленный между ними, отличается тем, что нижняя часть головки пальца и нижняя часть полусферы корпуса снабжены торцевыми плоскостями, образующими нижнюю полость шарнира, заполненную смазкой, а по большему диаметру головки пальца, выше и ниже его, размещены кольцевые выступы, образующие кольцевые полости, соединенные между собой в лабиринт и образующие с внутренней поверхностью вкладыша другие полости, заполненные смазкой, причем торцевая поверхность полусферы корпуса дополнительно имеет углубление. В качестве смазки использован материал с высоким тепловым коэффициентом расширения, а кольцевые выступы на головке пальца могут быть выполнены в форме пояса, синусоиды, расположенных в одну линию по большему диаметру, выше или ниже его. В качестве смазки используется мелкокристаллический пчелиный воск или смазка типа ШРМ. Коэффициент теплового расширения мелкокристаллического воска равен 1,8, что значительно больше коэффициента расширения нагружаемых деталей, за счет чего и обеспечивается автоматическое регулирование режима смазывания в зависимости от теплового состояния деталей и смазки. То есть, чем выше температура нагружаемых деталей (что зависит от состояния дороги), тем больший объем смазки поступает в пару «палец-вкладыш», достигаемый за счет большой разницы в коэффициентах теплового расширения смазки и нагружаемых деталей. Чем ниже температура нагружаемых деталей, тем меньший объем занимает смазка, следовательно, меньший объем соприкасается с указанной парой. Использование двух полостей, заполненных указанной смазкой и расположенных в предлагаемых местах, значительно увеличивают рабочий ресурс шарового шарнира, что соответствует такому критерию изобретения, как «новизна».

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое техническое решение имеет ряд конструктивных изменений, позволяющих достичь поставленной задачи.

На фиг. 1 изображен внешний вид шарового шарнира.

На фиг. 2 - вертикальный разрез шарового шарнира.

Корпус 1 (фиг. 1, 2) шарового шарнира выполнен цельнокованным, его внутренняя часть представляет собой полусферу 2 для размещения в ней вкладыша 3 и головки шарового шарнира 4. Корпус 1 выполнен монолитно с присоединительным фланцем 5, имеющим форму эллипса, на концах которого расположены крепежные отверстия 6. Нижняя часть головки 4 пальца снабжена торцевым срезом 7, а средняя ее часть - круговым поясом 8, расположенным по большему диаметру головки 4 с незначительным углублением (1,0-1,5 мм), направленным внутрь головки 4. Нижняя часть полусферы корпуса 1 также снабжена торцевой поверхностью 9, в которой выполнено углубление 10. Таким образом, в шаровом шарнире образованы две полости, одна - между нижней торцевой частью шаровой головки 4 и торцевым углублением 10, расположенным в нижней части полусферы корпуса 1, вторая образована углублением, выполненным в круговом поясе 8, и внутренней поверхностью вкладыша 3. Верхняя цилиндрическая часть корпуса 1, расположенная выше присоединительного фланца 5, образует цилиндрический выступ 11, снабженный кольцевой выточкой 12, предназначенной для закрепления на ней чехла 13.

Проведенные испытания данной конструкции в ООО «АвтоН», г.Воронеж дали положительные результаты. Изделие может быть воспроизведено в неограниченном количестве, что подтверждает такой критерий изобретения, как «промышленная применимость».

Работа предлагаемого технического решения осуществляется при движении транспортного средства, в его передней подвеске. При работе конструктивные элементы шарового шарнира, такие как корпус, вкладыш и шаровой палец, подвергаются значительным нагрузкам и, следовательно, быстро нагреваются в зависимости от состояния дороги. Чем хуже дорога, тем быстрее они нагреваются. При этом коэффициент расширения конструктивных элементов значительно ниже, чем у смазки (в нашем случае мелкокристаллический воск), и, следовательно, смазка приобретает больший объем, чем объем полостей, и через отверстие во вкладыше 3 и кромку кругового пояса 8 выдавливается в большем количестве в пару «палец-вкладыш», что способствует созданию автоматического режима регулирования смазывания, зависящего от теплового состояния конструктивных деталей и смазки. Если условия движения транспортного средства хорошие (асфальт), конструктивные детали и смазка нагреваются меньше, при этом уменьшается объем смазки и ее поступление в указанную пару снижается.

Положительный эффект от использования данного технического решения выражается в снижении коэффициента трения пары «палец-вкладыш» и повышении степени фиксации вкладыша внутри полусферы корпуса по его центру в процессе сборки шарового шарнира.

Источники информации:

1. Патент РФ №2121613, МПК F 16 С 11/06.

2. Газета «Аргументы и факты», №12, 2003 г. Статья "Рулевой наконечник ООО «ТРЕК». Качество и надежность (прототип).

Изобретение относится к области машиностроения и касается шаровых шарниров передней подвески транспортных средств. Шаровой шарнир содержит цельнокованый корпус в форме полусферы, монолитно выполненный с присоединительным фланцем, палец с головкой, установленный в полусферу корпуса, и полимерный вкладыш, установленный между ними. Нижняя часть головки пальца и нижняя часть полусферы корпуса снабжены торцевыми плоскостями, образующими нижнюю полость шарнира, заполненную смазкой, а по большему диаметру головки пальца, выше и ниже его, размещены кольцевые выступы, образующие кольцевые полости, соединенные между собой в лабиринт и образующие с внутренней поверхностью вкладыша другие полости, заполненные смазкой. Причем торцевая поверхность полусферы корпуса дополнительно имеет углубление. Технический результат - снижение коэффициента трения пары палец-вкладыш и повышение степени фиксации вкладыша внутри корпуса. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Шаровой шарнир, содержащий цельнокованый корпус в форме полусферы, монолитно выполненный с присоединительным фланцем, палец с головкой, установленный в полусферу корпуса, и полимерный вкладыш, установленный между ними, отличающийся тем, что нижняя часть головки пальца и нижняя часть полусферы корпуса снабжены торцевыми плоскостями, образующими нижнюю полость шарнира, заполненную смазкой, а по большему диаметру головки пальца, выше и ниже его размещены кольцевые выступы, образующие кольцевые полости, соединенные между собой в лабиринт и образующие с внутренней поверхностью вкладыша другие полости, заполненные смазкой, причем торцевая поверхность полусферы корпуса дополнительно имеет углубление.2. Шаровой шарнир по п.1, отличающийся тем, что в качестве смазки использован материал с высоким тепловым коэффициентом расширения.3. Шаровой шарнир по п.1, отличающийся тем, что кольцевые выступы на головке пальца могут быть выполнены в форме пояса, синусоиды, расположенных в одну линию по большему диаметру, выше или ниже его.