ШАРНИРНОЕ СОЕДИНЕНИЕ Российский патент 2021 года по МПК B25J17/00 F16C11/04 

Изобретение относится к конструкции манипуляторов, в частности к шарнирным соединениям элементов смежных звеньев манипулятора, и может быть использовано в лесозаготовительной и других отраслях промышленности.

Известно шарнирное соединение, содержащее охватывающую проушину с двумя щеками, охватываемую проушину, соединительный палец, две втулки, механизм принудительной фиксации, распорную втулку, на торцах которой установлены пружинные полукольца, имеющие свободные концы, изогнутые в радиальном направлении к центру шарнирного соединения и взаимодействующие с канавками в виде храповых зубьев, выполненных на части внешних цилиндрических поверхностей двух втулок, и две регулировочные втулки, положение которых относительно охватывающей проушины и соединительного пальца регулируется регулировочной стопорной гайкой, установленные в щеках охватывающей проушины, на внутренних торцах которых закреплены пружинные полушайбы, каждая из которых имеет в средней части изгиб, вершиной направленный к торцам двух втулок и поджимающий их, и свободный конец, изогнутый в осевом направлении и взаимодействующий с канавками в виде храповых зубьев, выполненными на торцах двух втулок, причем направления свободных концов пружинных полушайб и пружинных полуколец различно, кроме того, средняя часть соединительного пальца выполнена в виде двух конусов, основания которых составляют середину соединительного пальца, а внутренние поверхности двух втулок выполнены также конусными и ответными конусным поверхностям соединительного пальца (патент RU, №2242644, КМП F16C 11/00.).

Однако известное шарнирное соединение обладает недостаточной износостойкостью, надежностью и долговечностью, при этом отсутствие подачи смазки способствует недопустимым температурным условиям эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому является шарнирное соединение элементов манипулятора, содержащий запрессованные в один из элементов манипулятора подшипники скольжения и зафиксированную относительно другого элемента манипулятора цилиндрическую ось, в теле которой выполнен соединенный поперечными каналами с подшипниками скольжения продольный канал с установленной на его входе пресс-масленкой, в зоне входного конца продольного канала выполнена соосная ему и сопряженная с ним открытая на одном конце продольная полость, в которой с возможностью продольного перемещения смонтирован поршень с центральным осевым каналом, первый конец которого выведен во входной конец продольного канала, другой конец которого выполнен замкнутым, а во втором конце канала поршня установлена указанная пресс-масленка, обращенная своей головкой к открытому концу продольной полости, в которой расположена пружина, взаимодействующая одним концом с торцевой поверхностью поршня, а другим концом - с одной торцевой поверхностью опорной шайбы, связанной с цилиндрической осью средством фиксации, которое образовано контактирующей с другой торцевой поверхностью опорной шайбы, стопорной шайбой, установленной в канавке цилиндрической оси на входе в полость (патент RU, №2176591, КМП B25J 17/00, A01G 23/08).

Однако известное шарнирное соединение имеет сложность конструктивного исполнения механизма, высокую трудоемкость и снижение прочности пальца ввиду наличия масляного канала, а также не обладает достаточной износостойкостью и вибростойкостью в условиях эксплуатации механизма.

Технической задачей, на решение которой направленно изобретение является повышение работоспособности шарнирного соединения. Эта задача решается за счет выполнения более надежной неподвижной фиксации пальца в одной из проушин звеньев за счет использования резьбового соединения и применения антиизносных и демпфирующих промежуточных слоев в зоне фрикционного контактирования деталей, снижающих вибрационные и ударные нагрузки негативно влияющих на интенсивность изнашивания деталей шарнирных соединений, а также более рационального обеспечения подачи смазки к контактирующим поверхностям. В результате обеспечивается следующий технический результат - повышение износостойкости и виброустойчивости шарнирного соединения.

Поставленная цель достигается тем, что шарнирное соединение элементов манипулятора содержащее запрессованные в один из неподвижных элементов манипулятора, подшипники скольжения и зафиксированную относительно другого элемента манипулятора цилиндрическую ось, в теле которой выполнен канал для подводки смазки к подшипникам скольжения, отличающийся тем, что фиксация оси в проушинах одного из звенев манипулятора осуществляется через промежуточные вкладыши, обладающие повышенной радиальной податливостью, при этом неподвижность соединения достигается посредством использования конической резьбовой посадки между осью и вкладышем. Вкладыши неподвижной опоры устанавливаются в соответствующее отверстие неподвижного звена по переходной посадке, обеспечивающей формирование среднего натяга, равного 5-20 мкм, во вкладышах выполнены пазы по внутреннему и наружному диаметру на глубину 2/3 толщины вкладыша, а ширина пазов задается равной 0,2-0,3 мм. На наружных и внутренних диаметрах вкладышей неподвижной опоры формируется аморфное виброгасящее покрытие, толщиной 10-40 мкм. Вкладыши подвижной опоры фиксируются специальными штифтами от взаимного поворота.

На фиг. 1 изображена конструкция шарнирного соединения манипулятора, на фиг. 2 изображена конструкция вкладыша с пазами.

Шарнирное соединение состоит из шарнирного пальца 1, проушин 2 и 3 смежных элементов манипулятора, 4 вкладыши с внутренней конической резьбой, 5 вкладыши подшипников скольжения, 6 демпфирующий элемент, 7 эластичная уплотнительная шайба, 8 распорная втулка, 9 гайка, 10 стопорная шайба, 11 штифт.

Шарнирный палец 1 фиксируется в проушинах одного из элементов манипулятора 2 коническим резьбовым соединением и вращается относительно другого смежного элемента манипулятора 3 посредством вкладышей подшипников скольжения 5.

Вкладыши неподвижной опоры 4 устанавливаются в соответствующее отверстие неподвижного звена 2 по переходной посадке, обеспечивающей формирование среднего натяга, равного 5-20 мкм. Для увеличения радиальной упругой податливости во вкладышах выполнены пазы по внутреннему и наружному диаметру на глубину 2/3 толщины вкладыша, а ширина пазов задается равной 0,2-0,3 мм (фиг. 2). При этом неподвижность соединения оси с вкладышем достигается за счет использования конической резьбовой посадки между вкладышем и осью при заворачивании которого в последней за счет деформации увеличивается прочность неподвижного соединения вкладыша с металлоконструкцией смежного звена.

При эксплуатации шарнирные соединения манипуляторов испытывают вибрационные нагрузки, негативно влияющие на контактные явления и прочность сцепления. При этом существенное влияние на работоспособность неподвижных шарнирных соединений оказывают микроперемещения в контактной зоне деталей. В результате чего снижается прочность конструкционного материала (поверхностного слоя), определяющая износостойкость деталей соединения. Однако, изменяя частоты колебаний сопрягаемых деталей, микроперемещения смягчают ударные нагрузки, а также обладают существенными демпфирующими показателями.

Кроме того, для эффективного достижения демпфирующих показателей на наружных и внутренних диаметрах вкладышей подвижной опоры наноситься аморфное виброгасащее покрытие, обладающее повышенной пластичностью за счет образования промежуточных металлических или полимерных слоев, например, латуни, меди, фторопласта и др. При этом создаваемые покрытия должны обладать достаточной технологичностью и износостойкостью, структурное состояние материала покрытий должно обеспечивать возможность трансформации структуры при последующей приработке, а толщина покрытия равна 10-40 мкм.

При этом при приложении смещающей нагрузки срыв покрытия с материала деталей не происходит, а микро- и макроперемещения реализуются во внутренних слоях покрытия. Таким образом, аморфное покрытие практически исключает фреттинг-изнашивание, повышает прочность сцепления и долговечность неподвижного соединения.

Между вкладышем с пазами 4 и проушиной неподвижного соединения 2 для снижения вибрационных и ударных нагрузок устанавливаются демпфирующие или компенсирующие элементы типа сайлент-блока. Для надежной фиксации и гашения вибраций шарнирного пальца 1 устанавливается эластичная упругая шайба 7.

Вкладыши подвижной опоры 5 устанавливаются в соответствующие отверстия подвижного звена 3 посадкой с гарантированным натягом и для увеличения износостойкости подвижного соединения на функциональных поверхностях формируется благоприятный микрорельеф. Кроме того, для повышения износостойкости и препятствию схватывания трущихся поверхностей на функциональных поверхностях вкладыша выполняют смазочные карманы и наносят антифрикционный материал (например, графит, дисульфид молибдена).

Между вкладышами подшипников скольжения 5 подвижной опоры 3 устанавливается распорная втулка 8 посадкой с гарантированным зазором, на внутренней поверхности которой выполнен паз, глубина которого составляет 5-7 мм, а ширина 5 мм, по которому осуществляется подача смазки в зону контактирования подшипников 5 и пальца 1.

Фиксация шарнирного пальца осуществляется с помощью гайки 9 и стопорной шайбы 10. Для увеличения надежности соединения вкладыши подвижной опоры дополнительно фиксируются от взаимного поворота специальными штифтами 11.

Кроме того, для увеличения износостойкости подвижного соединения на внутренних функциональных поверхностях вкладыша формируется благоприятный регулярный микрорельеф, в углублениях которого размещается твердосмазочный материал, выполняющий свои функции при возникновении при работе масляного голодания.

Изобретение относится к конструкции манипуляторов, в частности к шарнирным соединениям элементов смежных звеньев манипулятора, и может быть использовано в лесозаготовительной и других отраслях промышленности. Шарнирное соединение элементов манипулятора содержит запрессованные в один из неподвижных элементов манипулятора (4), подшипники скольжения (6) и зафиксированную относительно другого элемента манипулятора (4) цилиндрическую ось, в теле которой выполнен канал для подводки смазки к подшипникам скольжения. Фиксация оси в проушинах (2, 3) одного из звеньев манипулятора осуществляется через промежуточные вкладыши (5), обладающие повышенной радиальной податливостью, при этом неподвижность соединения достигается посредством использования конической резьбовой посадки между осью и вкладышем. Вкладыши (5) неподвижной опоры устанавливаются в соответствующее отверстие неподвижного звена по переходной посадке, обеспечивающей формирование среднего натяга, равного 5-20 мкм, во вкладышах (5) выполнены пазы по внутреннему и наружному диаметру на глубину 2/3 толщины вкладыша, а ширина пазов задается равной 0,2-0,3 мм. На наружных и внутренних диаметрах вкладышей неподвижной опоры формируется аморфное виброгасящее покрытие толщиной 10-40 мкм. Вкладыши (5) подвижной опоры фиксируются специальными штифтами (11) от взаимного поворота. Технический результат - повышение работоспособности шарнирного соединения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Шарнирное соединение элементов манипулятора, содержащее запрессованные в один из неподвижных элементов манипулятора подшипники скольжения и зафиксированную относительно другого элемента манипулятора цилиндрическую ось, в теле которой выполнен канал для подводки смазки к подшипникам скольжения, отличающееся тем, что фиксация оси в проушинах одного из звеньев манипулятора осуществляется через промежуточные вкладыши, обладающие повышенной радиальной упругой податливостью, при этом неподвижность соединения оси с вкладышем достигается за счет использования конической резьбовой посадки между вкладышем и осью, при заворачивании которой за счет деформации вкладыша увеличивается прочность посадки неподвижного соединения вкладыша с металлоконструкцией смежного звена.

2. Шарнирное соединение по п. 1, отличающееся тем, что вкладыши неподвижной опоры устанавливаются в соответствующее отверстие неподвижного звена по переходной посадке, обеспечивающей формирование среднего натяга, равного 5-20 мкм, а для увеличения радиальной податливости во вкладышах выполнены пазы по внутреннему и наружному диаметру на глубину, составляющую 2/3 толщины вкладыша, а ширина пазов задается равной 0,2-0,3 мм.

3. Шарнирное соединение по п. 1, отличающееся тем, что на внутренних и наружных диаметрах вкладышей подвижного соединения формируется аморфное виброгасящее покрытие толщиной 10-40 мкм.

4. Шарнирное соединение по п. 1, отличающееся тем, что вкладыши подвижных соединений по наружному диаметру фиксируются от взаимного поворота специальными штифтами, а для увеличения износостойкости подвижного соединения на внутренних функциональных поверхностях вкладыша формируется благоприятный регулярный микрорельеф, в углублениях которого размещается твердосмазочный материал.