Шаровой шарнир Советский патент 1977 года по МПК F16C11/06 

Изобретение относится к деталям машин и в частности к шаровым шарнирам, примеияемым в траиспортных средствах.

Известен шаровой шарнир, преимушественно для реактивной штанги балансирной подвески транспортных средств, с уплотнительным устройством, состояшим из базируюшегося на конусной части шарового пальца торцевого уплотнения, поджатого с натягом к опорной чашке головки реактивной штанги и отделяющего рабочую пару трения от внешней среды I. Недостатками этих конструкций шарниров является ограниченный ресурс вследствие возможного нарушения герметичности, трудоемкость технического обслул ивания из-за большого количества точек смазки и значительный расход дорогостояшей смазки.

Известен также шаровой шарнир с дополнительным уплотнительным элементом, обеспечивающим усиленную защиту от грязи и воды и содержащий установленный в закрытом крыщкой корпусе с вкладыщами консольный щаровой палец, на конусной части которого смонтирован с натягом торцевой уплотнитель (колпак), прилегающий своей уплотняющей поверхностью к закрепленной на корпусе щарнира опорной чашке, вынолненной в виде нажимного кольца. На шейке пальца у торца Kopnjca с натягом установлен дополнительный уплотнительный элемент - эластичный чехол,

наружная кромка которого закреплена в корпусе шарнира и зажата нал имным кольцом. Ограничение угла поворота нальца относительно корнуса обеспечивается коническими поверхностями на стенке отверстия корпуса и на вкладыше 2. Недостатки этих шарниров - ограниченные повороты вокруг оси пальца и нарушение целостности закрепленной кромки дополнительного унлотнительного элемента в процессе эксплуатации; возможные повреждення дополнительного уплотнительного элемента коническими стенками отверстия корпуса и повреждения на шейке шарнира.

Цель изобретения - повышение надежности и увеличение срока службы шарового шарнира.

Указанная цель достнгается тем, что дополнительный унлотнительный элемент размещен

в отверстии корпуса с контактом по торцу вкладыша и выполнен в виде упругой диафрагмы с S-образным радиальным сечением, упирающейся своей наружной кромкой в донную часть профилированной опорной чашки.

Вкладыш выполнен с выточкой и фаской на внутреннем диаметре, а элемент ограничения угла новорота пальца размещен против торца шаровой части пальца и выполнен, например, в виде центрального выступа с плоским торцом на крышке.

Элемент ограничения угла поворота пальца может быть выполнен в виде закрепленного на крышке дистанционного стакана, установленного внутри него с упором в торце шаровой части пальца, упругого, преимущественно, резинового буфера, и размещенной между ними на дне стакана антифрикционной, например, пластмассовой шайбы.

На фиг. 1 изображен шаровой шарнир реактивной штанги балансирной подвески автомобиля; на фиг. 2 - вариант выполнения ограничителя качания шарнира в плоскости пальца.

Шаровой консольный конусный палец 1 с шейкой 2 и шаром 3 установлен в корпусе 4 шарнира с вкладышами 5 и ,6. Вкладыши поджаты пружиной 7 и ограничены в перемещениях вдоль оси пальца крышкой 8 шарнира с выступом 9. В шарнир при сборке закладывается избыточное количество смазки. В отверстии корпуса 4 на шейке пальца 2 с натягом и контактом по торцу .вкладыша 5, а такл е с возможностью свободных перемещений относительно уплотняемых поверхностей корпуса и вкладыша установлен дополнительный уплотнительный элемент, выполненный в виде упругой, преимущественно резиновой, диафрагмы с профилированным S-образным радиальным сечением. Диафрагма 10 накрыта с зазором профилированной опорной чашкой 11, закрепленной на корпусе 4, например, путем напрессовки н обжатия. Наружная кромка диафрагмы опирается в профилированную донную часть опорной чашки. При такой плавающей установке диафрагма ограничена в перемещениях вдоль осп пальца чашкой 11 и торцом вкладыша 5. При сборке диафрагма несколько повышает давление внутри шарнира и обеспечивает в ограниченных пределах (без потери герметичности) свободные повороты и качание шарнира на пальце за счет соответствуюших деформаций S-образного радиального сечения и упругости материала. На конусной части пальца установлен торцовый уплотнитель 12, прилегающий своей уплотнительной поверхностью к опорной чашке И, а сам консольный палец 1 смонтирован в корпусе рычага 13.

На внутреннем диаметре вкладыша 5 выполняются проточка 14 и фаска 15, обеспечивающие наиболее благоприятные условия работы диафрагмы н ее целостность при больших и предельных углах качания шарнира в плоскости осп пальца. Ограничение качания шарнира выполнено в виде упора по торцу шаровой части пальца со стороны крышки шарнира.

Для ограничения углов качания может служить, например, опорный выступ 9 крышки 8, устанавливаемой днстан(ц1ионно относительно торца шаровой части пальца (при сборке шарнира), пли любой другой ограничительный упор в виде промежуточной детали типа буфера и т. п.

Наиболее эффективны.м с точки зрения надежности уплотнения ограничителем качаний

шарнира в Плоскости пальца является комбинация упругого и жесткого элементов, работающих соответственно при малых и предельных углах качанпя шарнира. Это схематично показано на фиг. 2. Дистанционный стакан 16 центрируется в пружине 7 или приваривается к крышке точечной сваркой и служит обоймой для упругого преимущественно резинового буфера 17, взаимодействующего с торцом шарового пальца и промел уточной антифрикционной пластмассовой шайбой 18 на донышке дистанционного стакана. Шайба 18, изготовляемая, например, из полиамида, выполняет функции радиально-упорного подшипника при

поворотах шарнира вокруг оси пальца и качаниях в плоскости оси пальца.

Работа шарового шарнира и взаимодействие уплотнительных и ограничительных элементов с окружающими деталями осуществляется

следующим образом.

При новоротах шарнира вокруг оси пальца 1 диафрагма 10 зпруго проскальзывает в местах контакта с шейкой 2 пальца 1, стенкой отверстия в корпусе 4 шарнира, торцом вкладыша 5 и донышком опорной чашки И.

Конфигурация S-образного сечения диафрагмы 10 при этом остается практически неизменной. Таким образом, при поворотах шарнира вокруг оси нальца исключены значительные деформации диафрагмы 10 в средней части, а углы поворота шарнира практически не ограничены. Благодаря профилированному S-образному радиальному сечению днафрагмы при поворотах шарнира вокруг пальца на

тороидальных краях диафрагмы сохраняется высокая герметичность за счет натяга и большой длины контакта по шейке 2 пальца 1, а также за счет натяга и лабиринтного эффекта уплотнения по наружному краю диафрагмы.

При поворотах шарнира вокруг оси пальца I основной уплотнительный элемент 12 неподвижно сидит на конусной части пальца и упруго проскальзывает по двум линиям контакта с опорной чашкой И. Одна линия контакта образована по наружно.му краю торцевого уплотнителя 12, а другая - по профилированному выступу донышка опорной чашки IL Этим обеспечивается надежная герметичность узла.

При качаниях шарнира относительно осн пальца, например, прп перекосах мостов и поворотах вокруг оси реактивной штанги надежность герметичности узла снижается. Основной торцевой уплотнитель 12 местами теряет

контакт по паружному краю с онорной чашкой 11. Тогда остается линия контакта по профилированному выступу донышка опорной чашки 11. Однако при предельных углах качания не исключено нарушение герметичности:

и по второй линии контакта, что происходит при старении резины уплотнителя и при воз-никнрв.ении сквозных радиальных трещин noi к-раям уплотнителя вследствие усталости ма-териала). В этом случае герметичность обеспечивается дололнительным уплотнительным; элементом. При качаниях шарнира диафрагма 10 работает подобно сильфону, нричем одновременно с одной стороны S-образное сечение сжимается, а с другой - растягивается (в радиальном направлении). Существенным отличием формованной диафрагмы с S-образным радиальным сечением и плавающей установкой является увеличенная длина образующей, которая в 1,5 раза больше, чем у плоской диафрагмы при одинаковых внутренних и наружных диаметрах. Это обусловливает минимальные изменения натяга на шейке пальца и на стенках отверстия корпуса при качаниях щарнира. В то же время благодаря упругости диафрагмы 10 во внутренней полости шарнира удерживается консистентная смазка, например литол-24 или состав «158. Вместе с тем предлагаемое выполнение диафрагмы 10 и ее размещение в отверстии корпуса шарнира обеспечивают сохранение габаритов и веса щарнира с повышением прочности консольного конца пальца. Сохранение целостности диафрагмы 10 в эксплуатации нри предельных углах качания шарнира достигается тем, что на вкладыше 5 выполнены выточка 14 и фаска 15, образующие с щейкой 2 пальца 1 полость, в которую входит внутренний край диафрагмы нри полном сжатии S-образного сечения. Величина предельных углов качания щарнира ограничена упором в торец шаровой части нальца, а не в шейку пальца как у аналогичных конструкций шарниров. Упором служит выступ 9 на крышке 8 или специальный дистанционный стакан 16. В последнем случае углы качания шарнира не только ограничены, но и стабилизированы путем применения упругого буфера 17, что создает оптимальные условия работы узла уплотнения шарнира. Таким образом, предлагаемый шаровой шарнир обеспечивает комплексное решение проблемы надежности и долговечности узла для любых условий эксплуатации транспортной техники, включая самые тяжелые. Формула изобретения 1.Шаровой щарнир, преимущественно для реактивной штанги балансирной подвески транспортного средства, содерл ащий установленный в закрытом крыщкой корпусе с вкладышами консольный шаровой палец, на конусной части которого смонтирован с натягом торцевой уплотнитель, прилегающий своей уплотняющей поверхностью к закрепленной на корпусе щарнира опорной чашке; элемент ограничения угла поворота пальца относительно корпуса и установленный с натягом на щейке цальца дополнительный уплотнительный элемент, отделяющий внутреннюю полость шарнира от торцевого уплотнителя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и увеличения срока слул-:бы, дополнительный зплотнительный элемент размещен в отверстии корпуса с контактом по торцу вкладыша и выполнен в виде упругой диафрагмы с S-образным радиальным сечением, упирающейся своей наружной кромкой в донную часть опорной чащки, вкладыщ вынолнен с выточкой и фаской на внутреннем диаметре, а элемент ограничения угла поворота пальца размещен против торца щаровой части цальца. 2.Шарнир по п. 1, отличающийся тем, что элемент ограничения угла поворота пальца выполнен в виде центрального выступа с плоским торцом на крышке. 3.Шарнир по п. 1, отличающийся тем, что элемент ограничения угла его поворота выполнен в виде закрепленного на крышке дистанционного стакана, установленного внутри него с упором в торец шаровой части пальца, упругого преимущественно резинового буфера и размещенной между ни1ми на дне стакана антифрикционной, например пластмассовой щайбы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.«Автомобили ЗИЛ-133Г1 и ЗИЛ-133Д1, техническое описание и инструкция по эксплуатации. «Машиностроение, 1973, с. 11. 2.Патент США К° 3227478, кл. 287-87, 1966.