Патент на изобретение №2272187

(54) ШАРОВОЙ ШАРНИР И СПОСОБ ЕГО СБОРКИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в шаровых шарнирах управляемых колес транспортных средств и шарнирных соединениях рулевых механизмов. Шаровой шарнир содержит корпус, шаровой палец, вкладыш между ними и стопорное устройство, фиксирующее вкладыш в установленном положении. Вкладыш состоит из двух частей, нижняя часть выполнена в виде части сферической оболочки, верхняя часть – в виде части сферической поверхности, ответной сфере шарового пальца, и цилиндра с наружной стороны вкладыша и имеет опорную поверхность, контактирующую со стопорным устройством, выполненным в виде кольца – силового элемента, воспринимающего осевые нагрузки на вырыв шарового пальца из корпуса, при этом между верхней и нижней частями вкладыша образован зазор, а выступание опорной поверхности вкладыша над опорной поверхностью корпуса перед сборкой не превышает зазор между частями вкладыша. При сборке шарового шарнира шаровую головку устанавливают в сферическое гнездо вкладыша с отверстием, вставляют в корпус и фиксируют от осевого перемещения. Предварительно внутренний пакет шарнира сжимают нагрузкой, не превышающей предел текучести материала вкладыша, и посредством закатки, либо радиальным или осевым обжатием верхней части корпуса фиксируют вкладыш и кольцо в корпусе. Технический результат – создание равномерного контактного напряжения по всей сферической поверхности вкладыша, соприкасающегося со сферической поверхностью шарового пальца, а также создание упругой деформации вкладшей. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в шаровых шарнирах управляемых колес и шарнирных соединениях рулевых механизмов транспортных средств.

В шаровых шарнирах обязательным выходным параметром являются моменты сопротивления качанию и вращению шарового пальца в корпусе. Моменты сопротивления качанию и вращению возникают из-за трения между сферой шарового пальца и вкладышами. При эксплуатации происходит естественный износ вкладышей и сферы шарового пальца шарнира. При износе происходит увеличение зазора в шарнире между сферой шарового пальца и вкладышами.

Известен шаровой шарнир передней подвески автомобиля, который состоит из корпуса, шарового пальца, вкладыша из полимерного антифрикционного материала, установленного между шаровой головкой и корпусом и имеющего овальное отверстие для выхода хвостовика пальца, с крышкой, выполняющей роль стопорного устройства вкладыша и силового элемента, воспринимающего осевые нагрузки на вырыв пальца из корпуса. По периферии крышки выполнен кольцевой поясок (бурт), а в верхней части корпуса – внутренний кольцевой паз. Для исключения проворота вкладыша и крышки относительно корпуса в процессе работы шарового шарнира на кольцевом пояске крышки и поверхности корпуса, контактирующей с вкладышем, выполнены рифления (см. патент на изобретение №2151926 с приоритетом от 23.11.1998 г.).

Существенным недостатком описанного выше шарнира является то, что необходимый натяг создается кольцевой деформацией верхней части вкладыша при сборке шарового шарнира. При этом контактные напряжения на внутренней сферической поверхности полимерного вкладыша имеют неравномерный характер.

Задачей, решаемой изобретением, является создание равномерного контактного напряжения по всей сферической поверхности вкладыша, соприкасающегося со сферической поверхностью шарового пальца, создание упругой деформации вкладышей, повышение ресурса шарнира при эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что конструкция полимерного антифрикционного вкладыша, состоящего из двух частей, для обеспечения равномерного контактного напряжения по всей сферической поверхности шарового пальца выполнена следующим образом:

нижний вкладыш – в виде части сферической оболочки;

внутренняя часть верхнего вкладыша – в виде части сферической поверхности, ответной сфере шарового пальца, наружная – в виде цилиндра с опорной поверхностью в верхней части.

На опорную поверхность через запирающее кольцо передается сжимающая внутренний пакет нагрузка и обеспечивается упругая деформация полимерного антифрикционного вкладыша, после чего происходит фиксация положения вкладышей внутри корпуса. Между верхним и нижним вкладышами существует зазор, выбираемый при сборке, для чего в свободном состоянии опорная поверхность верхнего вкладыша должна возвышаться над опорной поверхностью в корпусе для кольца на величину, не превышающую зазор между верхним и нижним вкладышами.

Суть изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показан продольный разрез шарового шарнира, на фиг. 2 – вид шарнира в сборе перед фиксацией комплектующих внутри корпуса.

Шаровой шарнир содержит корпус 1, шаровой палец 2, состоящий из сферической головки и хвостовика, вкладыш 3 из полимерного антифрикционного материала, установленный между шаровой головкой и корпусом 1, с кольцом 4, выполняющим роль стопорного устройства вкладыша и силового элемента, воспринимающего осевые нагрузки на вырыв пальца 2 из корпуса 1.

Работает устройство следующим образом:

поворот управляемого колеса осуществляется за счет поворота вокруг своей оси шарового пальца 2, закрепленного в рычаге направляющего аппарата подвески относительно корпуса 1, закрепленного на поворотной стойке колеса, одновременно угловые перемещения рычага подвески, связанные с ходами колеса вверх-вниз, происходят за счет качания шарового пальца 2 относительно корпуса 1. При этом возникающие вертикальные и боковые нагрузки, воспринимаемые колесом, передаются с шарового пальца 2 на корпус 1 с кольцом 4 через полимерный вкладыш 3.

Сборка шарового шарнира предложенной конструкции имеет свои особенности. В частности, перед фиксацией внутренний пакет (сфера шарового пальца, вкладыши и кольцо) должен быть предварительно поджат вертикальной нагрузкой, направленной по оси шарового пальца, для выборки всех зазоров и обеспечения равномерного распределения контактных напряжений по сферической поверхности вкладышей, чтобы обеспечить работоспособность и долговечность шарового шарнира при эксплуатации.

Известен способ соединения шарового шарнира, при котором шаровую головку устанавливают в сферическое гнездо вкладыша с овальным отверстием, вставляют в корпус, затем устанавливают крышку, при этом продольные оси овальных отверстий вкладыша и крышки совмещают между собой и с плоскостью качания шарового пальца, после этого посредством радиального обжатия верхней части корпуса фиксируют вкладыш и крышку в корпусе (см. патент на изобретение №2151926 с приоритетом от 23.11.1998 г.).

Указанное изобретение как наиболее близкий аналог может быть принято в качестве прототипа способа сборки шарового шарнира.

Недостатком прототипа является то, что известный способ соединения деталей сферического шарнира не предусматривает применения предварительного осевого поджатия внутреннего пакета шарнира при фиксации, что повышает вероятность неравномерного распределения контактных напряжений по сферической поверхности вкладыша.

Задачей, решаемой предлагаемым способом сборки шарового шарнира, является исключение возникновения остаточной деформации верхней части вкладыша при обжатии верхней части корпуса.

Согласно изобретению указанная задача решается особым способом сборки шарового шарнира. Шаровую головку устанавливают в сферическое гнездо вкладыша с отверстием, вставляют в корпус, устанавливают кольцо, затем к кольцу прикладывают вертикальную нагрузку, направленную по оси шарового пальца, для выборки зазоров и обеспечения равномерного распределения контактных напряжений по сферической поверхности вкладышей. Нагрузка не должна превышать предел текучести материала полимерного вкладыша. После этого посредством закатки, либо радиальным или осевым обжатием верхней части корпуса фиксируют вкладыш и кольцо в корпусе.

Применение предложенного способа сборки шарового шарнира дает определенные преимущества. Так, например, предварительное поджатие и конструкция вкладыша позволяют получить беззазорное соединение и обеспечить равномерные моменты сопротивления качанию и вращению, что повышает работоспособность шарнира. Фиксация вкладыша и кольца в корпусе исключает перемещение их в корпусе в процессе эксплуатации. Способ сборки шарового шарнира упрощает производство, поджатие и закатка осуществляется в автоматическом режиме на закатной машине.

Предложенный шаровой шарнир и способ его сборки в совокупности позволяют обеспечить увеличение ресурса шарнира при эксплуатации.

Кроме того, неразъемная конструкция шарового шарнира с полимерным антифрикционным вкладышем не нуждается в обслуживании.

Формула изобретения

1. Шаровой шарнир, содержащий корпус, шаровой палец, вкладыш между ними и стопорное устройство, фиксирующее вкладыш в установленном положении, отличающийся тем, что вкладыш состоит из двух частей, нижняя часть выполнена в виде части сферической оболочки, верхняя часть – в виде части сферической поверхности, ответной сфере шарового пальца, и цилиндра с наружной стороны вкладыша и имеет опорную поверхность, контактирующую со стопорным устройством, выполненным в виде кольца – силового элемента, воспринимающего осевые нагрузки на вырыв шарового пальца из корпуса, при этом между верхней и нижней частями вкладыша образован зазор, а выступание опорной поверхности вкладыша над опорной поверхностью корпуса перед сборкой не превышает зазор между частями вкладыша.

2. Способ сборки шарового шарнира, по которому шаровую головку устанавливают в сферическое гнездо вкладыша с отверстием, вставляют в корпус и фиксируют от осевого перемещения, отличающийся тем, что предварительно внутренний пакет шарнира сжимают нагрузкой, не превышающей предел текучести материала вкладыша, и посредством закатки либо радиальным или осевым обжатием верхней части корпуса фиксируют вкладыш и кольцо в корпусе.

РИСУНКИ