RU15922U1 - Шаровое шарнирное соединение - Google Patents

Abstract

Шаровое шарнирное соединение, содержащее корпус и установленный в нем через вкладыш шаровой палец, состоящий из сферической головки, коническо-цилиндрического хвостовика и резьбовой части, отличающееся тем, что шаровой палец имеет покрытие на основе никеля и бора, нанесенное на поверхность пальца электрохимическим осаждением, толщиной 20-25 мкм.

Description

ШАРОВОЕ ШАРНИРНОЕ СОЕДИНЕНРШ

Нолезная модель относится к машиностроительной, в частности, автомобильной промышленности и может быть использована при изготовлении шаровых шарниров рулевых тяг и передней подвески автомобилей. Нредлагаемое техническое решение может быть использовано и в других отраслях промышленности, где применяются шаровые шарниры, например, на космических объектах, для крепления солнечных батарей, антенн или на штативах для установки фотоаппаратов и т.п.

Известен шаровой шарнир, который имеет палец, шаровую головку и корпус, в котором размеш;ена и может вращаться шаровая головка. Шаровая опорная поверхность разделена на несколько сегментов, которые обеспечивают упругую податливость и введение шаровой головки в корпус и позволяют зафиксировать её в корпусе в осевом направлении предохранительным кольцом, вставляемым в кольцевой паз (см. Европейский патент № 687823, опубликованный 20.12.95г.).

Наиболее ответственной деталью в шаровых шарнирах является шаровой палец, состояш;ий из сферической части, коническо-цилиндрического хвостовика и резьбовой части. Шаровой палец должен выдерживать знакопеременные осевые и боковые нагрузки, иметь минимальное трение в паре со вкладышем при минимальных зазорах и обеспечивать достаточно высокую надёжность и долговечность при работе в шаровых шарнирах. Как правило, шаровые пальцы изготавливают из высокопрочных сталей, удовлетворяющих указанным требованиям, например, из стали 40Х, 40 ХГНМ с твёрдостью порядка 40 HRC. Практически возможно изготовление шаровых пальцев токарной обработкой, объёмной штамповкой и поперечно-клиновой прокаткой.

Из Европейского патента № 667464, опубликованного 16.08.95г., известна сферическая цапфа шарового шарнира для автомобиля, которая состоит из сферической головки и цилиндро-конртческой цапфы, изготовленной холодной обработкой. Сферическая головка со сквозным отверстием сажается на установочную цапфу в направлении её продольной оси и удерживается на ней за счёт деформации установочной цапфы. Как показали научные исследования и испытания образцов шаровых пальцев, изготовленных различными способами, предпочтительной является поперечно-клиновая прокатка предварительно нагретых заготовок, так как при этом волокна металла сохраняют свою целостность, что положительно отражается на прочности профилированных изделий.

Экз. №

МГЖ7Р 16 11/06

изделий. В большинстве случаев последующая механическая обработка сводится к шлифовке отдельных поверхностей, в частности, сферической части шарового пальца, подверженной истиранию, (см. заявку № 99127612 на «Способ поперечно-клиновой прокатки и устройство для его осуществления).

Для увеличения долговечности шарового шарнира за счёт повышения прочности поверхностного слоя сферической части шарового пальпа поверхность сферы подвергают обкатке самоустанавливающимися шариками или роликами, в результате чего создаётся микрорельеф поверхности, при этом поверхность сферы становится блестящей, почти зеркальной (способы и устройства обкатки сферических поверхностей описаны в книге Одинцова Л.Г. «Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием М., Машиностроение, 1987,стр.65-67 в авторском свидетельстве № 1486327 с приоритетом от 03.04.87 г. и в патенте РФ № 2120571 с приоритетом от 04.02.97г.).

Недостатком шарового пальца, изготовленного поперечно-клиновой прокаткой и обработанного вышеуказанными способами, является то, что поверхность сферы имеет невысокую поверхностную твердость при обкатке шариками или роликами, кроме того, вся поверхность шарового пальца подвержена коррозии, так как состоит из чистого металла, не защищённого антикоррозионным покрытием.

Известно шаровое шарнирное соединение, которое содержит палец, имеющий сферический шаровой элемент с верхней и нижней полусферами. Имеется также корпус гнезда с отверстием, через которое палец может вставляться в корпус, и внутренней посадочной поверхностью в форме полусферы, на которую опирается верхняя полусфера пальца. Кроме того, имеется заглушка для перекрытия отверстия корпуса гнезда, содержащая внутреннюю поверхность в форме полусферы, на которую опирается нижняя полусфера пальца. Между сферическими поверхностями гнезда и заглушки расположен вкладыш сферического подшипника. Вкладыш имеет верхнюю и нижнюю полусферы. Одна из полусфер вкладыша имеет ряд продольных сквозных прорезей, образующих ряд упругих пружинящих лепестков. Эти лепестки расположены таким образом, что периодически упираются в поверхность шарового элемента и прилагают пружинящее усилие к заглушке, устраняя люфт в шаровом шарнирном соединении (см. патент США № 5630672, опубликованный 20.05.97г.). Указанное техническое решение, как наиболее близкий аналог может быть принято в качестве прототипа.

Недостатками прототипа являются значительное трение между сферическим шаровым элементом и вкладышем, невысокую поверхностную твердость шарового пальца, а также подверженность шарового пальца коррозии, как при эксплуатации, так и при значительных перерывах в работе автомобилей, особенно, в зимнее время или в осенне-весенний период со значительной влажностью окружающей среды.

шарового пальца, и обладающего антикоррозийными свойствами. При использовании известных шаровых шарниров в наконечниках рулевых тяг автомобилей первоначально шаровой палец перемещается туго, т.к. имеется значительное трение между ним и вкладышем. Со временем это явление проходит за счёт износа пластикового вкладыша, и появляется люфт. А люфт в рулевом управлении - это стуки и ухудшение управляемости автомобиля. Кроме того, при тугом управлении повышенные нагрузки ложатся на детали всего рулевого механизма, страдают червячная пара и маятниковый рычаг. При использовании известных шаровых шарниров в передней подвеске легковых автомобилей наличие большого трения между шаровым пальцем и вкладышем приводит к аналогичным результатам. Вначале подвеска скрипит, затем постепенно скрип пропадает, но это происходит за счёт износа вкладыша.

Согласно техническому решению, предлагаемому в рамках заявляемой полезной модели, поставленная задача решается нанесением на сферическую часть шарового пальца покрытия, снижающего трение и повышающего поверхностную твёрдость сферы, что в конечном итоге позволяет повысить износостойкость шарнирного соединения. Покрытие представляет собой сплав никеля и бора и наносится на предварительно обработанную поверхность шарового пальца методом электрохимического осаждения. Покрытие, нанесённое на коническо-цилиндрическую и резьбовую части шарового пальца, увеличивает антикоррозионные свойства поверхности.

Сущность технического решения поясняется чертежом, где показан общий вид шарового шарнирного соединения.

Указанное шарнирное соединение содержит шаровой палец 1, состоящий из сферического элемента 2, коническо-цилиндрической 3 и резьбовой части 4. Палец 1 установлен в корпус 5. Между сферическим элементом 2 и корпусом 5 расположен вкладыш 6. Палец имеет покрытие 7 на основе никеля и бора, нанесённое на поверхность пальца электрохимическим осаждением толщиной 20-25 мкм. Возможно нанесение покрытия только на сферическую часть 2 пальца 1, когда требуется уменьшить трение и увеличить износостойкость шарнира, или только на открытую часть пальца 1 для защиты от коррозии. Предпочтительным является нанесение покрытия на всю поверхность пальца 1, так как при этом отпадает необходимость временной защиты от электрохимического осаждения участков пальца, не подлежащих нанесению покрытия.

Процесс нанесения покрытия на шаровой палец 1 осуществляется следующим образом: шаровой палец 1 обезжиривается в растворе состава: сода кальцинированная, тринатрифосфат, стиральный порошок при Т 50-60 С, затем промывается, травится в растворе состава: кислота серная, кислота соляная при Т 20-25 С, затем промывается, далее наносится электрохимический сплав на основе никеля и бора в растворе состава: никель сернокислый, никель двухлористый, кислота борная, натрий фтористый, малоновая кислота, сахарин и добавка (КТ-1).

поверхностей твёрдости сферического элемента, а также высокие коррозийные свойства шарнирного соединения. Покрытие обладает достаточной твёрдостью, на нем не остаются царанины, поверхность гладкая и блестящая. Даже при эксплуатации в условиях городских дорог или при длительном хранении в условиях повышенной влажности шаровые шарниры с указанным покрытием не подвержены коррозии и остаются блестяш;ими.

Claims (1)

1. Шаровое шарнирное соединение, содержащее корпус и установленный в нем через вкладыш шаровой палец, состоящий из сферической головки, коническо-цилиндрического хвостовика и резьбовой части, отличающееся тем, что шаровой палец имеет покрытие на основе никеля и бора, нанесенное на поверхность пальца электрохимическим осаждением, толщиной 20-25 мкм.