RU185066U1

RU185066U1 - Шаровой шарнир

Info

Publication number: RU185066U1
Application number: RU2018105009U
Authority: RU
Inventors: Игорь Геннадьевич Гун; Юрий Вячеславович Калмыков; Евгений Игоревич Гун; Владимир Иванович Артюхин; Александр Рафаельевич Вахитов
Original assignee: Акционерное общество Научно-производственное объединение "БЕЛМАГ"
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2018-11-19

Abstract

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а именно к шаровым шарнирам, и может быть использована в конструкциях реечного рулевого управления транспортных средств различного назначения, а именно внутренних шарниров боковых тяг.

Техническим результатом при использовании предложенного шарового шарнира является значительное повышение надежности и долговечности работы шарнира, рулевого механизма в целом, надежности рулевого управления автомобилем и безопасности вождения.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложен шаровой шарнир рулевого управления, содержащий цельноштампованный корпус, выполненный заодно с цилиндрическим хвостовиком, имеющим наружную резьбу, установленный соосно в полость корпуса вкладыш и компенсатор в виде компенсационного резинового кольца из достаточно жесткого и упругого материала, сжатого между корпусом и вкладышем, выполненным из полимерного композиционного материала, характеризующимся хорошим сопротивлением износу и высоким антифрикционным свойством, охватывающим наружную поверхность шаровой головки пальца, выполненного со стержнем, с расположенными на стержневой части пальца резьбой, многогранным элементом, элементом для крепления защитного чехла, при этом:

- компенсационное кольцо до обжатия (в исходном состоянии) выполнено с поперечным сечением в форме равнобедренного треугольника, сопряженного большим основанием с сектором окружности радиусом R, а места сопряжения и вершина треугольника выполнены скругленными, причем вершина треугольной части поперечного сечения выполнена в направлении к оси кольца;

- площадь поперечного сечения компенсационного кольца не превышает площадь поперечного сечения кольцевой полости, выполненной в корпусе шарового шарнира в области расположения компенсационного кольца, которая при замыкании контура полости наружной поверхностью вкладыша совместно с вкладышем обжимают компенсационное кольцо, придавая контуру поверхности сечения компенсационного кольца форму треугольника со скругленными вершинами и большим основанием со стороны контакта с вкладышем;

- компенсационное кольцо в исходном, не деформированном состоянии выполнено с углом между осью кольца и одной из боковых сторон треугольной части поперечного сечения, равным углу между осью и образующей наружной контактной с компенсационным кольцом поверхностью вкладыша.

Описанное техническое решение позволяет добиться наибольшего эффекта компенсации износа автокомпонентов шарнира за счет равномерного обжатия по периметру компенсационного кольца, обеспечения соосности положения автокомпонентов и исключения вероятности их повреждения при сборке. Предлагаемая конструкция повышает надежность и долговечность работы шарнира, рулевого механизма в целом, надежность рулевого управления автомобилем и безопасность вождения.

Description

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а именно к шаровым шарнирам и может быть использована в конструкциях реечного рулевого управления транспортных средств различного назначения, а именно внутренних шарниров боковых тяг.

Известен внутренний шаровой шарнир боковой тяги рулевой трапеции реечного рулевого механизма, содержащий цельноштампованный корпус, выполненный заодно с цилиндрическим хвостовиком, имеющим наружную или внутреннюю резьбу для зацепления с ответной внутренней резьбой в рейке рулевого механизма, установленный в корпус палец с резьбой, многогранным элементом и с шаровой головкой, размещенный на шаровой головке составной полиуретановый вкладыш, защитный чехол, устанавливаемый с помощью хомутов на стержень пальца и на корпус рулевого механизма (Шасси автомобиля: Рулевое управление / Раймпель Й., пер. с нем. В.Н. Пальянова; под ред. А.А. Гальбрейха. - М.: Машиностроение, 1987. - 232 с.: ил., с. 100, рис. 3.58, с. 108, рис. 3.67), (патент РФ № RU 2501995 С1, МПК F16C 11/06, B62D 7/16, приоритет от 13.07.2012 г.).

Однако известный шаровой шарнир обладает существенным недостатком:

- износ вкладыша в процессе эксплуатации шарнира приводит к появлению зазоров между контактными сферическими поверхностями шаровой головки пальца и вкладыша;

- с появлением зазоров к износу добавляется биение пальца о вкладыш в шарнире, разбивающее вкладыш и ускоряющее процесс его разрушения;

- с ростом зазоров возможен поворот вкладыша в корпусе с износом не только внутренней, но и наружных контактных поверхностях вкладыша;

- износ и деформация вкладыша проявляются через люфт и стук в шарнире, рулевом управлении и затруднениями в управлении автомобилем.

Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности из известных решений является внутренний шаровой шарнир боковой тяги рулевой трапеции реечного рулевого механизма, содержащий цельноштампованный корпус, выполненный заодно с цилиндрическим хвостовиком, имеющим наружную резьбу, установленный соосно в полость корпуса вкладыш и компенсатор в виде компенсационного резинового кольца из достаточно жесткого и упругого материала, расположенного в кольцевой внутренней проточке корпуса и сжатого между корпусом и вкладышем, выполненным из полимерного композиционного материала, характеризующимся хорошим сопротивлением износу и высоким антифрикционным свойством, охватывающим наружную поверхность шаровой головки пальца, выполненного со стержнем, с расположенными на стержневой части пальца резьбой, многогранным элементом, элементом для крепления защитного чехла. При этом внутренняя кольцевая проточка выполнена в корпусе на наклонной к оси корпуса, опорной для вкладыша поверхности, с образованием ступени, переходящей в наклонную поверхность, расположенную под еще большим углом к оси корпуса, образующей опорную поверхность для компенсационного кольца, переходящую по большему диаметру в боковую поверхность полости корпуса, охватывающую наружную боковую поверхность вкладыша. А компенсационное резиновое кольцо выполнено с поперечным круглым сечением в исходном, не деформированном состоянии, которое принимает иное, отличное от круглой формы, поперечное сечение в сжатом состоянии (см. патент US 5851082, Int. Cl. ⁶F16C 11/00, Date of Patent: Dec. 22, 1998 г.).

Применение упругого компенсатора позволяет повысить качество осевого шарового шарнира и продлить срок эксплуатации за счет компенсации осевых зазоров, остающихся после сборки и возникающих в процессе эксплуатации шарнира. Однако известный шаровой шарнир обладает рядом недостатков:

- наружный диаметр компенсационного кольца изначально в исходном, не деформированном состоянии выполнен меньше диаметра внутренней полости корпуса шарнира, обеспечивая таким образом технологичность сборки шарнира. При этом компенсационное кольцо круглого сечения, заложенное в корпус, не обеспечивает соосное размещение кольца в кольцевой проточке корпуса. Учитывая материал компенсационного кольца и условия его обжатия высока вероятность сохранения несоосного расположения кольца относительно корпуса, перекос и смещение оси вкладыша относительно корпуса с неравномерным обжатием кольца по периметру между корпусом и вкладышем;

- при поперечном сечении компенсационного кольца, выполненном с превышением площади поперечного сечения замкнутой полости, образованной внутренней кольцевой проточкой корпуса и наружной наклонной опорной поверхностью вкладыша, несоосное положение и избыточный материал компенсационного кольца не позволит равномерно без перекоса вкладыша сомкнуться опорным поверхностям корпуса и вкладыша, из-за избыточного материала компенсационного кольца, выдавливаемого за пределы полости кольцевой проточки в смыкаемую область между вкладышем и корпусом. При этом возможно разрушение части избыточного материала кольца, сдавленного в данной области.

Приведенные недостатки снижают эффективность применения компенсатора в следствии перекоса и нарушения соосности расположения компенсационного кольца и вкладыша относительно внутренней полости корпуса. Перекос вкладыша или разрушение кольца способствуют снижению функциональных свойств (угла качания) шарнира, росту износа вкладыша и осевого зазора, то есть появлению люфта и ухудшению условий рулевого управления автомобилем.

Задачей полезной модели является создание шарового шарнира, в котором были бы предусмотрены конструктивные меры по повышению эффективности применения компенсатора, обеспечивающие равномерное обжатие по периметру компенсационного кольца, соосность положения автокомпонентов и исключение вероятности их повреждения при сборке.

Технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что предложен шаровой шарнир рулевого управления, содержащий цельноштампованный корпус, выполненный заодно с цилиндрическим хвостовиком, имеющим наружную резьбу, установленный соосно в полость корпуса вкладыш и компенсатор в виде компенсационного резинового кольца из достаточно жесткого и упругого материала, сжатого между корпусом и вкладышем, выполненным из полимерного композиционного материала, характеризующимся хорошим сопротивлением износу и высоким антифрикционным свойством, охватывающим наружную поверхность шаровой головки пальца, выполненного со стержнем, с расположенными на стержневой части пальца резьбой, многогранным элементом, элементом для крепления защитного чехла, при этом:

- компенсационное кольцо в исходном, не деформированном состоянии выполнено с поперечным сечением в форме равнобедренного треугольника, сопряженного большим основанием с сектором окружности радиусом R, а места сопряжения и вершина треугольника выполнены скругленными, причем вершина треугольной части поперечного сечения выполнена в направлении к оси кольца;

Описанное техническое решение позволяет добиться наибольшего эффекта компенсации износа автокомпонентов шарнира за счет равномерного обжатия по периметру компенсационного кольца, обеспечения соосности положения автокомпонентов и исключения вероятности их повреждения при сборке.

Среди признаков, характеризующих предложенный шаровой шарнир, существенными являются:

- площадь поперечного сечения компенсационного кольца не превышает площадь поперечного сечения кольцевой полости, выполненной в корпусе шарового шарнира в области расположения компенсационного кольца;

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, описывающими конкретный способ реализации приведенной выше сущности полезной модели на примере шарнира внутреннего наконечника тяги рулевой трапеции реечного рулевого механизма, где на фиг. 1 показан общий вид (разрез) шарнира, на фиг. 2 - выносной элемент А фиг. 1 в начальный период обжатия корпуса; на фиг. 3 - выносной элемент Б фиг. 1; на фиг. 4 - компенсационное кольцо (разрез), на фиг. 5 - выносной элемент В фиг. 4. В данном случае шаровой шарнир (фиг. 1) содержит:

- цельноштампованный корпус 1, выполненный заодно с цилиндрическим хвостовиком, имеющим наружную резьбу 2 для зацепления с ответной внутренней резьбой в полой или частично полой рейке рулевого механизма, или же не имеющий наружной резьбы и обеспечивающий крепление корпуса шарнира к рейке рулевого механизма любым другим известным способом (сварка, посредством соединения с натягом или шпоночного соединения, с помощью фиксирующего штифта и т.п.);

- установленный в корпус палец 3 с шаровой головкой 4 и стержневой частью 5, содержащей резьбой участок, многогранный элемент, элемент для крепления защитного чехла;

- размещенный на шаровой головке 4 пальца 3 вкладыш 6;

- обжатое к кольцевой канавке корпуса 1 компенсационное кольцо 7;

- защитный чехол (не показан), устанавливаемый с помощью хомутов на стержень пальца 3 и на корпус рулевого механизма (не показан).

При сборке шарового шарнира в пространство между шаровой головкой пальца и внутренней сферической поверхностью вкладыша закладывается смазка.

Предложенное техническое решение работает следующим образом. При сборке шарового шарнира (фиг. 1, фиг. 2) в корпус 1 задают последовательно компенсационное кольцо 7 и вкладыш 6 с предварительно собранными во вкладыше 6 смазкой (не показана) и шаровой головкой 4 пальца 3, затем стенки корпуса 1 со стороны выхода пальца шарового 3 обжимают на вкладыше 6 и шаровой головке 4 пальца 3 до получения требуемого момента сопротивления качанию и вращению пальца 3 относительно корпуса шарнира 1.

Компенсационное кольцо (фиг. 4) в исходном, не деформированном состоянии выполнено с поперечным сечением в форме равнобедренного треугольника, сопряженного большим основанием с сектором окружности радиусом R (фиг. 5). Учитывая что контактные плоскости в области 8 кольца компенсационного 7 (в исходном состоянии) и вкладыша 6 выполнены под одним углом к оси кольца и вкладыша (фиг. 2), в данном случае по 45°, а площадь контакта компенсационного кольца 7 с вкладышем 6, в начальный момент сборки, намного превышает площадь контакта кольца компенсационного 7 с кольцевой полостью корпуса 1, заданная исходная форма кольца компенсационного 7 объектно-ориентирует его на вкладыше 6 в кольцевой полости корпуса 1 и в дальнейшем (фиг. 3) удерживает без перекосов при сжатии кольца 7 в полости корпуса 1 до максимального контакта поверхностей вкладыша 6 и корпуса 1 в контактной области 9.

Компенсационное кольцо 7 по высоте в осевом направлении в области контакта 8 с вкладышем 6 (фиг. 2) выполнено с превышением высоты той же самой области, оставшейся после сборки шарнира (фиг. 3). При обжатии стенок корпуса 1 на вкладыш 6 вместе с пальцем 3 (фиг. 2) передается нагрузка, осевая составляющая которой Р смещает вкладыш 6 с пальцем 3 до упора посадочных плоскостей корпуса 1 и вкладыша 6 (фиг. 3) в контактной области 9, сжимая по высоте кольцо компенсационное 7. За счет обжатия стенок корпуса и сжатия комплектующих шарового шарнира (фиг. 3) в кольце компенсационном 7 и между другими компонентами шарнира 1, 4, 6 формируют напряжение, обеспечивающее удаление осевых зазоров и появление моментов сопротивления качанию и вращению пальца шарового 3 относительно корпуса 1 (фиг. 1). При этом, сферическая головка 4 пальца шарового 3, вкладыш 6, компенсационное кольцо 7, по окончании процесса сборки, за счет обжатия вкладыша 6 на сферической головке 4 пальца 3 деформированными стенками корпуса 1 и конфигурации контактных поверхностей 8, 9 и 10 (фиг. 1, фиг. 3) принимают фиксированное соосное положение с внутренней полостью корпуса 1 шарового шарнира (фиг. 1).

Компенсационное кольцо 7 выполнено с площадью поперечного сечения меньшим чем площадь поперечного сечения кольцевой полости корпуса 1, поэтому при полном обжатии кольца компенсационного 7 отсутствует избыточный материал, который мог бы быть выдавлен за пределы кольцевой полости корпуса 1 шарнира (фиг. 3) в контактную область между поверхностями корпуса 1 и вкладыша 6. Для обеспечения технологичности сборки симметричная внутренняя концевая часть компенсационного кольца (фиг. 4, фиг. 5), выполнена в форме равнобедренного треугольника, а наружный диаметр не превышает внутренний диаметр внутренней полости корпуса шарнира 1.

Предлагаемое компенсационное кольцо и описанные ранее ограничения формы его поперечного сечения в исходном, не деформированном, состоянии позволяют обеспечить равномерную посадку и центровку кольца относительно вкладыша и корпуса 1 шарнира и соответственно равномерное обжатие кольца при сборке, и соответственно меньший локальный износ вкладыша и равномерную компенсацию износу в процессе эксплуатации шарнира.

Шаровой шарнир с компенсационным кольцом (фиг. 1) работает следующим образом. В рулевом механизме к обоим концам полой или частично полой рейки разъемно крепятся два предлагаемых шаровых шарнира любым из известных способов. В процессе эксплуатации управление автомобилем через руль передается на рейку рулевого механизма. Рейка совершает возвратно-поступательные движения вдоль своей оси, а палец шарового шарнира 3, прикрепленный разъемно к наружному наконечнику рулевой тяги (не показан), кинематически связанным через другие узлы рулевого механизма с колесом, поворачивается и качается в корпусе шарнира. Нагрузки, передаваемые через палец 3, вкладыш 6, корпус шарнира 1 и движение сферической головки 4 пальца шарового 3 относительно вкладыша 6 и корпуса 1 приводят в процессе эксплуатации шарнира к износу внутренней поверхности вкладыша 6, контактируемой со сферической головкой 4 пальца шарового 3. По мере износа вкладыша 6 (условного появления зазоров между компонентами шарнира), снижается контактное давление между сферической головкой 4 пальца шарового 3, вкладышем 6 и корпусом 1. Возникает дисбаланс межу внешним давлением на компенсационное кольцо 7 со стороны вкладыша 6, корпуса 1 и внутренним напряжением материала кольца 7, сформированным после сборки при сжатии кольца 7 внутри кольцевой полости корпуса 1. Поперечное сечение компенсационного кольца 7 расправляется пока внутренне напряжения материала кольца не уравновесит уровень внешнего давления со стороны других автокомпонентов. Изменение формы поперечного сечения сжатого кольца компенсационного 7, по мере износа вкладыша 6 и снижения внешнего давления на кольцо со стороны других автокомпонентов 6 и 1, постепенно восстанавливает исходную форму его поперечного сечения. При этом, изменение (восстановление) формы поперечного сечения кольца компенсационного 7 приводит к смещению вкладыша 9 с пальцем 4 внутри корпуса 1 до тех пор, пока не сравняет напряжения между контактирующими компонентами шарнира с устранением зазоров. Таким образом, кольцо компенсационное 7 обеспечивает постоянную компенсацию износу вкладыша 6, появляющегося в процессе эксплуатации шарнира, путем смещения вкладыша 6, обеспечивая при этом обжатие сферической головки пальца упругими элементами вкладыша все дополнительное (в сравнении с шарниром без компенсатора) время эксплуатации, пока накопленное материалом кольца 7 напряжение, в процессе его сжатия при сборке, сможет обеспечивать наличие требуемых моментов сопротивления качанию и вращению пальца 3 относительно корпуса 1.

Данную конструкцию шарового шарнира можно применять в виде внутренних шарниров боковых тяг рулевого управлении автотранспортных средств различного назначения. Предлагаемая конструкция повышает надежность и долговечность работы шарнира, рулевого механизма в целом, способствует повышению надежности рулевого управления автомобилем и безопасности вождения.

Claims

1. Шаровой шарнир, содержащий цельноштампованный корпус, выполненный заодно с цилиндрическим хвостовиком, имеющим наружную резьбу, установленный соосно в полость корпуса вкладыш и компенсатор в виде компенсационного резинового кольца из достаточно жесткого и упругого материала, сжатого между корпусом и вкладышем, выполненным из полимерного композиционного материала, характеризующимся хорошим сопротивлением износу и высоким антифрикционным свойством, охватывающим наружную поверхность шаровой головки пальца, выполненного со стержнем, с расположенными на стержневой части пальца резьбой, многогранным элементом, элементом для крепления защитного чехла, отличающийся тем, что компенсационное кольцо в исходном, не деформированном состоянии выполнено с поперечным сечением в форме равнобедренного треугольника, сопряженного большим основанием с сектором окружности радиусом R, а места сопряжения и вершина треугольника выполнены скругленными, причем вершина треугольной части поперечного сечения выполнена в направлении к оси кольца, при этом площадь поперечного сечения компенсационного кольца не превышает площадь поперечного сечения кольцевой полости, выполненной в корпусе шарового шарнира в области расположения компенсационного кольца, которая при замыкании контура полости наружной поверхностью вкладыша совместно с вкладышем обжимают компенсационное кольцо, придавая контуру поверхности сечения компенсационного кольца форму треугольника со скругленными вершинами и большим основанием со стороны контакта с вкладышем.

2. Шаровой шарнир по п. 1, отличающийся тем, что компенсационное кольцо в исходном, не деформированном состоянии выполнено с углом между осью кольца и одной из боковых сторон треугольной части поперечного сечения α, равным углу между осью и образующей наружной контактной с компенсационным кольцом поверхностью вкладыша.