RU207172U1

RU207172U1 - Swivel joint

Info

Publication number: RU207172U1
Application number: RU2021117802U
Authority: RU
Inventors: Евгений Анатольевич Памфилов; Владимир Васильевич Капустин
Priority date: 2021-06-16
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2021-10-15

Abstract

Полезная модель относится к конструкциям манипуляторов технологических машин, в частности, к их шарнирным соединениям, и может быть использована в подъемно-транспортной, лесозаготовительной, строительной и других отраслях. Шарнирное соединение содержит запрессованные в один из неподвижных элементов манипулятора подшипники скольжения и зафиксированный относительно другого элемента манипулятора шарнирный палец, при этом неподвижность соединения достигается посредством использования конических резьбовых посадок между пальцем и вкладышами. В теле пальца выполняется внутренняя полость, заполняемая легкоплавким термоаккумулирующим материалом, соединенная с рабочей зоной формируемого подшипника скольжения теплоотводящими элементами, при этом теплоотводящие элементы имеют коническую форму с конусностью 0,5-1,5° и диаметром 2-4 мм и размещаются в конических радиальных отверстиях, выполненных в пустотелой зоне пальца методом запрессовки на глубину, равную радиусу пальца таким образом, чтобы на рабочей поверхности пальца оставалась выступающая часть высотой 0,4-0,6 мм, при этом теплоотводящие элементы располагают по винтовой линии с шагом 8-10 мм и расстоянием между соседними отверстиями окружности наружного диаметра пальца 15-20 мм, после чего наружную поверхность пальца подвергают поверхностной деформирующей обработке для переформирования структуры материала выступающих частей теплоотводящих элементов и образования над фрикционной поверхностью шарнирного пальца выступающих макронеровностей высотой 0,05-0,08 мм, с последующей приработкой пальца совместно с вкладышами подшипника скольжения для создания аморфного антифрикционного промежуточного слоя толщиной 5-10 мкм.The utility model relates to the structures of manipulators of technological machines, in particular, to their articulated joints, and can be used in hoisting-and-transport, logging, construction and other industries. The articulated connection contains sliding bearings pressed into one of the stationary elements of the manipulator and a hinge pin fixed relative to the other element of the manipulator, while the immobility of the connection is achieved through the use of tapered threaded landings between the pin and bushings. In the body of the finger, an internal cavity is made, filled with a low-melting thermal storage material, connected to the working area of the formed sliding bearing by heat-removing elements, while the heat-removing elements have a conical shape with a taper of 0.5-1.5 ° and a diameter of 2-4 mm and are placed in conical radial holes made in the hollow zone of the finger by pressing to a depth equal to the radius of the finger so that a protruding part with a height of 0.4-0.6 mm remains on the working surface of the finger, while the heat-dissipating elements are placed along a helical line with a pitch of 8-10 mm and the distance between adjacent holes of the circumference of the outer diameter of the pin is 15-20 mm, after which the outer surface of the pin is subjected to surface deforming treatment to reshape the material structure of the protruding parts of the heat sink elements and form protruding macroroughnesses with a height of 0.05-0.08 mm above the friction surface of the hinge pin, followed by running-in a finger together with plain bearing shells to create an amorphous antifriction intermediate layer with a thickness of 5-10 microns.

Description

Полезная модель относится к конструкциям манипуляторов технологических машин, в частности, к их шарнирным соединениям, и может быть использована в подъемно- транспортной, лесозаготовительной, строительной, и других отраслях.The utility model relates to the structures of manipulators of technological machines, in particular, to their articulated joints, and can be used in lifting and transport, logging, construction, and other industries.

Известно шарнирное соединение, содержащее две проушины охватывающую и охватываемую, две антифрикционные втулки с внутренними и наружными рабочими поверхностями, четыре блока пружинных полуколец, составляющих пружинные шайбы, распорную втулку, втулку с внутренней рабочей поверхностью и палец. Антифрикционные втулки выполнены с возможностью поворота как относительно втулки, так и относительно пальца. Два блока с разносторонним направлением образующей цилиндрической спирали крепятся к торцевым сторонам распорной втулки, установленной с натягом во втулке, и два блока с разносторонним направлением образующей цилиндрической спирали крепятся к внутренним сторонам охватывающей проушины. На втулках с торцевых сторон выполнены канавки, имеющие вид храповых зубьев, и по направлению ответны направлению свободных концов полуколец блоков, составляющих пружинные шайбы с возможностью их заклинивания. В конструкции шарнирного соединения реверсивное трение преобразуется в прерывистое вращательное посредством механизмов блокировки, состоящих из блоков, включающих пружинные шайбы, и канавок, выполненных в виде храповых зубьев на торцах втулок (патент RU, №2242644, КМП F16C 11/00.).Known hinge connection, containing two lugs female and male, two antifriction bushings with inner and outer working surfaces, four blocks of spring half-rings that make up spring washers, a spacer sleeve, a sleeve with an inner working surface and a pin. The anti-friction bushings are rotatable both relative to the bushing and relative to the pin. Two blocks with a versatile direction of the generatrix of the cylindrical spiral are attached to the end sides of the spacer sleeve installed with an interference fit in the bushing, and two blocks with a versatile direction of the generatrix of the cylindrical spiral are attached to the inner sides of the female lugs. On the end faces of the bushings, grooves are made in the form of ratchet teeth, and in the direction they correspond to the direction of the free ends of the half rings of the blocks that make up the spring washers with the possibility of their jamming. In the design of the pivot joint, the reversible friction is converted into intermittent rotational friction by means of locking mechanisms consisting of blocks including spring washers and grooves made in the form of ratchet teeth on the ends of the bushings (RU patent No. 2242644, KMP F16C 11/00.).

Известное шарнирное соединение также имеет повышенную сложность конструктивного исполнения и обладает недостаточной износостойкостью, надежностью и долговечностью.The known hinge joint also has an increased structural complexity and lacks wear resistance, reliability and durability.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является шарнирное соединение элементов манипулятора, содержащее запрессованные в один из неподвижных элементов манипулятора, подшипники скольжения и зафиксированную относительно другого элемента манипулятора цилиндрическую ось, 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 вкладышами (патент RU, №2742669, КМП B25J 17/00, F16C 11/04.).The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is the articulated connection of the manipulator elements containing sliding bearings pressed into one of the stationary elements of the manipulator and a cylindrical axis fixed relative to another element of the manipulator, characterized in that the axle is fixed in the lugs of one of the manipulator links through intermediate liners with increased radial compliance, while the immobility of the connection is achieved by using a tapered threaded fit between the axle and the liners (patent RU, No. 2742669, KMP B25J 17/00, F16C 11/04.).

Однако известное шарнирное соединение имеет сложность с обеспечением осевого взаимного позиционирования неподвижных элементов шарнирного соединения, а также недостаточные тепловые показатели вследствие возможного перегрева подвижного подшипникового узла соединения.However, the known hinge joint has a difficulty in providing axial mutual positioning of the stationary elements of the hinge joint, as well as insufficient thermal performance due to possible overheating of the movable bearing joint assembly.

Технической задачей полезной модели является повышение износостойкости и тепловых характеристик предложенного шарнирного соединения. Эта задача решается за счет рационального размещения теплопоглощающего легкоплавкого материала во внутренней полости шарнирного пальца и обеспечения повышенного отвода тепловой энергии, а также путем создания аморфизирующего антифрикционного слояThe technical task of the utility model is to increase the wear resistance and thermal characteristics of the proposed hinge joint. This problem is solved due to the rational placement of heat-absorbing low-melting material in the inner cavity of the hinge pin and ensuring increased heat energy dissipation, as well as by creating an amorphous antifriction layer

В результате обеспечивается следующий технический результат - повышение износостойкости за счет оптимизации тепловых характеристик шарнирного соединения путем повышенного теплоотвода через теплоотводящие элементы и стабилизация, тем самым, теплового режима на контактных поверхностях узлов трения шарнирного соединения, а также аккумуляции ее в легкоплавком материале, находящегося с теле шарнирного пальца.As a result, the following technical result is provided - an increase in wear resistance by optimizing the thermal characteristics of the hinge joint by means of increased heat removal through the heat-removing elements and thus stabilizing the thermal regime on the contact surfaces of the friction units of the hinge joint, as well as its accumulation in a low-melting material located with the body of the hinge joint. finger.

Поставленная цель достигается тем, что шарнирное соединение, содержащее запрессованные в один из неподвижных элементов манипулятора подшипники скольжения и зафиксированный относительно другого элемента манипулятора шарнирный палец, при этом неподвижность соединения достигается посредством использования конических резьбовых посадок между пальцем и вкладышами, при этом в теле пальца выполнена внутренняя полость, заполняемая легкоплавким термоаккумулирующим материалом, соединенная с рабочей зоной формируемого подшипника скольжения теплоотводящими элементами, изготавливаемыми из материала, обладающего высокой теплопроводностью. Теплоотводящие элементы имеют коническую форму с конусностью 0,5-1,5° и диаметром 2-4 мм и размещаются в конических радиальных отверстиях, выполненных в пустотелой зоне пальца методом запрессовки на глубину, примерно равную радиусу пальца таким образом, чтобы на рабочей поверхности пальца оставалась выступающая часть высотой 0,4-0,6 мм. При этом теплоотводящие элементы располагают по винтовой линии с шагом 8-10 мм и расстоянием между соседними отверстиями окружности по наружному диаметру пальца, равном 15-20 мм. После формирования конструкции шарнирного пальца его наружную поверхность подвергают поверхностной деформирующей обработке для переформирования структуры материала выступающих частей теплоотводящих элементов, и образования над фрикционной поверхностью шарнирного пальца выступающих макронеровностей высотой 0,05-0,08 мм, с последующей приработкой пальца совместно с вкладышами подшипника скольжения для создания аморфного антифрикционного промежуточного слоя толщиной 5-10 мкм.This goal is achieved by the fact that the hinge joint containing the sliding bearings pressed into one of the stationary elements of the manipulator and the hinge pin fixed relative to the other element of the manipulator, while the immobility of the connection is achieved through the use of tapered threaded landings between the pin and the liners, while the body of the pin is made of an internal a cavity filled with a low-melting thermal storage material, connected to the working area of the sliding bearing being formed by heat-removing elements made of a material with high thermal conductivity. Heat dissipating elements have a conical shape with a taper of 0.5-1.5 ° and a diameter of 2-4 mm and are placed in conical radial holes made in the hollow zone of the pin by pressing to a depth approximately equal to the radius of the pin so that on the working surface of the pin there remained a protruding part with a height of 0.4-0.6 mm. In this case, the heat-dissipating elements are arranged along a helical line with a pitch of 8-10 mm and a distance between adjacent holes of the circle along the outer diameter of the pin equal to 15-20 mm. After the formation of the structure of the hinge pin, its outer surface is subjected to surface deforming treatment to reshape the material structure of the protruding parts of the heat sink elements, and the formation of protruding macro-irregularities with a height of 0.05-0.08 mm above the friction surface of the hinge pin, followed by running in the pin together with the plain bearing liners for creating an amorphous antifriction intermediate layer with a thickness of 5-10 microns.

Благодаря такой конструкции повышается износостойкость соединения и обеспечивается достаточный теплоотвод и стабилизация температурного режима работа узла.Thanks to this design, the wear resistance of the connection increases and sufficient heat dissipation and stabilization of the temperature regime of the unit operation are ensured.

На фиг. 1 изображена конструкция шарнирного соединения, на фиг. 2 изображен шарнирный палец с теплоотводящими элементами, на фиг. 3 изображен шарнирный палец с аморфизирующим слоем.FIG. 1 shows the structure of the swivel joint, FIG. 2 shows a hinge pin with heat dissipating elements, FIG. 3 shows a hinge pin with an amorphous layer.

Шарнирное соединение состоит из шарнирного пальца 1 с коническими радиальными отверстиями, выполненными по винтовой линии в пустотелой зоне пальца, проушин 2 и 3 смежных элементов манипулятора, 4 вкладыши с внутренней конической резьбой, 5 вкладыши подшипников скольжения, 6 демпфирующий элемент, 7 распорная втулка, 8 болт, 9 теплоотводящие элементы, 10 легкоплавкий материал.The pivot joint consists of a pivot pin 1 with tapered radial holes made along a helical line in the hollow area of the pin, lugs 2 and 3 of adjacent manipulator elements, 4 liners with an internal tapered thread, 5 plain bearing shells, 6 a damping element, 7 a spacer sleeve, 8 bolt, 9 heat sinks, 10 fusible material.

Для сборки шарнирного соединения формируем шарнирный палец 1. Для снижения температуры на контактных поверхностях узлов трения и не допущении их перегрева в теле шарнирного пальца 1 выполнена внутренняя пустотелая полость, заполняемая легкоплавким термоаккумулирующим материалом 10. Это позволяет в определенной степени перенаправить тепловые потоки в область шарнирного пальца 1 и уменьшить тепловую нагрузку на материал вкладыша подшипника скольжения 5. В теле шарнирного пальца 1 выполняются конические радиальные отверстия, расположенные по винтовой линии в пустотелой зоне пальца 1, которая соединена с рабочей зоной подшипников скольжения 5 теплоотводящими элементами 9, изготавливаемых из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например, сплавы на основе меди.To assemble the hinge joint, we form a hinge pin 1. To reduce the temperature on the contact surfaces of the friction units and prevent them from overheating, an internal hollow cavity is made in the body of the hinge pin 1, which is filled with a low-melting thermal storage material 10. This allows, to a certain extent, to redirect heat fluxes to the area of the hinge pin 1 and reduce the thermal load on the material of the sleeve of the plain bearing 5. In the body of the pivot pin 1, tapered radial holes are made, located along a helical line in the hollow area of the pin 1, which is connected to the working area of the plain bearings 5 by heat dissipating elements 9 made of a material having a high thermal conductivity, for example, copper-based alloys.

Теплоотводящие элементы 9 имеют коническую форму с конусностью 0,5-1,5° и диаметром 2-4 мм и размещены в конических радиальных отверстиях, выполненных в пустотелой зоне пальца 1, например, методом запрессовки на глубину, примерно равную радиусу пальца таким образом, чтобы на рабочей поверхности пальца оставалась выступающая часть высотой 0,4-0,6 мм (фиг. 2).The heat-removing elements 9 have a conical shape with a taper of 0.5-1.5 ° and a diameter of 2-4 mm and are placed in conical radial holes made in the hollow zone of the pin 1, for example, by pressing to a depth approximately equal to the radius of the pin, thus so that a protruding part with a height of 0.4-0.6 mm remains on the working surface of the finger (Fig. 2).

При этом теплоотводящие элементы 9 располагают по винтовой линии с шагом 8-10 мм и расстоянием между соседними отверстиями окружности наружного диаметра пальца 15-20 мм.In this case, the heat-dissipating elements 9 are arranged along a helical line with a pitch of 8-10 mm and the distance between adjacent holes of the circumference of the outer diameter of the pin is 15-20 mm.

После формирования конструкции шарнирного пальца 1 его наружную поверхность подвергают поверхностной деформирующей обработке для переформирования структуры материала выступающих частей теплоотводящих элементов 9 и образования над фрикционной поверхностью шарнирного пальца выступающих макронеровностей 11 (фиг. 3) высотой 0,05-0,08 мм.After the structure of the hinge pin 1 is formed, its outer surface is subjected to surface deforming treatment to reshape the material structure of the protruding parts of the heat sink elements 9 and form protruding macroroughnesses 11 (Fig. 3) with a height of 0.05-0.08 mm above the friction surface of the hinge pin.

Для создания аморфного антифрикционного промежуточного слоя толщиной 5-10 мкм шарнирный палец 1 подвергают приработке совместно с вкладышами подшипников скольжения 5, что позволяет повысить износостойкость узлов трения шарнирного соединения.To create an amorphous antifriction intermediate layer with a thickness of 5-10 microns, the pivot pin 1 is subjected to running-in together with the liners of the sliding bearings 5, which makes it possible to increase the wear resistance of the friction units of the pivot joint.

Температуру плавления легкоплавкого термоаккумулирующего материала 10, при заполнении им внутренней полости шарнирного пальца 1, следует задавать ниже температуры плавления материала вкладыша, При этом следует подбирать легкоплавкие материал с температурой плавления ниже 90°С, желательно эвтектические сплавы, например, сплав содержащий висмут 33,7% индий 65,3% (Тпл = 72°С) или висмут 49,5%, свинец 27,27%, олово 13,13%, кадмий 10,1% (Тпл = 70°С).The melting point of low-melting thermal storage material 10, when filling the inner cavity of the hinge pin 1 with it, should be set below the melting point of the insert material.In this case, low-melting material with a melting point below 90 ° C should be selected, preferably eutectic alloys, for example, an alloy containing bismuth 33.7 % indium 65.3% (Tm = 72 ° C) or bismuth 49.5%, lead 27.27%, tin 13.13%, cadmium 10.1% (Tm = 70 ° C).

Шарнирный палец 1 с аморфизирующим слоем и легкоплавким материалом 10, расположенным в пустотелой зоне пальца, фиксируется в проушинах 2 одного из элементов манипулятора коническим резьбовым соединением с за счет вкладышей 4, выполненных с внутренней конической резьбой и вращается относительно другого смежного элемента манипулятора 3 посредством вкладышей подшипников скольжения 5.The pivot pin 1 with an amorphizing layer and low-melting material 10, located in the hollow zone of the pin, is fixed in the lugs 2 of one of the manipulator elements with a tapered threaded connection due to liners 4 made with an internal tapered thread and rotates relative to another adjacent element of the manipulator 3 by means of bearing liners slip 5.

Claims

A pivot joint containing sliding bearings pressed into one of the stationary elements of the manipulator and a hinge pin fixed relative to the other element of the manipulator, while the immobility of the connection is achieved through the use of tapered threaded landings between the pin and bushings, characterized in that an internal cavity is made in the body of the finger, which is filled with a low-melting point thermal storage material, connected to the working area of the formed sliding bearing by heat-dissipating elements, while the heat-dissipating elements have a conical shape with a taper of 0.5-1.5 ° and a diameter of 2-4 mm and are placed in conical radial holes made in the hollow zone of the pin by pressing to a depth equal to the radius of the finger so that a protruding part with a height of 0.4-0.6 mm remains on the working surface of the finger, while the heat-dissipating elements are placed along a helical line with a pitch of 8-10 mm and the distance between adjacent holes is approx The outer diameter of the pin is 15-20 mm, after which the outer surface of the pin is subjected to surface deforming treatment to reshape the material structure of the protruding parts of the heat-removing elements and the formation of protruding macro-irregularities with a height of 0.05-0.08 mm above the friction surface of the hinge pin, with subsequent running-in of the pin together with plain bearing shells to create an amorphous antifriction intermediate layer with a thickness of 5-10 microns.