RU225708U1 - Шаровой шарнир - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а именно к шаровым шарнирам, и может быть использована в конструкциях подвесок и рулевого управления транспортных средств различного назначения. Шаровой шарнир, включающий корпус, в который с нижней стороны запрессован шаровой палец с вкладышем, к нижней части корпуса посредством прижатия пружинным кольцом присоединен защитный чехол, который дополнительно присоединен к средней части шарового пальца посредством прижатия уплотнительным кольцом, к нижнему контуру вкладыша смонтировано кольцо шарнира, в стенках вкладыша выполнены радиальные прорези, отличающийся тем, что наружная поверхность вкладыша образована совокупностью поверхностей трех сопряженных усеченных конусов, при этом меньший диаметр верхнего конуса сопряжен с большим диаметром среднего конуса, меньший диаметр среднего конуса сопряжен с большим диаметром нижнего конуса, а радиальные прорези выполнены проходящими через верхний конус и частично через средний конус. Достигается повышение надежности шарового шарнира. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а именно к шаровым шарнирам, и может быть использована в конструкциях подвесок и рулевого управления транспортных средств различного назначения [МПК F16C11/06].

Из уровня техники известен ШАРОВОЙ ШАРНИР [RU2440517, опубл. 20.01.2012], характеризующийся тем, что внутренняя поверхность вкладыша шарового шарнира выполнена в виде двух сопряженных через переходной элемент полусфер, первая внутренняя сферическая поверхность со стороны торца вкладыша соответствует сферической поверхности головки шарового пальца R_cферы и сопряжена с внутренней поверхностью элемента через фаску или галтель со скругленными углами, а вторая сферическая внутренняя поверхность контура упругих элементов, в исходном состоянии, без установленной во вкладыш головки выполнена с радиусом R2, выбранным от 0,9 до 1,1 R_сферы; внутренняя поверхность элемента эквидистантна наружной поверхности вкладыша с конструктивным образованием горизонтальной смазочной канавки; центр радиуса внутренней поверхности контура элементов выполнен со смещением таким образом, что внутренняя сферическая поверхность упругих элементов с радиусом R2 в ненагруженном состоянии пересекает и углубляется в условную головку R_сферы, при этом в состоянии после сборки внутренняя поверхность элементов соответствует форме головки R_сферы, а наружная поверхность элементов соответствует форме полости корпуса шарнира R_сферы; на внутренней поверхности вкладыша выполнены меридиональные смазочные канавки, переходящие в радиальные прорези боковой поверхности и в осевые прорези торцевой поверхности.

Недостатком аналога является отсутствие кольца шарнира, что влечет снижение надежности крепления между головкой шарового пальца и вкладышем и, таким образом, снижает общую надежность шарового шарнира.

Также известна ШАРОВАЯ ОПОРА [RU67204, опубл. 10.10.2007], содержащая монолитный корпус с утолщенными стенками, шаровой палец со сферической головкой, размещенный в гнезде корпуса, упругопластичный вкладыш, охватывающий сферическую головку пальца и представляющий собой усеченную оболочку с внутренней сферической поверхностью и наружной сферической, переходящей в цилиндрическую и усеченную коническую поверхностями, с цилиндрической бобышкой и сквозным отверстием в торце, отличающаяся тем, что вкладыш снабжен расположенными на наружной конической, прилегающей к торцу поверхности меридианальными ребрами, а внутренняя поверхность корпуса представляет соединение цилиндрической и усеченной конической поверхностей с углублением в торце, ответным цилиндрической бобышке вкладыша; шаровая опора имеет на торце наружной поверхности корпуса цилиндрическую бобышку, а вертикальная ось цилиндрической бобышки вкладыша смещена относительно вертикальной оси шаровой опоры.

Недостатком аналога является отсутствие уплотнительного кольца, что потенциально способно привести к нештатной разгерметизации уплотнительного соединения между шаровым пальцем и чехлом и значительному снижению ресурса шарового шарнира, уплотнительное кольцо, а также отсутствие кольца шарнира, что влечет снижение надежности крепления между головкой шарового пальца и вкладышем и, таким образом, в совокупности снижает общую надежность шарового шарнира.

Наиболее близким по технической сущности является ШАРОВОЙ ШАРНИР [RU2475652, опубл. 20.02.2013], содержащий цельноштампованный корпус, шаровой палец, вкладыш и стопорный элемент, фиксирующий вкладыш с пальцем в полости корпуса в заданном положении; наружная поверхность вкладыша выполнена в форме цилиндра диаметром d, эквидистантного внутренней поверхности цилиндрической полости корпуса, сопряженного с большим диаметром усеченного конуса, эквидистантного внутренней поверхности полости корпуса, с одной стороны и меньшим диаметром усеченного конуса, не эквидистантного внутренней поверхности полости корпуса, с другой стороны; часть цилиндрической поверхности и сопряженная по меньшему диаметру коническая поверхность вкладыша, образующие контур боковых упругих элементов, выполнены с радиальными прорезями, вытянутыми в меридиональном направлении; внутренняя поверхность вкладыша выполнена в виде двух сопряженных полусфер со смазочными канавками, вытянутыми в меридиональном направлении от прорезей до центрального углубления, расположенного на полюсе торцевой части вкладыша; первая внутренняя сферическая поверхность со стороны торца вкладыша соответствует сферической поверхности головки шарового пальца R_сферы, а другая сферическая внутренняя поверхность контура элементов, в исходном состоянии, до размещения во вкладыше сферической головки выполнена с радиусом образующей R1, выбранным от 0,9 до 1,1 R_сферы; в донной конусной части полости корпуса шарнира выполнено углубление, при этом между углублением полости корпуса шарнира и частью вкладыша выполнен зазор.

Основной технической проблемой прототипа является наличие цилиндрической наружной поверхности вкладыша и экваториальной канавки, что не позволяет создать при запрессовке пальца с надетым на него вкладышем в корпус равномерно распределённые обжимающие сферу пальца напряжения и не позволяет компенсировать неточности изготовления деталей и, таким образом, снижает надежность шарового шарнира, также неравномерное распределение напряжений при сборке шарнира может привести к поломке вкладыша при сборке. Кроме того, наличие цилиндрической наружной поверхности вкладыша значительно усложняет его снятие (выемку) из литьевой формы во время изготовления и с большой вероятностью приведет к деформации вкладыша в процессе выемки.

Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом полезной модели является повышение надежности шарового шарнира.

Указанный технический результат достигается за счет того, что шаровой шарнир, включающий корпус, в который с нижней стороны запрессован шаровой палец с вкладышем, к нижней части корпуса посредством прижатия пружинным кольцом присоединен защитный чехол, который дополнительно присоединен к средней части шарового пальца посредством прижатия уплотнительным кольцом, к нижнему контуру вкладыша смонтировано кольцо шарнира, в стенках вкладыша выполнены радиальные прорези, отличающийся тем, что наружная поверхность вкладыша образована совокупностью поверхностей трех сопряженных усеченных конусов, при этом меньший диаметр верхнего конуса сопряжен с большим диаметром среднего конуса, меньший диаметр среднего конуса сопряжен с большим диаметром нижнего конуса, а радиальные прорези выполнены проходящими через верхний конус и частично через средний конус.

В частности, угол наклона относительно вертикали поверхности верхнего конуса составляет до 30°, среднего конуса от 5° до 60°, нижнего конуса от 5° до 80°.

В частности, по внешнему контуру средней части шарового пальца смонтирована кольцевая втулка, выполненная с возможностью предотвращения смещения защитного чехла на шейку шарового пальца.

Краткое описание чертежей.

На Фиг. 1 показан вид сбоку в разрезе шарового шарнира.

На Фиг. 2 показан вид сбоку в разрезе вкладыша шарового шарнира.

На Фиг. 3 показан вид сбоку в разрезе и сверху вкладыша шарового шарнира.

На фигурах обозначено: 1 – корпус шарнира; 2 – шаровой палец; 3 – вкладыш шарнира;
4 – пружинное кольцо защитного чехла; 5 – уплотнительное кольцо; 6 – защитный чехол;
7 – кольцо шарнира; 8 – втулка; 9 – верхний конус; 10 – средний конус; 11 – нижний конус; 12 – радиальные прорези; α – угол отклонения шарнира.

Осуществление полезной модели.

Шаровой шарнир состоит из корпуса шарнира 1 (Фиг. 1), в который с нижней стороны запрессован шаровой палец 2 с вкладышем шарнира 3.

Наружная поверхность вкладыша шарнира 3 образована совокупностью поверхностей трех сопряженных усеченных конусов – верхнего 9, среднего 10 и нижнего 11 (Фиг. 2), при этом меньший диаметр верхнего конуса 9 сопряжен с большим диаметром среднего конуса 10, меньший диаметр среднего конуса 10 сопряжен с большим диаметром нижнего конуса 11, а угол наклона поверхности относительно вертикали верхнего конуса 9 составляет до 30° (в одном из вариантов реализации 30'(минут)), среднего конуса 10 – от 5° до 30° (в одном из вариантов реализации 15°), нижнего конуса 11 – от 5° до 80° (в одном из вариантов реализации 30°).

К нижней части корпуса шарнира 1 посредством прижатия пружинным кольцом защитного чехла 4 и к средней части шарового пальца 2 посредством прижатия уплотнительным кольцом 5 присоединен защитный чехол 6.

К нижнему контуру вкладыша шарнира 3 смонтировано кольцо шарнира 7. В одном из вариантов реализации по внешнему контуру средней части шарового пальца 2 смонтирована кольцевая втулка 8, выполненная с возможностью предотвращения смещения защитного чехла 6 на шейку шарового пальца 2.

В стенках вкладыша шарнира 3 выполнены радиальные прорези 12 (Фиг. 3), проходящие через верхний конус 9 и частично через средний конус 10.

Предлагаемое техническое решение работает следующим образом.

В процессе эксплуатации шарнира под воздействием внешних нагрузок шаровой палец 2 совершает поворотные движения вокруг своей оси, а также качательные движения с отклонением от вертикальной оси на угол, не превышающий значения α.

Смазка, циркулирующая в полости вкладыша шарнира 3 между внутренними его стенками и головкой шарового пальца 2, осуществляет принудительное смазывание трущихся частей шарнира.

Указанный технический результат – повышение надежности шарового шарнира – достигается за счет комплексной совокупности следующих факторов:

наружная поверхность вкладыша образована совокупностью поверхностей трех сопряженных по диаметрам усеченных конусов, что способствует более плавному изменению углов наклона относительно вертикали внешних поверхностей сопряженных усеченных конусов, а значит более равномерному распределению обжимающими сферу шарового пальца напряжения, что в совокупности с отсутствием экваториальной канавки значительно снижает вероятность поломки вкладыша при сборке шарнира и, таким образом, повышает надежность шарнира;

радиальные прорези выполнены проходящими через верхний конус и частично через средний конус, что способствует выводу продуктов износа, возникающих при работе шарнира, из рабочей зоны трения «шаровой палец-вкладыш», что снижает общую нагрузку на шарнир и, таким образом, повышает его надежность;

наружная поверхность вкладыша образована совокупностью поверхностей трех сопряженных по диаметрам усеченных конусов, что упрощает его снятие (выемку) из литьевой формы во время изготовления и, как следствие, исключает деформацию вкладыша в процессе выемки из литьевой формы, таким образом повышая надежность шарнира.

В варианте реализации были экспериментально подобраны углы наклона относительно вертикали поверхностей упомянутых усеченных конусов: верхнего до 30°, среднего от 5° до 60°, нижнего от 5° до 80°.

Практика эксплуатации показала, что при соблюдении указанных диапазонов форма вкладыша в максимальной степени соответствует форме головки шарового пальца, что позволяет достичь оптимального циркулирования смазки и позволяет спрогнозировать распределение напряжения в материале, в то время как при больших или меньших значениях упомянутых углов не удается достичь в той же мере указанных показателей, что в итоге способно повысить общую нагрузку на шарнир и, следовательно, не позволяет достичь заявленного технического результата.

В 2023 г. заявителем были изготовлены экспериментальные образцы шаровых шарниров в соответствии с настоящим описанием, которые были подвергнуты лабораторным и производственным испытаниям в сравнении с находящимися в эксплуатации шаровыми шарнирами, изготовленными в соответствии с описанием прототипа.

Испытания показали, что благодаря реализации вышеуказанных существенных признаков среднее количество выходов из строя по причине упругих деформаций и ударных нагрузок снизилось на 10%, что подтвердило достижение заявленного технического результата.

Приведенные варианты реализации шарового шарнира иллюстрируют, но не ограничивают множество всех возможных вариантов осуществления полезной модели.

Заявленный шаровой шарнир представляет собой изделие, обладающее конструктивным единством и произведенное с соблюдением установленного технологического процесса на предприятии-изготовителе.

Claims (3)

1. Шаровой шарнир, включающий корпус, в который с нижней стороны запрессован шаровой палец с вкладышем, к нижней части корпуса посредством прижатия пружинным кольцом присоединен защитный чехол, который дополнительно присоединен к средней части шарового пальца посредством прижатия уплотнительным кольцом, к нижнему контуру вкладыша смонтировано кольцо шарнира, в стенках вкладыша выполнены радиальные прорези, отличающийся тем, что наружная поверхность вкладыша образована совокупностью поверхностей трех сопряженных усеченных конусов, при этом меньший диаметр верхнего конуса сопряжен с большим диаметром среднего конуса, меньший диаметр среднего конуса сопряжен с большим диаметром нижнего конуса, а радиальные прорези выполнены проходящими через верхний конус и частично через средний конус.

2. Шаровой шарнир по п. 1, отличающийся тем, что угол наклона относительно вертикали поверхности верхнего конуса составляет до 30°, среднего конуса от 5° до 60°, нижнего конуса от 5° до 80°.

3. Шаровой шарнир по п. 1, отличающийся тем, что по внешнему контуру средней части шарового пальца смонтирована кольцевая втулка, выполненная с возможностью предотвращения смещения защитного чехла на шейку шарового пальца.