RU2440517C1

RU2440517C1 - Ball joint

Info

Publication number: RU2440517C1
Application number: RU2010135127/11A
Authority: RU
Inventors: Игорь Геннадьевич Гун (RU); Игорь Геннадьевич Гун; Юрий Вячеславович Калмыков (RU); Юрий Вячеславович Калмыков; Владимир Иванович Артюхин (RU); Владимир Иванович Артюхин; Павел Евгеньевич Левченко (RU); Павел Евгеньевич Левченко; Денис Андреевич Пестерев (RU); Денис Андреевич Пестерев
Original assignee: Закрытое акционерное общество Научно-производственное объединение "БелМаг"
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2012-01-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: inner surface of ball bearing insert represents two semi-spheres coupled via transition element (lmk), first inner spherical surface (15) on the side of inserts face mates ball pin head spherical surface R_sphere and coupled with inner surface of element (lmk) via chamfer or fillet with rounded angles, while second spherical inner surface of contour of elastic elements (13), in initial state without heat fitted in said insert, features radius R2 selected from 0.9 to 1.1·R_sphere. Inner surface of element (lmk) is equidistant to insert outer surface to make horizontal lubing groove. Center of radius of inner surfaces of the shape of elements (13) features displacement (t) along axis Y-Y and with shift from 0 to t1 along axis X-X so that inner spherical surface of elastic elements (13) with radius R2 in unloaded state crosses R_sphere conditional head and penetrates therein. Note here that, after assembly, inner surface of elements (13) matches the shape of R_sphere head while outer surface of said elements corresponds to that of R_sphere hinge body space. Insert inner surface has meridian lubing grooves changing into radial cutouts of side surface and axial cutouts of face surface.

EFFECT: rigid structure, higher reliability.

6 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к шаровым шарнирам, и может быть использовано в конструкциях подвесок и рулевого управления транспортных средств различного назначения.The invention relates to the field of transport engineering, namely to ball joints, and can be used in the construction of suspensions and steering of vehicles for various purposes.

Известен шаровой шарнир, содержащий цельноштампованный корпус с внутренней сферической поверхностью, установленный в корпус палец с шаровой головкой, размещенный на шаровой головке основной вкладыш с кольцевым ступенчатым выступом на наружной поверхности, соответствующим проточке в корпусе шарнира, причем основной вкладыш имеет наружную сферическую поверхность, соответствующую внутренней сферической поверхности цельноштампованного корпуса, и внутреннюю сферическую поверхность, соответствующую наружной сферической поверхности шаровой головки, кроме того, имеет наружную цилиндрическую поверхность, соответствующую внутренней цилиндрической поверхности цельноштампованного корпуса, во внутренней цилиндрической полости основного вкладыша и на шаровой головке пальца размещен дополнительный вкладыш и зафиксирован на ней фиксирующим элементом с использованием выступов корпуса шарнира, при этом центры наружной сферической поверхности основного вкладыша и внутренней сферической поверхности корпуса смещены относительно центра шаровой головки пальца, а дополнительный вкладыш выполнен с центральным отверстием, на внутренних сферических поверхностях основного и дополнительного вкладышей выполнены вертикальные смазочные канавки, а на внутренней сферической поверхности основного вкладыша выполнена со смещением от экватора горизонтальная смазочная канавка, пересекающая все вертикальные смазочные канавки, при этом наружная поверхность дополнительного вкладыша выполнена без выступов и без канавок и эквидистантна контактирующей с ней внутренней поверхности фиксирующего элемента шарнира (см. патент РФ №2296249, МПК F16C 11/06, 2006 г.).Known ball hinge containing a whole-stamped body with an internal spherical surface, a finger with a ball head installed in the body, a main insert placed on the ball head with an annular stepped protrusion on the external surface corresponding to a groove in the hinge body, the main insert having an external spherical surface corresponding to the internal the spherical surface of the entire stamped body, and the inner spherical surface corresponding to the outer spherical surface w The aarov head, in addition, has an outer cylindrical surface corresponding to the inner cylindrical surface of the whole-stamped body, in the inner cylindrical cavity of the main liner and on the ball head of the finger there is an additional liner and is fixed on it with a fixing element using the protrusions of the hinge body, while the centers of the outer spherical surface the main liner and the inner spherical surface of the body are offset relative to the center of the ball head of the finger, and will complement The liner is made with a central hole, vertical lubrication grooves are made on the inner spherical surfaces of the main and additional liners, and on the inner spherical surface of the main liner there is a horizontal lubricant groove displaced from the equator, intersecting all vertical lubricant grooves, while the outer surface of the additional liner is made without protrusions without grooves and is equidistant to the inner surface of the hinge fixing element in contact with it (see RF patent No. 2296249, IPC F16C 11/06, 2006).

Однако известный шаровой шарнир при своем использовании имеет следующие недостатки:However, the known ball joint in its use has the following disadvantages:

- недостаточно высокие эксплуатационные характеристики из-за повышенного неравномерного износа вкладышей, выполненных из антифрикционного полимерного композиционного материала и сферической головки шарового пальца,- insufficiently high performance due to increased uneven wear of the liners made of antifriction polymer composite material and a spherical head of a spherical finger,

- недостаточным обжатием вкладыша сферической головки шарового пальца, т.е. наличием возможного радиального зазора между внутренней поверхностью основного вкладыша и сферической головки шарового пальца,- insufficient compression of the liner of the spherical ball head, i.e. the presence of a possible radial clearance between the inner surface of the main liner and the spherical head of the ball finger,

- наличием углового и (или) линейного смещения осей основного и дополнительного вкладышей относительно друг друга и оси полости корпуса,- the presence of angular and (or) linear displacement of the axes of the main and additional inserts relative to each other and to the axis of the cavity of the body,

- деформированием сферических поверхностей основного вкладыша (образование складок) при запрессовке пальца шарового с вкладышем в корпус шарнира и, как следствие, неравномерного облегания внутренней сферической поверхности вкладыша сферической поверхности головки шарового пальца или разрушение,- deformation of the spherical surfaces of the main liner (wrinkling) when pressing the ball pin with the liner into the hinge body and, as a result, unevenly fitting the inner spherical surface of the liner to the spherical surface of the ball head of the finger or destruction,

- повышенные трудозатраты при изготовлении деталей составного вкладыша и соответственно повышенная стоимость составного вкладыша,- increased labor costs in the manufacture of parts of the composite liner and, accordingly, the increased cost of the composite liner,

- повышенные трудозатраты при сборке шарового шарнира за счет дополнительной операции, особенно при автоматизированной сборке,- increased labor costs when assembling the ball joint due to additional operations, especially with automated assembly,

- возможность разрушения основного вкладыша при сборке шарового шарнира, вызванная тем, что при сборке нагрузка через стопорный элемент вкладыша и палец шаровой на корпус может одновременно распределяться через две связанные между собой основным вкладышем размерные цепочки. Первая - это стопорный элемент - дополнительный вкладыш - головка пальца шарового - через внутреннюю сферическую поверхность основного вкладыша - корпус шарнира. Вторая - это стопорный элемент - через кольцевой ступенчатый выступ основного вкладыша - корпус шарнира. Если размерные цепочки по тем или иным причинам не будут соответствовать друг другу, произойдет разрушение основного вкладыша.- the possibility of destruction of the main liner during assembly of the ball joint due to the fact that during assembly the load through the locking element of the liner and the ball pin on the housing can be simultaneously distributed through two dimension chains connected to each other by the main liner. The first is the locking element - an additional insert - the ball head of the ball - through the inner spherical surface of the main insert - the hinge body. The second is the locking element - through the annular stepped protrusion of the main liner - the hinge body. If the dimensional chains for one reason or another do not correspond to each other, the main liner will be destroyed.

Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности из известных решений является шаровой шарнир, содержащий цельноштампованный корпус с внутренней сферической поверхностью, установленный в корпус палец с шаровой головкой, выполненной в виде усеченной или полной сферы, размещенный на шаровой головке вкладыш, выполненный из полимера, обладающего хорошим сопротивлением износу и высоким антифрикционным свойством, в форме полого тела вращения с наружной боковой поверхностью в виде цилиндра, переходящего в усеченную сферу, и внутренней поверхностью, состоящей из сопряженных полусфер, и имеющий центральные отверстия на торцевых частях в области полюсов, вкладыш зафиксирован фиксирующим элементом с использованием выступов корпуса шарнира, при этом наружная и внутренняя сферические поверхности вкладыша, образующие контур боковых упругих элементов, выполнены с радиальными прорезями, вытянутыми в меридиональном направлении, частично переходящими на наружную цилиндрическую поверхность, а дуга, образующая внутренний контур боковых упругих элементов, в состоянии до сборки, выполнена со смещением по отношению к условному контуру сферической головки пальца шарового, условно вписанного во вкладыш, при этом на торцевой части вкладыша выполнены осевые прорези, а на внутренней поверхности выполнена горизонтальная смазочная канавка (патент DE 1198365, IA-E2 F 1T1, МПК F 16 с 11/06, 18.01.1968).The closest to the claimed object by technical essence of the known solutions is a ball joint containing a single-stamped body with an internal spherical surface, a finger with a ball head made in the form of a truncated or full sphere placed on the ball head, an insert made of a polymer having good wear resistance and high antifriction property, in the form of a hollow body of revolution with an outer lateral surface in the form of a cylinder turning into a truncated sphere, and in the morning surface, consisting of conjugated hemispheres, and having central holes on the end parts in the region of the poles, the liner is fixed by a fixing element using the protrusions of the hinge body, while the outer and inner spherical surfaces of the liner, forming the contour of the lateral elastic elements, are made with radial slots elongated in the meridional direction, partially transitioning to the outer cylindrical surface, and the arc forming the inner contour of the lateral elastic elements is and prior to assembly, it is made with an offset relative to the conditional contour of the spherical head of a ball pin conditionally inscribed in the liner, while axial slots are made on the end of the liner, and a horizontal lubrication groove is made on the inner surface (patent DE 1198365, IA-E2 F 1T1 , IPC F 16 from 11/06, 01/18/1968).

- недостаточная жесткость конструкции вкладыша,- insufficient rigidity of the design of the liner,

- торцевой упругий элемент шарового шарнира в процессе эксплуатации работает как демпфирующий элемент, позволяющий головке пальца шарового перемещаться внутри шарнира под действием внешних нагрузок, при этом удельное давление на контактную поверхность вкладыша в области, сопряженной с упругими элементами, резко возрастает, особенно при ударных нагрузках, что приводит к пластическому деформированию вкладыша в данной области и разрушению,- the end elastic element of the ball joint during operation operates as a damping element that allows the ball head of the ball to move inside the joint under the action of external loads, while the specific pressure on the contact surface of the liner in the area conjugated with the elastic elements increases sharply, especially under shock loads, which leads to plastic deformation of the liner in this area and destruction,

- недостаточная смазываемость шаровой головки и внутренней поверхности трения вкладыша, так как циркуляция смазки внутри шарнира обеспечивается наличием лишь одной горизонтальной смазочной канавки, а конструкция канавки и прорезей не обеспечивает эффективную подачу (затягивание) и циркуляцию смазки между сферической головкой пальца и внутренними поверхностями вкладыша,- lack of lubricity of the ball head and the inner surface of the friction of the liner, since the circulation of lubricant inside the hinge is provided by the presence of only one horizontal lubricant groove, and the design of the groove and slots does not provide effective feeding (tightening) and circulation of the lubricant between the spherical head of the finger and the inner surfaces of the liner,

- возможность перекоса вкладыша в корпусе шарнира при сборке и последующего разрушения вкладыша при эксплуатации.- the possibility of skew liner in the hinge housing during Assembly and subsequent destruction of the liner during operation.

Задачей изобретения является создание шарового шарнира. The objective of the invention is the creation of a ball joint.

Техническим результатом при использовании предложенного шарового шарнира является значительное повышение эксплуатационных характеристик за счет повышения жесткости конструкции вкладыша, достижение снижения износа вкладыша и исключение его разрушения, повышение эффективности смазывания внутренних поверхностей трения вкладыша и наружной поверхности сферической головки пальца, исключения деформирования и перекоса вкладыша при сборке шарнира. Кроме того, техническим результатом от использования предложенного шарового шарнира является создание возможности адаптации упругих элементов вкладыша под наружный контур сферической головки пальца шарового и внутренний контур сферической полости корпуса шарнира, создание возможности самоцентрирования головки пальца во вкладыше, а также надежного и равномерного охвата вкладышем сферической головки пальца после сборки.The technical result when using the proposed ball joint is a significant increase in operational characteristics by increasing the rigidity of the liner design, reducing liner wear and eliminating its destruction, increasing the lubrication efficiency of the liner friction surfaces and the outer surface of the spherical finger head, eliminating liner deformation and skew during assembly of the liner . In addition, the technical result from the use of the proposed ball joint is the creation of the possibility of adapting the elastic elements of the liner to the outer contour of the spherical head of the ball and the inner contour of the spherical cavity of the hinge body, creating the possibility of self-centering of the finger head in the liner, as well as reliable and uniform coverage of the liner of the spherical finger head after assembly.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что предложен шаровой шарнир, содержащий цельноштампованный корпус с внутренней сферической поверхностью, установленный в корпус палец с шаровой головкой, выполненной в виде усеченной или полной сферы, размещенный на шаровой головке вкладыш, выполненный из полимера, обладающего хорошим сопротивлением износу и высоким антифрикционным свойством, в форме полого тела вращения с наружной боковой поверхностью в виде цилиндра, переходящего в усеченную сферу, и внутренней поверхностью, состоящей из сопряженных полусфер, и имеющий центральные отверстия на торцевых частях в области полюсов, вкладыш зафиксирован фиксирующим элементом с использованием выступов корпуса шарнира, при этом наружная и внутренняя сферические поверхности вкладыша, образующие контур боковых упругих элементов, выполнены с радиальными прорезями, вытянутыми в меридиональном направлении, частично переходящими на наружную цилиндрическую поверхность, а дуга, образующая внутренний контур боковых упругих элементов, в состоянии до сборки, выполнена со смещением по отношению к условному контуру сферической головки пальца шарового, условно вписанного во вкладыш, при этом на торцевой части вкладыша выполнены осевые прорези, а на внутренней поверхности выполнена горизонтальная смазочная канавка, при этом внутренняя поверхность вкладыша выполнена в виде двух сопряженных через переходной элемент полусфер, первая внутренняя сферическая поверхность со стороны торца вкладыша соответствует сферической поверхности головки шарового пальца R_сферы и сопряжена с внутренней поверхностью переходного элемента через фаску или галтель со скругленными углами, вторая сферическая внутренняя поверхность контура упругих элементов, в исходном состоянии, без установленной во вкладыш сферической головки пальца шарового выполнена с радиусом образующей R2, выбранным от 0,9 до 1,1·R_сферы, внутренняя поверхность переходного элемента выполнена эквидистантной наружной поверхности вкладыша с конструктивным образованием горизонтальной смазочной канавки, центр радиуса внутренней поверхности контура упругих элементов вкладыша выполнен со смещением t вдоль оси вкладыша Y-Y и со смещением от нуля до t1 вдоль оси вкладыша Х-Х таким образом, что внутренняя сферическая поверхность упругих элементов вкладыша с радиусом R2 в ненагруженном состоянии пересекает и углубляется в условную сферическую головку пальца шарового R_сферы, при этом в состоянии после сборки внутренняя сферическая поверхность упругих элементов вкладыша соответствует форме сферической головки R_сферы, а наружная сферическая поверхность упругих элементов соответствует форме сферической 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. При этом наружная поверхность контура упругих элементов вкладыша выполнена эквидистантной внутренней сферической поверхности контура упругих элементов. При этом горизонтальная смазочная канавка вкладыша в поперечном сечении выполнена в форме двухстороннего клина, вытянутого остриями в меридиональном направлении. При этом боковые радиальные прорези на внутренней поверхности вкладыша проходят через горизонтальную смазочную канавку. При этом контуры поверхности в области торцевых (полюсных) отверстий вкладыша, контуры поверхности вертикальных смазочных канавок, а также вертикальных и радиальных прорезей выполнены скругленными с образованием между поверхностью сферической головки и скругленными поверхностями данных элементов вкладыша зазоров клиновидной формы. При этом цилиндрическая наружная поверхность вкладыша, в состоянии до сборки шарнира, со стороны торца переходит в коническую поверхность с наибольшим диаметром D1 со стороны торца вкладыша, превышающим диаметр D сопрягаемой полости корпуса шарнира.The technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that a ball joint is proposed comprising a whole-stamped body with an internal spherical surface, a finger installed in the body with a ball head made in the form of a truncated or full sphere, an insert made of a polymer having good resistance placed on the ball head wear and high antifriction property, in the form of a hollow body of revolution with an external lateral surface in the form of a cylinder turning into a truncated sphere, and internal a surface consisting of conjugated hemispheres, and having central holes on the end parts in the region of the poles, the liner is fixed by a fixing element using the protrusions of the hinge body, while the outer and inner spherical surfaces of the liner, forming the contour of the lateral elastic elements, are made with radial slots elongated in the meridional direction, partially transitioning to the outer cylindrical surface, and the arc forming the inner contour of the lateral elastic elements is in a state prior to collection and, it is made with an offset relative to the conditional contour of the spherical head of the ball finger, conventionally inscribed in the liner, while axial slots are made on the end of the liner, and a horizontal lubrication groove is made on the inner surface, while the inner surface of the liner is made in the form of two the transition element of the hemispheres, the first inner spherical surface from the side of the end of the liner corresponds to the spherical surface of the head of the spherical finger R of the _sphere and is associated with the inner surface by the surface of the transition element through a chamfer or fillet with rounded corners, the second spherical inner surface of the contour of the elastic elements, in the initial state, without the spherical head of the ball pin installed in the liner, is made with a radius of the generatrix R2 selected from 0.9 to 1.1 · R of the _sphere , the inner surface of the transition element is made equidistant outer surface of the liner with the constructive formation of a horizontal lubricating groove, the center of the radius of the inner surface of the contour of the elastic elements of the liner configured with offset t along the axis YY of the liner and the offset from zero to t1 along the axis X-X of the liner so that the inner spherical surface of elastic elements liner with R2 a radius in unloaded condition intersects and penetrates into notional spherical head thumb ball R _sphere when In this state, after assembly, the inner spherical surface of the elastic elements of the liner corresponds to the shape of the spherical head R of the _sphere , and the outer spherical surface of the elastic elements corresponds to the shape of the spherical cavity of the core Pusa hinge R _spheres ; On the inner surface of the liner there are made meridional lubricating grooves, which turn into radial cuts of the side surface and into axial cuts of the end surface. Moreover, the outer surface of the contour of the elastic elements of the liner is made equidistant to the inner spherical surface of the contour of the elastic elements. In this case, the horizontal lubricating groove of the liner in the cross section is made in the form of a double-sided wedge, elongated by the tips in the meridional direction. In this case, the lateral radial slots on the inner surface of the liner pass through a horizontal lubricating groove. In this case, the surface contours in the region of the end (pole) openings of the liner, the surface contours of the vertical lubricating grooves, and also vertical and radial slots are made rounded to form wedge-shaped gaps between the surface of the spherical head and the rounded surfaces of these elements of the insert. In this case, the cylindrical outer surface of the liner, in the state prior to the assembly of the hinge, passes from the end to the conical surface with the largest diameter D1 from the side of the end of the liner exceeding the diameter D of the mating cavity of the hinge body.

Среди признаков, характеризующих предложенный шаровой шарнир, существенными являются:Among the signs characterizing the proposed ball joint, the essential ones are:

- выполнение наружной и внутренней сферических поверхностей вкладыша, образующих контур боковых упругих элементов, с радиальными прорезями, вытянутыми в меридиональном направлении, частично переходящими на наружную цилиндрическую поверхность, а дуга, образующая внутренний контур боковых упругих элементов, в состоянии до сборки, выполнена со смещением по отношению к условному контуру сферической головки пальца шарового, условно вписанного во вкладыш,- the implementation of the outer and inner spherical surfaces of the liner, forming the contour of the lateral elastic elements, with radial slots elongated in the meridional direction, partially transitioning to the outer cylindrical surface, and the arc forming the inner contour of the lateral elastic elements, in the state before assembly, is made with an offset of in relation to the conditional contour of the spherical head of the ball finger, conditionally inscribed in the liner,

- выполнение на торцевой части вкладыша осевых прорезей, а на внутренней поверхности выполнение горизонтальной смазочной канавки,- performing on the end of the liner axial slots, and on the inner surface of the horizontal lubrication groove,

- выполнение внутренней поверхности вкладыша в виде двух сопряженных через переходной элемент полусфер, первой внутренней сферической поверхности со стороны торца вкладыша, соответствующей сферической поверхности головки шарового пальца R_сферы и сопряженной с внутренней поверхностью переходного элемента через фаску или галтель со скругленными углами, выполнение второй сферической внутренней поверхности контура упругих элементов, в исходном состоянии, без установленной во вкладыш сферической головки пальца шарового с радиусом образующей R2, выбранным от 0,9 до 1,1·R_сферы,- execution of the inner surface of the liner in the form of two hemispheres conjugated through the transition element, the first inner spherical surface from the side of the liner end, corresponding to the spherical surface of the ball head R of the _sphere and conjugated to the inner surface of the transition element through a chamfer or fillet with rounded corners, the second spherical inner the surface of the contour of elastic elements, in the initial state, without a spherical head of a ball finger installed in the liner with a radius of ar binder R2, selected from 0.9 to 1,1 · R _sphere,

- выполнение внутренней поверхности переходного элемента эквидистантной наружной поверхности вкладыша с конструктивным образованием горизонтальной смазочной канавки,- the implementation of the inner surface of the transition element of the equidistant outer surface of the liner with the constructive formation of a horizontal lubrication groove,

- выполнение центра радиуса внутренней поверхности контура упругих элементов вкладыша со смещением t вдоль оси вкладыша Y-Y и со смещением от нуля до t1 вдоль оси вкладыша Х-Х таким образом, что внутренняя сферическая поверхность упругих элементов вкладыша с радиусом R2 в ненагруженном состоянии пересекает и углубляется в условную сферическую головку пальца шарового R_сферы,- the center of the radius of the inner surface of the contour of the elastic elements of the liner with an offset t along the axis of the liner YY and with a shift from zero to t1 along the axis of the liner X-X so that the inner spherical surface of the elastic elements of the liner with a radius of R2 in an unloaded state intersects and deepens into conditional spherical head of a finger of a spherical R _sphere ,

- соответствие в состоянии после сборки внутренней сферической поверхности упругих элементов вкладыша форме сферической головки R_сферы и соответствие наружной сферической поверхности упругих элементов форме сферической полости корпуса шарнира R_сферы,- the correspondence in the state after assembly of the inner spherical surface of the elastic elements of the liner to the shape of the spherical head R of the _sphere and the correspondence of the outer spherical surface of the elastic elements to the shape of the spherical cavity of the hinge body of the hinge R of the _sphere ,

- выполнение на внутренней поверхности вкладыша меридиональных смазочных канавок, переходящих в радиальные прорези боковой поверхности и в осевые прорези торцевой поверхности,- the implementation on the inner surface of the liner of the meridional lubricating grooves turning into radial slots of the side surface and in the axial slots of the end surface,

- выполнение наружной поверхности контура упругих элементов вкладыша эквидистантной внутренней сферической поверхности контура упругих элементов,- the implementation of the outer surface of the contour of the elastic elements of the liner equidistant internal spherical surface of the contour of the elastic elements,

- выполнение горизонтальной смазочной канавки вкладыша в поперечном сечении в форме двухстороннего клина, вытянутого остриями в меридиональном направлении,- the implementation of a horizontal lubricating groove of the liner in cross section in the form of a double-sided wedge, elongated by the tips in the meridional direction,

- переход боковых радиальных прорезей на внутренней поверхности вкладыша через горизонтальную смазочную канавку,- the transition of the lateral radial slots on the inner surface of the liner through a horizontal lubricating groove,

- выполнение контуров поверхностей в области торцевых (полюсных) отверстий вкладыша, контуров поверхностей вертикальных смазочных канавок, а также вертикальных и радиальных прорезей, скругленными с образованием между поверхностью сферической головки и скругленными поверхностями данных элементов вкладыша зазоров клиновидной формы,- the implementation of the contours of the surfaces in the region of the end (pole) openings of the liner, the contours of the surfaces of the vertical lubrication grooves, as well as vertical and radial slots, rounded to form wedge-shaped gaps between the surface of the spherical head and the rounded surfaces of these elements of the liner,

- переход цилиндрической наружной поверхности вкладыша, в состоянии до сборки шарнира, со стороны торца в коническую поверхность с наибольшим диаметром D1 со стороны торца вкладыша, превышающим диаметр D сопрягаемой полости корпуса шарнира.- the transition of the cylindrical outer surface of the liner, in the state prior to the assembly of the hinge, from the end to the conical surface with the largest diameter D1 from the side of the end of the liner, exceeding the diameter D of the mating cavity of the hinge body.

Экспериментальные исследования предложенного шарового шарнира показали его высокую эффективность. Было установлено, что предложенный шаровой шарнир обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками, достигнутыми за счет повышения жесткости конструкции вкладыша, установлено достижение снижения износа вкладыша и исключение его разрушения, значительно повышена эффективность смазывания внутренних поверхностей трения вкладыша и наружной поверхности сферической головки пальца, исключены возможности возникновения деформирования и перекоса вкладыша при сборке шарнира. Кроме того, было установлено, что достигнута возможность создания адаптации упругих элементов вкладыша под наружный контур сферической головки пальца шарового и внутренний контур сферической полости корпуса шарнира, достигнуто создание возможности самоцентрирования головки пальца во вкладыше, а также надежный и равномерный охват вкладышем сферической головки пальца после окончательной сборки. Одновременно было установлено, что уменьшен разброс механических свойств шарового шарнира, а именно: повысилась стабильность обеспечения заданных моментов сопротивлению качания и вращения пальца шарового относительно корпуса шарнира, снизились моменты сопротивления страгиванию при качании и вращении пальца шарового относительно корпуса шарнира, установлено изначальное отсутствие осевого и радиального зазоров, повышена жесткость и износостойкость предложенной конструкции шарового шарнира, что увеличило до 7% ресурс эксплуатации.Experimental studies of the proposed ball joint showed its high efficiency. It was found that the proposed ball hinge has improved performance characteristics achieved by increasing the rigidity of the liner design, it is found to reduce liner wear and prevent its destruction, the lubrication of the inner friction surfaces of the liner and the outer surface of the spherical finger head is significantly improved, and the possibility of deformation and misalignment of the liner when assembling the hinge. In addition, it was found that it was possible to adapt the elastic elements of the liner to the outer contour of the spherical finger head of the ball and the inner contour of the spherical cavity of the hinge body, to achieve the possibility of self-centering of the finger head in the liner, as well as reliable and uniform coverage of the liner of the finger spherical head after the final assembly. At the same time, it was found that the dispersion of the mechanical properties of the ball joint has been reduced, namely: the stability of providing the given moments to the swing and rotation resistance of the ball finger relative to the hinge body has been increased, the moments of friction resistance during swinging and rotation of the ball finger relative to the hinge body have decreased, the initial absence of axial and radial clearances, increased rigidity and wear resistance of the proposed design of the ball joint, which increased the service life to 7%.

В связи с сокращением количества применяемых комплектующих, появления возможности применения автоматизированной сборки и снижения трудоемкости изготовления изделий снизилась стоимость шарнира.Due to the reduction in the number of components used, the possibility of using automated assembly and reducing the complexity of manufacturing products, the cost of the hinge has decreased.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1а показан общий вид (местный разрез) предложенного шарового шарнира на примере наконечника тяги рулевой трапеции, на фиг.1б показан разрез общего вида на примере пальца шарового передней подвески с вариантом исполнения стопорного элемента, на фиг.2 - выносной элемент А фиг.1а и фиг.1б, на фиг.3а - выносной элемент Б фиг.1а или 1б, на фиг.3б - частный случай выносного элемента Б фиг.1а или 1б с вариантом исполнения стопорного элемента, на фиг.4 - вкладыш, вид сверху, на фиг.5 - разрез В-В фиг.4, на фиг.6 - выносной элемент Г фиг.5 и на фиг.7 - сечение Д-Д фиг.5.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings, where FIG. 1a shows a general view (local section) of the proposed ball joint using the example of a tie rod for the steering trapezoid, FIG. 1b shows a sectional view of the ball example of a ball front suspension with an embodiment of a locking element, figure 2 - remote element A figa and figb, figa - remote element B figa or 1b, fig.3b - a special case of the remote element B figa or 1b with an embodiment of the locking element, figure 4 - liner, top view, figure 5 - p Azrez VB of FIG. 4, FIG. 6 is a detail element G of FIG. 5 and FIG. 7 is a section DD of FIG. 5.

Шаровой шарнир (фиг.1а и 1б) содержит цельноштампованный корпус 1, внутри которого размещен палец шаровой 2, выполненный со сферической полной (не показано) или усеченной в области полюса головкой 3 радиусом R_сферы; вкладыш 4, охватывающий головку 3 пальца шарового по радиусу R_сферы, при этом наружная сферическая поверхность вкладыша выполнена с радиальными прорезями 12 (фиг.5), вытянутыми в меридиональном направлении, частично переходящими на наружную цилиндрическую поверхность и образующими упругие элементы 13, необходимые для ввода сферической головки шарового пальца 3 при соответствующем осевом усилии, а на внутренней поверхности вкладыша выполнены вертикальные 14 (фиг.5) и горизонтальная 10 (фиг.2) смазочные канавки, при этом вертикальные смазочные канавки 14 (фиг.5) с радиусом основания R_ск совмещены с боковыми радиальными 12 (фиг.5) и осевыми торцевыми 11 (фиг.4) прорезями вкладыша, сам вкладыш 4 (фиг.1a и 1б) зафиксирован герметично фиксирующим элементом 5 с использованием выступов корпуса шарнира 1 в полости корпуса, которая выполнена в виде сферической полости с радиусом R1 сферы (фиг.2), переходящей в цилиндрическую диаметром D.The ball joint (FIGS. 1a and 1b) comprises a one-piece stamped body 1, inside of which there is a ball 2 finger made with a spherical head (not shown) or truncated in the pole region by a head 3 of radius R of a _sphere ; the liner 4, covering the head 3 of the ball finger along the radius R of the _sphere , while the outer spherical surface of the liner is made with radial slots 12 (figure 5), elongated in the meridional direction, partially transitioning to the outer cylindrical surface and forming the elastic elements 13 necessary for input spherical head of the spherical finger 3 with the corresponding axial force, and on the inner surface of the liner made vertical 14 (figure 5) and horizontal 10 (figure 2) lubrication grooves, while vertical lubricating anavki 14 (5) from base radius R _sa are aligned with the radial side 12 (Figure 5) and the axial end 11 (Figure 4) slotted liner, the liner 4 itself (1a and 1b) fixed sealingly locking element 5 with using the protrusions of the hinge body 1 in the body cavity, which is made in the form of a spherical cavity with a radius R1 of the sphere (figure 2), turning into a cylindrical diameter D.

Для предотвращения попадания влаги и грязи шаровой шарнир закрыт защитным чехлом 6 (фиг.1а и 1б), который зафиксирован на корпусе 1 пружинным кольцом 8. Чтобы защитный чехол 6 не сползал на галтель пальца шарового 2, на галтели закреплена распорная втулка 9 (фиг.1б). Внутрь шарового шарнира, в полости между сферической головкой 3 пальца шарового и вкладышем 4, включая смазочные канавки и прорези, а также под чехол 6 заложена смазка 7, необходимая для снижения коэффициента трения между вкладышем и головкой пальца шарового и соответственно износа вкладыша и выхода из строя шарнира.To prevent moisture and dirt from getting in, the ball joint is closed with a protective cover 6 (figa and 1b), which is fixed on the housing 1 by a spring ring 8. To prevent the protective cover 6 from sliding onto the fillet of the ball 2, spacer sleeve 9 is fixed on the fillet (Fig. 1b). Inside the ball joint, in the cavity between the spherical head 3 of the ball pin and the liner 4, including lubrication grooves and slots, and also under the cover 6, grease 7 is placed, which is necessary to reduce the friction coefficient between the liner and the ball head of the ball and, accordingly, the liner wear and failure hinge.

Вкладыш (фиг.5, 6) выполнен из полимера, обладающего хорошим сопротивлением износу и высоким антифрикционным свойством в форме полого тела вращения с наружной боковой поверхностью в виде цилиндра, переходящего в усеченную сферу R3, и внутренней поверхностью в виде сопряженных через переходной элемент lmk полусфер с радиусами, при этом одна внутренняя сферическая поверхность соответствует сферической поверхности головки пальца шарового R_сферы, а другая выполнена с радиусом образующей R2=1,01·R_сферы. Центры радиусов внутренних сферических поверхностей R2 и R_сферы вкладыша выполнены со смещением t вдоль оси Y-Y и со смещением tl по оси Х-Х вкладыша (фиг.6). Смещения t и t1 выполнены таким образом, что внутренняя сферическая поверхность упругих элементов 13 вкладыша с радиусом R2 в ненагруженном состоянии пересекает и углубляется в условную сферическую головку пальца шарового R_сферы на величину, которая изменяется от нуля в области оси Х-Х до величины а в области торцевой части упругих элементов 13, а в состоянии после сборки внутренняя сферическая поверхность упругих элементов R2 вкладыша за счет упругой деформации принимает форму сферической головки R_сферы (фиг.2), прижимая головку пальца 3 к сферической поверхности вкладыша 15, соответствующей сферической поверхности головки пальца шарового 3. Таким образом, упругие элементы 13 и сферическая полость 15 вкладыша обеспечивают упругий, плотный охват и самоцентрирование сферической головки 3 (фиг.2) пальца шарового относительно вкладыша. При этом прорези полностью исключают возможность локального деформирования (образование складок) сферических поверхностей вкладыша в процессе сборки, т.к. при плотном обжиме сферической головки пальца шарового упругие элементы сохраняют способность адаптироваться под контур внутренней полости корпуса шарового шарнира R1_сферы.The liner (Fig.5, 6) is made of a polymer having good wear resistance and high antifriction property in the form of a hollow body of revolution with an outer lateral surface in the form of a cylinder turning into a truncated sphere R3 and an inner surface in the form of hemispheres conjugated through a transition element lmk with radii, while one inner spherical surface corresponds to the spherical surface of the finger head of the spherical R _sphere , and the other is made with the radius of the generatrix R2 = 1.01 · R of the _sphere . The centers of the radii of the inner spherical surfaces R2 and R _{of the} liner _{sphere are} made with an offset t along the YY axis and with an offset tl along the axis X-X of the liner (Fig.6). The displacements t and t1 are made in such a way that the inner spherical surface of the elastic elements 13 of the liner with radius R2 in an unloaded state intersects and deepens into the conditional spherical head of the finger of the ball R of the _sphere by a value that changes from zero in the region of the x-axis to a in area end portion elastic members 13, and in the state after assembly, the inner spherical surface of the liner elastic members R2 by elastic deformation takes the form of a spherical head _spheres R (2), pressing a finger head to sp 3 -symmetric surface of the liner 15 corresponding to the spherical surface of the head thumb ball 3. Thus, the elastic members 13 and the spherical cavity of the insert 15 provide an elastic, tight coverage and self-centering of the spherical head 3 (Figure 2) relative to the finger ball insert. In this case, the slots completely exclude the possibility of local deformation (wrinkling) of the spherical surfaces of the liner during assembly, because with a tight crimp of the spherical head of the ball finger, the elastic elements retain the ability to adapt to the contour of the internal cavity of the body of the ball joint R1 of the _sphere .

Часть наружной боковой поверхности вкладыша со стороны торца выполнена в форме усеченного конуса с углом наклона образующей а и с большим диаметром со стороны торца вкладыша D1 (фиг.5, 6), превышающим диаметр цилиндрической части полости корпуса шарового шарнира D (фиг.2). Причем коническая часть поверхности по меньшему диаметру сопряжена с цилиндрическим участком наружной боковой поверхности вкладыша (фиг.5), соответствующего внутреннему диаметру цилиндрической части полости корпуса шарнира D (фиг.2). При сборке шарнира коническая часть наружной поверхности обеспечивает центрирование вкладыша относительно полости корпуса шарнира, исключая перекос вкладыша в полости и появление возможных зазоров между корпусом шарнира и вкладышем. Известно, что при запрессовке с натягом во внутреннем элементе создается напряженное состояние сжатия, что препятствует разрушению, если элемент работает под воздействием растягивающих нагрузок. В данном случае вкладыш в процессе эксплуатации работает под воздействием растягивающих нагрузок, передаваемых через сферическую головку пальца шарового, а корпус шарнира служит бандажом, предохраняющим вкладыш от разрушения.Part of the outer side surface of the liner from the end side is made in the form of a truncated cone with an angle of inclination of the generatrix a and with a large diameter from the side of the end of the liner D1 (Figs. 5, 6) exceeding the diameter of the cylindrical part of the cavity of the ball joint body D (Fig. 2). Moreover, the conical part of the surface along the smaller diameter is associated with a cylindrical portion of the outer side surface of the liner (figure 5), corresponding to the inner diameter of the cylindrical part of the cavity of the hinge body D (figure 2). When assembling the hinge, the conical part of the outer surface provides centering of the liner relative to the cavity of the hinge body, eliminating the skew of the liner in the cavity and the appearance of possible gaps between the hinge body and the liner. It is known that when pressing with an interference fit in the internal element, a stressed state of compression is created, which prevents destruction if the element works under the influence of tensile loads. In this case, the liner during operation operates under the influence of tensile loads transmitted through the spherical head of the ball pin, and the hinge body serves as a bandage that protects the liner from destruction.

Внутренняя поверхность переходного элемента вкладыша mk выполнена в области экватора полости вкладыша диаметром, равным 2-R2, эквидистантной наружной цилиндрической поверхности вкладыша. Через фаску внутренняя поверхность переходного элемента вкладыша сопряжена с поверхностью полусферы радиусом R_сферы, что конструктивно образует горизонтальную смазочную канавку lmk (фиг.2, 6), при этом горизонтальная смазочная канавка вкладыша в поперечном сечении выполнена в форме двухстороннего клина lmk, вытянутого остриями в меридиональном направлении. Через горизонтальную смазочную канавку lmk проходят боковые радиальные прорези 12 (фиг.5). Радиальные прорези 12 сопряжены с вертикальными смазочными канавками 14, которые, в свою очередь, переходят в осевые торцевые прорези 11. Все это образует систему смазочных каналов вкладыша. При этом контуры элементов вкладыша, контактируемых с поверхностью сферической головки пальцев шаровых, таких как: поверхности в области торцевых (полюсных) отверстий вкладыша, поверхности вертикальных смазочных канавок, вертикальных и радиальных прорезей выполнены скругленными радиусами r таким образом, что между поверхностью сферической головки и скругленными поверхностями r данных элементов вкладыша сформированы зазоры клиновидной формы (фиг.3а, 3б, 6, 7).The inner surface of the transition element of the liner mk is made in the equator region of the cavity of the liner with a diameter equal to 2-R2, the equidistant outer cylindrical surface of the liner. Through the chamfer, the inner surface of the transition element of the liner is mated with the surface of the hemisphere with a radius R of the _sphere , which constructively forms a horizontal lubricant groove lmk (Figs. 2, 6), while the horizontal lubricant groove of the liner in cross section is made in the form of a double-sided wedge lmk extended by points in the meridional direction. Through the horizontal lubricating groove lmk are the lateral radial slots 12 (figure 5). Radial slots 12 are associated with vertical lubricating grooves 14, which, in turn, pass into the axial end slots 11. All this forms a system of lubricating channels of the liner. The contours of the elements of the liner in contact with the surface of the spherical head of the fingers of the ball, such as: the surface in the area of the end (pole) holes of the liner, the surface of the vertical lubrication grooves, vertical and radial slots are made with rounded radii r so that between the surface of the spherical head and rounded the surfaces r of these elements of the insert formed wedge-shaped gaps (figa, 3b, 6, 7).

На торцевой поверхности стержня пальца шарового 2 (фиг.1а) выполнена полость с поперечным сечением в форме шестигранника, torx, или другого многогранника. Полость позволяет проводить:A cavity with a cross section in the form of a hexagon, torx, or other polyhedron is made on the end surface of the rod finger of ball 2 (Fig. 1a). The cavity allows for:

- автоматизированный контроль формы и геометрических параметров, отсутствие поверхностных дефектов пальца шарового;- automated control of the shape and geometric parameters, the absence of surface defects of the ball finger;

- автоматизированный контроль моментов сопротивления качанию и вращению пальцев относительно корпуса шарнира;- automated control of moments of resistance to swing and rotation of the fingers relative to the hinge body;

- упрощает процесс монтажа на автомобиль и демонтажа шарового шарнира с автомобиля.- simplifies the process of mounting on a car and removing the ball joint from the car.

Шаровой шарнир работает следующим образом. В процессе эксплуатации шарнира под воздействием циклических знакопеременных внешних нагрузок палец шаровой 2 поворачивает вокруг своей оси и качает на угол β относительно продольной оси полости корпуса шарнира и центра сферической головки пальца. При качании на угол β смазка 7, находящаяся в полости между головкой пальца шарового и внутренней сферической поверхностью стопорного элемента 5, перемещается в направлении поворота усеченной плоскости сферической головки пальца и попадает под сферическую поверхность вкладыша, смазывая ее. Одновременно с поворотом и вращением сферической головки пальца смазка перемещается, перемешивается внутри системы смазочных каналов и затягивается в зону трения между головкой пальца и вкладышем. Клиновидная форма зазоров в приграничных областях контакта системы смазочных каналов вкладыша, сферической головки пальца шарового и смазки улучшает доступ и способствует попаданию смазки в зону трения и соответственно принудительному смазывание трущихся частей шарнира. Таким образом, клиновидная форма зазоров в приграничных областях контакта системы смазочных каналов вкладыша, сферической головки пальца шарового и смазки, в сочетании с поворотом и качанием пальца шарового внутри шарнира, а также принудительное перемещение смазки по системе смазочных каналов вкладыша в процессе эксплуатации шарнира наиболее эффективно обеспечивают захват и подачу смазки в зону трения между вкладышем и сферической головкой пальца шарового, что соответственно улучшает технические характеристики шарнира и продлевает срок его эксплуатации.The ball joint operates as follows. During operation of the hinge under the influence of cyclic alternating external loads, the ball pin 2 rotates around its axis and shakes an angle β relative to the longitudinal axis of the cavity of the hinge body and the center of the spherical head of the finger. When swinging through the angle β, the lubricant 7 located in the cavity between the finger head of the ball and the inner spherical surface of the locking element 5 moves in the direction of rotation of the truncated plane of the spherical finger head and falls under the spherical surface of the liner, lubricating it. Simultaneously with the rotation and rotation of the spherical finger head, the lubricant moves, mixes inside the lubrication channel system and is drawn into the friction zone between the finger head and the liner. The wedge-shaped form of the gaps in the border areas of the contact of the lubrication system of the liner, the spherical ball head of the ball and the lubricant improves access and facilitates the penetration of lubricant into the friction zone and, accordingly, the forced lubrication of the friction parts of the hinge. Thus, the wedge-shaped form of the gaps in the boundary contact areas of the liner lubrication channel system, the spherical ball head of the ball and grease, in combination with the rotation and swing of the ball pin inside the hinge, as well as the forced movement of the lubricant through the liner lubrication channel system during operation of the hinge, most effectively provide capture and supply of lubricant to the friction zone between the liner and the spherical head of the ball pin, which accordingly improves the technical characteristics of the hinge and extends the term of its operation.

Предлагаемая конструкция шарового шарнира в сборе представляет собой достаточно жесткую конструкцию, у которой упругие деформации в процессе эксплуатации сведены к минимуму, т.е. только к тем пределам, что позволяют упругие свойства материала вкладыша, а не конструкции шарнира. За счет минимизации упругих характеристик шарнира, при плотном охвате головки пальца вкладышем и вкладыша корпусом шарнира снижается вероятность разбить вкладыш головкой пальца при ударных нагрузках, возникающих в процессе эксплуатации.The proposed design of the ball joint assembly is a fairly rigid structure, in which the elastic deformation during operation is minimized, i.e. only to those limits that allow the elastic properties of the material of the liner, and not the design of the hinge. By minimizing the elastic characteristics of the hinge, with a tight coverage of the finger head by the liner and the liner by the hinge body, the probability of breaking the liner by the finger head during shock loads arising during operation is reduced.

Данную конструкцию шарового шарнира можно применять в подвесках (пальцы шаровые) и рулевом управлении (тяги и наконечника тяг рулевой трапеции) автотранспортных средств. Эксплуатация предложенного шарового шарнира является традиционной и не требует конструктивных изменений подвесок и рулевого управления.This design of the ball joint can be used in the suspensions (ball pins) and steering (traction and rod end of the steering trapezoid) of vehicles. The operation of the proposed ball joint is traditional and does not require structural changes of the suspensions and steering.

Claims

1. Ball joint comprising a whole-stamped body with an internal spherical surface, a finger mounted in the body with a ball head made in the form of a truncated or full sphere, an insert made on the ball head made of a polymer having good wear resistance and high antifriction property in the form of a hollow bodies of revolution with an outer lateral surface in the form of a cylinder turning into a truncated sphere and an inner surface consisting of conjugated hemispheres and having central holes on end parts in the region of the poles, the liner is fixed by a fixing element using the protrusions of the hinge body, while the outer and inner spherical surfaces of the liner, forming the contour of the lateral elastic elements, are made with radial slots elongated in the meridional direction, partially transitioning to the outer cylindrical surface, and the arc forming the inner contour of the lateral elastic elements, in a state prior to assembly, is made with an offset with respect to the conditional contour of the spherical head of the fingers and a ball, conditionally inscribed in the liner, with axial slots made on the end of the liner, and a horizontal lubricating groove made on the inner surface, characterized in that the inner surface of the liner is made in the form of two hemispheres conjugated through the transition element, the first inner spherical surface on the side the end face of the liner corresponds to the spherical surface of the head of the spherical finger R of the _sphere and is mated to the inner surface of the transition element through a chamfer or fillet with rounded corners, the second spherical inner surface of the contour of the elastic elements, in the initial state, without the spherical head of the ball finger installed in the liner, is made with a radius of the generatrix R2 selected from 0.9 to 1.1 · R of the _sphere , the inner surface of the transition element is made of the equidistant outer surface of the liner with the constructive formation of a horizontal lubricating groove, the center of the radius of the inner surface of the contour of the elastic elements of the liner is made with an offset t along the axis of the liner YY and with an offset from zero to t1 along the axis of the insert Х-Х in such a way that the inner spherical surface of the elastic elements of the insert with radius R2 in the unloaded state intersects and deepens into the conditional spherical head of the finger of the ball R _sphere , while in the state after assembly, the internal spherical surface of the elastic elements of the insert corresponds to the shape of the spherical head R _spheres , and the outer spherical surface of the elastic elements corresponds to the shape of the spherical cavity of the hinge body R _spheres , measures are made on the inner surface of the liner Dionic lubrication grooves turning into radial cuts of the side surface and into axial cuts of the end surface.

2. The ball joint according to claim 1, characterized in that the outer surface of the contour of the elastic elements is made equidistant to the inner spherical surface of the contour of the elastic elements.

3. The ball joint according to claim 1, characterized in that the horizontal lubricating groove of the liner in cross section is made in the form of a double-sided wedge, elongated with points in the meridional direction.

4. The ball joint according to claim 1, characterized in that the lateral radial slots pass through a horizontal lubricating groove.

5. The ball joint according to claim 1, characterized in that the surface contours in the region of the end (pole) holes of the liner, the surface contours of the vertical lubricating grooves, as well as vertical and radial slots, are rounded to form between the surface of the spherical head and the rounded surfaces of these elements wedge-shaped gaps.

6. The ball joint according to claim 1, characterized in that the cylindrical outer surface of the liner, in the state prior to assembling the hinge, from the end side passes into a conical surface with the largest diameter D1 from the side of the end face of the liner exceeding the diameter D of the mating cavity of the hinge body.