ШАРОВОЙ ШАРНИР С НАКОНЕЧНИКОМ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к автомобильной промышленности, в частности, к рулевому управлению грузового автомобиля и может быть использована в конструкции шаровых шарниров с наконечниками продольных и поперечных тяг.
Известна рулевая тяга наземных транспортных средств, содержащая два шарнира с шаровым пальцем, корпусом и трубу, фиксация шарового пальца в осевом направлении осуществлена пробкой, закрепленной в корпусе шарнира, а стопорение пробки обеспечено кернением корпуса, либо полимерной вставкой (см. патент BY №3180, МПК 7 B62D 7/20, 2006 г.)
Наиболее близким к заявленному техническому решению по совокупности существенных признаков является шаровой шарнир с наконечником тяги сошки, включающий корпус наконечника с присоединительным элементом к сопрягаемой детали, установленный в отверстии корпуса наконечника шаровой палец с коническим хвостовиком и со сферической головкой, охватываемой в верхней части сферической головки опорным вкладышем, в нижней части сферической головки - поджимным вкладышем, прижимаемым упругим элементом в виде пружины и резьбовой крышкой, а со стороны конического хвостовика шаровой палец закрыт защитным элементом, соединение сопрягаемой детали с одним из наконечников, имеющим резьбовой присоединительный элемент, при помощи хомута с болтовым креплением, а с другим наконечником, имеющим профилированный присоединительный элемент - путем обжимки (см. «Каталог деталей и сборочных единиц автомобилей КАМА3-6520», Набережные Челны, 2003 г., стр.239-242, «Каталог деталей и сборочных единиц автомобилей КАМА3-6522», Набережные Челны, 2005 г., стр.215).
Недостатком данной конструкции является то, что она не обладает технологичностью, достаточной прочностью, герметичностью, долговечностью. Известная конструкция тяги разборная, обслуживаемая, укомплектована масленкой (требуется периодическая смазка), имеет большую номенклатуру деталей. Шаровые шарниры продольной тяги закрываются резьбовыми крышками и контрятся отгибными шайбами. В поперечной тяге крышка шарового шарнира крепится с помощью болтового соединения. То есть конструкции шаровых шарниров продольных и поперечных тяг не унифицированные. При эксплуатации детали шарового шарнира подвергаются воздействию знакопеременных нагрузок, происходит быстрый износ контактируемых поверхностей. Заменой изношенного пальца и вкладыша не удается устранить люфт в шарнирах вследствие того, что опорные вкладыши установлены в корпусе наконечника по скользящей посадке и в результате действующих ударных нагрузок посадочная поверхность «разбивается». Поэтому приходится менять корпус наконечника или тягу с корпусом наконечника в сборе. Такая конструкция несовершенна для грузовых автомобилей большой грузоподъемности. Запас прочности не достаточен. Известная конструкция шарового шарнира имеет недостаточное уплотнение из-за ненадежной конструкции чехла.
Была поставлена задача устранить вышеперечисленные недостатки, создать конструкцию шарового шарнира с наконечником, обладающего технологичностью, меньшей материалоемкостью, трудоемкостью, вместе с тем, с увеличенной прочностью, надежностью и повышенным эксплуатационным ресурсом и межремонтным циклом.
Указанная задача решается тем, что в шаровом шарнире с наконечником, включающим корпус наконечника с присоединительным элементом к сопрягаемой детали, установленный в отверстии корпуса наконечника шаровой палец со сферической головкой и коническим хвостовиком, охватываемый в верхней части сферической головки опорным вкладышем, в нижней части сферической головки - поджимным вкладышем,
и прижимаемый крышкой, а со стороны конического хвостовика - закрытый защитным элементом, поджимной вкладыш выполнен штампованным подпружиненным (вариант 1), или из эластичного упругого антифрикционного полимерного материала (варианты 2, 3), крышка выполнена в форме колпачка, установлена в отверстие наконечника и неразъемно соединена с корпусом наконечника закаткой (вариант 1), или крышка выполнена тарельчатой формы со сферическим сегментом в основании, установлена в кольцевую проточку в отверстии корпуса наконечника и неразъемно соединена с корпусом наконечника закаткой (варианты 2, 3), отверстие в корпусе наконечника выполнено ступенчатым, причем часть отверстия, контактирующая с крышкой (вариант 1), или с вкладышем (вариант 2), или с вкладышами (вариант 3) выполнена цилиндрической с переходом со стороны хвостовика в коническое (варианты 1, 2, 3), а часть отверстия, контактирующая со сферической головкой пальца, выполнена сферической (варианты 1, 2), причем контактирующие поверхности сферической головки пальца и сферической части отверстия корпуса наконечника выполнены повышенной твердости, опорный вкладыш (вариант 3) выполнен из полимерного материала, защитный элемент со стороны конического хвостовика шарового пальца выполнен в виде упора и чехла, герметично закрепленного на корпусе наконечника и на конической части шарового пальца (варианты 1, 2, 3), при этом ось присоединительных элементов наконечников совпадает с осью сферической головки шарового пальца, кроме того отношение диаметра галтели к диаметру сферической головки шарового пальца (А/Д) составляет 0,57, отношение диаметра сферы пальца к расстоянию от центра сферы: до середины галтели (Д/Б) - 3,1, до меньшего основания конической части (Д/В) - 0,67, до конца хвостовика (Д/Г) - 0,46, отношение диаметра сферы пальца: к длине пальца (Д/Е) - 0,38, к диаметру наконечника (Д/Ж) - 0,67, к высоте наконечника (Д/К) - 1,07, а также присоединительный элемент наконечника к сопрягаемой детали может быть выполнен резьбовым с наружной или с внутренней резьбой, или профилированным под соединение обжимкой, или
присоединительный элемент выполнен с внутренней резьбой и за одно целое с хомутом.
В заявляемом шаровом шарнире с наконечником новыми признаками являются: выполнение поджимного вкладыша штампованным подпружиненным, или из эластичного упругого антифрикционного полимерного материала, выполнение крышки в форме колпачка или тарельчатой формы со сферическим сегментом в основании, выполнение соединения крышки с корпусом наконечника неразъемным, выполнение отверстия в корпусе наконечника ступенчатым: цилиндрическим с переходом в сферическую и коническую части, выполнение контактирующих поверхностей сферической головки пальца и сферической части отверстия корпуса наконечника повышенной твердости, выполнение защитного элемента со стороны конического хвостовика шарового пальца в виде упора и чехла, герметично закрепленного на корпусе наконечника и на конической части шарового пальца, расположение присоединительных элементов наконечников на одной оси со сферической головкой шарового пальца, новое соотношение размеров геометрических форм шарового пальца.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется на чертежах:
Фиг.1 - шаровой шарнир с наконечником (вариант 1) в разрезе, вид сбоку, с наружной резьбой присоединительного элемента к сопрягаемой детали.
Фиг.2 - шаровой шарнир с наконечником (вариант 2) в разрезе, вид сбоку, с внутренней резьбой присоединительного элемента к сопрягаемой детали.
Фиг.3 - шаровой шарнир с наконечником (вариант 3) в разрезе, вид сбоку, с профилированным присоединительным элементом к сопрягаемой детали под соединение обжимкой.
Фиг.4 - шаровой шарнир с наконечником (вариант 3) в разрезе, вид сбоку, с внутренней резьбой присоединительного элемента к сопрягаемой детали и за одно целое с хомутом.
Фиг.5 - шаровой шарнир с наконечником, вид спереди, габаритные размеры.
Фиг.6 - шаровой шарнир с наконечником, габаритные размеры шарового пальца.
Шаровой шарнир с наконечником состоит из корпуса 1 наконечника с присоединительным элементом 2 к сопрягаемой детали. В отверстии корпуса 1 наконечника установлен шаровой палец со сферической головкой 3 и коническим хвостовиком 4.
В первом варианте исполнения шарового шарнира с наконечником, нижняя часть сферической головки 3 шарового пальца прижата поджимным вкладышем 5, упругим элементом в виде пружины 6 и крышкой 7. Поджимной вкладыш 5 выполнен штампованным подпружиненным, имеет чашевидную форму с нижней выпуклой частью и верхней отогнутой частью. Часть поджимного вкладыша 5, охватывающая сферическую головку 3 пальца, имеет сферическую поверхность, эквидистантную поверхности головки пальца. Поджимной вкладыш 5 установлен внутри крышки 7. Между поджимным вкладышем 5 и крышкой 7 размещена пружина 6, опирающаяся на отогнутый край поджимного вкладыша 5 и поджимаемая крышкой 7. Крышка 7 выполнена в форме колпачка коническоцилиндрической формы с центральной вогнутой частью для ограничения перемещения сферической головки 3 шарового пальца в процессе эксплуатации. Крышка 7 устанавливается в цилиндроконическое отверстие корпуса 1 наконечника с малым зазором и неразъемно соединяется с корпусом 1 наконечника закаткой 8.
Во втором и в третьем вариантах исполнения шарового шарнира с наконечником, нижняя часть сферической головки 3 шарового пальца прижата поджимным вкладышем 9 и крышкой 10. Поджимной вкладыш 9 выполнен из эластичного упругого антифрикционного полимерного материала. Вкладыш 9 имеет наружную цилиндрическую поверхность, а часть поджимного вкладыша 9, охватывающая сферическую головку 3 пальца, имеет сферическую поверхность, эквидистантную поверхности головки пальца. Поджимной
вкладыш 9 устанавливается в отверстие корпуса 1 наконечника и поджимается крышкой 10. Крышка 10 выполнена тарельчатой формы со сферическим сегментом в основании, установлена в кольцевую проточку в отверстии корпуса 1 наконечника и неразъемно соединена с корпусом 1 наконечника закаткой 11.
В первом и втором вариантах, шаровой палец верхней частью сферической головки 3, опирается на сферическую часть отверстия в корпусе 1 наконечника. Контактирующие поверхности сферической головки 3 пальца и сферической части отверстия корпуса 1 наконечника выполнены повышенной твердости термообработкой ТВЧ. Повышенная твердость этих поверхностей может быть достигнута любым известным способом.
В третьем варианте, шаровой палец верхней частью сферической головки 3 опирается на опорный вкладыш 12, выполненный из полимерного материала. Опорный вкладыш 12 имеет наружную цилиндрическую поверхность, а часть опорного вкладыша 12, охватывающая сферическую головку 3 пальца, имеет сферическую поверхность, эквидистантную поверхности головки пальца. Опорный вкладыш 12 устанавливается в цилиндрическое, с упорной верхней конической частью, отверстие корпуса 1 наконечника.
Во всех трех вариантах, между сферической головкой 3 и коническим хвостовиком 4 шарового пальца выполнена радиусная переходная часть -галтель, диаметр которой меньше диаметра сферы головки 3 пальца. Поверхность галтели закрыта дополнительным защитным элементом в виде упора 13, предохраняющим от контакта шаровой палец с корпусом 1 наконечника. Со стороны конического хвостовика 4 шаровой палец закрыт защитным чехлом 14, герметично закрепленным на корпусе 1 наконечника и на коническом хвостовике 4 шарового пальца.
В каждом из трех вариантов присоединительный элемент 2 наконечника к сопрягаемой детали может быть выполнен резьбовым с наружной 15 или с внутренней 16 резьбой, или профилированным 17 под соединение обжимкой,
или присоединительный элемент выполнен с внутренней резьбой и за одно целое с хомутом 18.
Во всех вариантах, и это является отличительным признаком от прототипа, ось присоединительных элементов 15, 16, 17, 18 наконечников совпадает с осью сферической головки шарового пальца.
Пример новых соотношений геометрических форм: отношение диаметра галтели к диаметру сферической головки шарового пальца (А/Д) составляет 0,57, отношение диаметра сферы пальца к расстоянию от центра сферы: до середины галтели (Д/Б) - 3,1, до меньшего основания конической части (Д/В) - 0,67, до конца хвостовика (Д/Г) - 0,46, отношение диаметра сферы пальца: к длине пальца (Д/Е) - 0,38, к диаметру наконечника (Д/Ж) -0,67, к высоте наконечника (Д/К) - 1,07.
Соотношение размеров
А/Д
Д/Б
Д/В
Д/Г
Д/Е
Д/Ж
Д/К
Объект
Прототип
0,56
2,81
0,64
0,45
0,37
0,58
0,75
Заявляемое техническое решение
0,57
3,1
0,67
0,46
0,38
0,67
1,07
Запас прочности (%)
102
110
104,7
102
102
115
143
В результате нового соотношения геометрических форм уменьшена металлоемкость и одновременно увеличен запас прочности.
Корпус наконечника 1 с присоединительным элементом 2 выполнен кованым.
Технический результат заявляемого технического решения достигается конструктивными особенностями и новым соотношением геометрических форм шарового пальца и корпуса наконечника при сохранении размеров присоединительных элементов с целью использования новой конструкции шаровых шарниров при ремонте в качестве запасных частей и при изготовлении новых автомобилей. Изменение конструкции поджимных вкладышей - выполнение их штампованными подпружиненными, или из эластичного упругого антифрикционного полимерного материала; выполнение крышки в форме колпачка или тарельчатой формы со сферическим сегментом в основании; аннулирование опорного вкладыша в двух вариантах, а в третьем - сохранен опорный вкладыш, но изменены внутренние размеры корпуса наконечника - все это позволило уменьшить габариты и снизить массу изделия. Выполнение соединения крышки с корпусом наконечника неразъемным, выполнение контактирующих поверхностей сферической головки пальца и сферической части отверстия корпуса наконечника повышенной твердости, выполнение защитного элемента со стороны конического хвостовика шарового пальца в виде упора и чехла увеличило герметичность и долговечность, увеличение ресурса и межремонтного цикла. Расположение присоединительных элементов наконечников на одной оси со сферической головкой шарового пальца позволило исключить изгибающий момент в месте соединения корпуса наконечника с присоединительным элементом.
Предлагаемая конструкция шарового шарнира с наконечником обладает технологичностью, прочностью и надежностью при эксплуатации.
Заявляемый шаровой шарнир с наконечником может быть изготовлен на стандартном оборудовании из известных материалов с использованием известных технологий.