ПАЛЕЦ ШАРОВОГО ШАРНИРА И ШАРОВОЙ ШАРНИР
SPHERICAL JOINT PIN AND SPHERICAL JOINT

Область техники
Изобретение относится к пальцу шарового шарнира, предназначенного для присоединения шарового шарнира компонента транспортного средства к сопряженной детали, шаровому шарниру и транспортному средству, в соответствии с преамбулой независимых пунктов формулы.
Уровень техники
Известны устройства для установки и соединения друг с другом различных компонентов. В частности, в области транспортных средств, в качестве устройств для установки и соединения друг с другом различных компонентов используются шаровые шарниры. Шаровые шарниры используются, например, для установки продольных и поперечных рулевых тяг, стабилизаторов и аналогичных компонентов, формирующих части подвески колеса соответствующего транспортного средства.
Шаровые шарниры могут быть, например, использованы в подвеске переднего колеса легкового автомобиля или, в частности, в подвеске переднего колеса грузового автомобиля. Это может быть, например, рулевой рычаг на колесной оси или поперечная рулевая тяга. В WO 02/23054 А1 описана конструкция соединения пальца шарового шарнира со вторым компонентом. В этой конструкции второй компонент имеет сквозное отверстие, а палец шарового шарнира имеет концевую часть с резьбой, приспособленную для введения в отверстие во втором компоненте и фиксации посредством контрящейся гайки. Контрящаяся гайка, например корончатая гайка, как правило, затягивается с заранее установленным моментом затяжки. После этого требуется дополнительная затяжка с тем, чтобы отверстие под шплинт встало в нужное положение для установки шплинта. Этим создается риск возникновения в результате затяжки момента, величина которого не может быть точно предсказана. Установка шплинта и пальца шарового шарнира требует больших затрат времени.
В WO 0223054 А1 раскрывается конструкция для установки шарового шарнира, в которой палец включает конусную часть со стороны шарового шарнира и цилиндрическую часть с противоположной стороны, после которой идет резьбовая часть для установки контрящейся гайки. Палец с конусной и цилиндрической частями устанавливается в соответствующее посадочное место, форма которого является сопряженной с формой конусно-цилиндрической части, либо представляет собой цилиндрическое отверстие с конусным вкладышем, устанавливаемым одновременно с пальцем, либо может иметь две конусные области с противоположным наклоном. Диаметр цилиндрической части пальца несколько больше наружного диаметра посадочного места для обеспечения соединения на тугой прессовой посадке.
Раскрытие изобретения
В основу настоящего изобретения положена задача создания пальца шарового шарнира для соединения по меньшей мере двух компонентов, обеспечивающего взаимное угловое перемещение между ними, а также конструкции, обеспечивающей более простое и быстрое соединение между компонентом и сопряженной деталью. Другой задачей изобретения является создание шарового шарнира, установка которого занимала бы меньше времени и требовала меньше компонентов.
Эти задачи решаются признаками независимых пунктов формулы. Другие пункты и описание раскрывают предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Предлагается палец шарового шарнира для соединения шарового шарнира компонента с сопряженной деталью в транспортном средстве, в частности в грузовом автомобиле, при этом палец шарового шарнира включает первую часть, вставляемую в первое посадочное место в компоненте, и вторую часть, вставляемую во второе посадочное место в сопряженной детали. Вторая часть имеет по окружности остроугольную насечку для обеспечения жесткой фиксации пальца шарового шарнира в сопряженной детали. Преимуществом конструкции является то, что палец шарового шарнира позволяет соединять сопряженную деталь с компонентом быстро и эффективно. Остроугольная насечка на пальце шарового шарнира обеспечивает фиксацию положения пальца шарового шарнира в сопряженной детали, когда палец шарового шарнира вставлен во второе посадочное место в сопряженной детали и контрящаяся гайка установлена на приемную часть, т.е. на резьбу пальца шарового шарнира, и затянута. Остроугольная насечка может врезаться в поверхность сопряженной части, когда контрящаяся гайка заворачивается по резьбе на пальце шарового шарнира. Первая часть компонента включает чашевидный корпус с полостью внутри. Первая часть пальца шарового шарнира имеет шарообразную первую часть, которая помещена в первое посадочное место. Вторая часть пальца шарового шарнира имеет удлинение в виде стержня, которым определяется заданное расстояние между компонентом и сопряженной деталью. Сопряженная деталь имеет второе посадочное место, которое, в предпочтительном варианте, представляет собой сквозное отверстие, в которое может вставляться палец шарового шарнира, пока остроугольная насечка не достигнет второго посадочного места. В этом положении приемная часть выступает из второго посадочного места. Может быть навинчена и затянута контрящаяся гайка.
Тем самым компонент и сопряженная часть могут быть соединены друг с другом, обеспечивая произвольное угловое положение компонента в полости, и фиксированное взаимное положение между сопряженной деталью и пальцем шарового шарнира.
Вторая часть включает конусную секцию, больший диаметр которой обращен в сторону первой части, а ее свободный конец с противоположной от первой части стороны имеет меньший диаметр. Конусная секция может быть вставлена своим свободным концом с меньшим диаметром во второе посадочное место, что обеспечивает простоту введения во второе посадочное место сопряженной детали. Палец шарового шарнира может легко скользить во второе посадочное место, поскольку из-за наличия зазора с внутренним отверстием второго посадочного места секция с меньшим диаметром может быть плавно вставлена, пока стенки конусной секции и второго посадочного места не станут практически параллельными.
Остроугольная насечка располагается на конусной секции вдали от первой части. Конусная секция имеет конусность между 1:2 и 1:10. Конусная секция с такой конусностью обеспечивает надежное соединение даже с сопряженной деталью, выполненной из литой стали.
Остроугольная насечка может быть нанесена на верхнем конце конусной секции, вследствие чего остроконечная насечка первой вставляется во второе посадочное место, находясь вблизи внутренней стенки второго посадочного места сопряженной детали. Тем самым может быть облегчено последующее прорезывание остроконечной насечки во втором посадочном месте. Остроконечная насечка может быть выполнена в различных местах. Целесообразно помещать насечку в области, где она дает наибольший эффект, например, в местах с низким напряжением и/или с малым диаметром.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, остроугольная насечка может составлять менее 50%, предпочтительно, менее 25% продольного размера конусной секции. Желательно, чтобы остроугольная насечка покрывала только часть конусной секции. Это позволяет уменьшить силу, необходимую для прорезывания остроугольной насечки во втором посадочном месте.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, конусная секция может иметь конусность, равную 1:6. Конусная секция с такой конусностью обеспечивает устойчивое соединение даже с сопряженной деталью, выполненной из литой стали.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, приемная часть для контрящейся гайки может быть расположена далее на второй части, с противоположной от первой части стороны. В предпочтительном варианте, контрящаяся гайка представляет собой контрящуюся гайку с фрикционным стопорением. Приемная часть, в предпочтительном варианте, имеет резьбу. Фиксация осуществляется фрикционным стопорением, для чего требуется неподвижность положения пальца шарового шарнира. Неподвижность положения достигается использованием остроугольной насечки.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, диаметр остроугольной насечки по ее внешней окружности больше диаметра части конусной секции, примыкающей к насечке. Благодаря этому, наружная часть зубьев остроугольной насечки может первой касаться стенки второго посадочного места по очень маленькой площади. Врезание в стенку может достигаться медленным врезанием зубьев в материал стенки без использования большого усилия. Целесообразно, чтобы материал второго посадочного места был мягче материала пальца шарового шарнира, в частности, в области остроугольной насечки.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, палец шарового шарнира может быть выполнен из закаленной стали. Благодаря этому, для изготовления пальца шарового шарнира может быть использован обычный материал. Для остроугольной насечки не требуется использование специального дорогого материала, например, твердых вставок. Благодаря использованию закаленной стали для пальца шарового шарнира, становится возможным использовать литье для сопряженной детали. Обычно материал литья мягче материала закаленной стали. Остроугольная насечка может врезаться в материал сопряженной детали.
В настоящем изобретении предлагается также шаровой шарнир между компонентом и сопряженной деталью для транспортного средства, включающий палец шарового шарнира, в котором палец шарового шарнира имеет первую часть, которая должна помещаться в первое посадочное место в компоненте, а вторая часть должна помещаться во второе посадочное место в сопряженной детали, при этом вторая часть пальца шарового шарнира имеет остроугольную насечку, и/или остроугольную насечку имеет второе посадочное место. На приемную часть, находящуюся далее на второй части с противоположной от первой части стороны, устанавливается контрящаяся гайка, которая, в предпочтительном варианте, представляет собой контрящуюся гайку с фрикционным стопорением.
Эффективное соединение между сопряженной деталью и компонентом достигается благодаря получению неподвижного соединения между пальцем шарового шарнира и сопряженной деталью за счет того, что остроугольная насечка врезается в стенку второго посадочного места сопряженной детали. Контрящаяся гайка может зафиксировать это положение фрикционным стопорением. Благодаря этому, может быть получен шаровой шарнир, отличающийся простотой установки и низкой стоимостью изготовления. Либо сопряженная деталь, либо палец шарового шарнира, на которых выполняется остроугольная насечка, могут быть выполнены из более твердого материала. Например, в качестве более твердого материала может быть использована закаленная сталь, а в качестве более мягкого материала может использоваться литая сталь. К примеру, палец шарового шарнира, имеющий остроугольную насечку, выполняется из закаленной стали, а второе посадочное место, например кулак, рычаг поперечной рулевой тяги, рулевой рычаг, рулевая сошка, стойка крепления стабилизатора или реактивная штанга, выполняется из литой стали. Изготовление сопряженной детали посредством литья способствует удешевлению производства по сравнению с использованием кованной сопряженной детали, особенно в массовом производстве, при большом количестве идентичных или аналогичных деталей.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, первая часть может представлять собой шаровую часть, вставляемую в шаровое посадочное место компонента. При этом может осуществляться относительное перемещение пальца шарового шарнира и компонента.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, вторая часть может вставляться в конусное посадочное место сопряженной детали. При этом может обеспечиваться простое и плавное введение пальца шарового шарнира во второе посадочное место.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, конусное посадочное место может иметь конусность от 1:2 до 1:10, предпочтительно, 1:6. Более высокое значение конусности позволяет использовать для сопряженной детали более мягкий материал, например литой металл.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, верхняя часть остроугольной насечки может быть расположена относительно конусной секции таким образом, что перед тем, как устанавливается соединение между пальцем шарового шарнира и сопряженной деталью, остроугольная насечка на второй части вступает в контакт со вторым посадочным местом сопряженной детали, и/или остроугольная насечка во втором посадочном месте вступает в контакт со второй частью пальца шарового шарнира так, что контрящаяся гайка может сделать по меньшей мере 1,5 оборота по резьбе до того, как возросшее трение контрящейся гайки зафиксирует соединение между пальцем шарового шарнира и сопряженной деталью. Площадь зубьев остроугольной насечки очень мала, и в начале процесса фиксации требуется достаточно небольшая сила для достижения неподвижного взаимного расположения между пальцем шарового шарнира и сопряженной деталью. Контрящаяся гайка может быть зафиксирована без поворота пальца шарового шарнира.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере посадочное место в сопряженной детали может быть выполнено из литого металла и/или палец шарового шарнира может быть выполнен из закаленной стали. Для того чтобы достичь неподвижного соединения между пальцем шарового шарнира и сопряженной деталью, желательно, чтобы твердость материала одного из них была ниже твердости другого с тем, чтобы остроугольная насечка из более твердого материала могла прорезать более мягкий материал. Литая сталь обычно мягче, чем закаленная сталь. Оба материала используются в производстве транспортных средств.
Далее, предлагается транспортное средство, включающее шаровой шарнир между компонентом и сопряженной деталью. Соединение в данном случае выполняется посредством пальца шарового шарнира, имеющего первую часть, вставляемую в первое посадочное место в компоненте, и вторую часть, вставляемую во второе посадочное место в сопряженной детали, причем вторая часть пальца шарового шарнира имеет остроугольную насечку, и/или остроугольную насечку имеет второе посадочное место сопряженной детали; на приемной части, находящейся далее на второй части со стороны, противоположной первой части, установлена контрящаяся гайка, которая, в предпочтительном варианте, имеет фрикционное стопорение. Благодаря этому, при сборке транспортного средства может быть использована быстрая и нетрудоемкая операция, в которой эффективное соединение между сопряженной деталью и компонентом достигается благодаря неподвижному взаимному расположению между пальцем шарового шарнира и сопряженной деталью, обеспечиваемому остроугольной насечкой, врезающейся в стенку второго посадочного места в сопряженной детали.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, компонент представляет собой промежуточный рычаг реактивной тяги и/или поперечную рулевую тягу.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания настоящего изобретения вместе с упомянутыми выше и иными его задачами и преимуществами, ниже приводится подробное описание варианта осуществления, не ограничивающего изобретение, схематически проиллюстрированного чертежами, на которых показано:
на фиг.1а-1в - стадии изготовления пальца шарового шарнира, в соответствии с изобретением, где фиг.1а представляет палец шарового шарнира до нанесения остроугольной насечки, фиг.1б представляет палец шарового шарнира с насечкой по его наружной окружности, и на фиг.1в показан инструмент для нанесения насечки на палец шарового шарнира;
на фиг.2 - иллюстративный вариант осуществления шарового шарнира между сопряженной деталью и компонентом, где палец шарового шарнира, показанный на фиг.16, имеет остроугольную насечку и закреплен контрящейся гайкой;
на фиг.3 - фрагмент шарового шарнира, показанного на фиг.2, в котором палец шарового шарнира вставлен во второе посадочное место сопряженной детали в начале процесса сборки перед фиксацией контрящей гайки;
на фиг.4 - фрагмент шарового шарнира, в котором палец шарового шарнира вставлен в сопряженную деталь в зафиксированном положении; и
на фиг.5 - фрагмент остроугольной насечки пальца шарового шарнира, установленного в сопряженной детали в зафиксированном положении, показанном на фиг.4, где в увеличенном виде показана насечка, врезавшаяся в сопряженную деталь.
Осуществление изобретения
На чертежах ссылки на одинаковые или аналогичные элементы указываются одинаковыми ссылочными номерами. Чертежи являются только схематическими иллюстрациями, не предназначенными для изображения конкретных параметров изобретения. Более того, чертежи предназначены для изображения только типового варианта осуществления изобретения и поэтому не должны считаться ограничивающими объем изобретения.
На фиг.1а и 1б схематически представлен вариант осуществления пальца 10 шарового шарнира, имеющего первую часть 12, вторую часть 14 и приемную часть 16 с резьбой (не показана). В целом палец 10 шарового шарнира имеет цилиндрическую форму. Первая часть 12 имеет примерно шаровую форму и может размещаться в гнезде компонента (не показано). Вторая часть 14 имеет продольное удлинение 15, показанное между двумя стрелками 17а и 17b. Вторая часть 14 включает конусную секцию 18. Конусная секция 18 проходит между первым концом 20 и вторым концом 22 второй части 14. Первый конец 20 находится вблизи шарообразной первой части 12, а второй конец 22 расположен вблизи приемной части 16. Конусная секция 18 имеет больший диаметр 24 на своем первом конце 20 вблизи первой части 12, и меньший диаметр 26 на втором конце вблизи приемной части 16. Конусность конусной секции 18 составляет от 1:2 до 1:10, предпочтительно примерно 1:6. При этом угол α между продольной осью 23 пальца 10 шарового шарнира и стенкой 25 конуса определяется в соответствии с соотношением tan α=1/10, предпочтительно 1/6. Конусность может быть определена как (d2 - сП)/длина, где dl является минимальным и d2 максимальным диаметрами, а длина есть расстояние между dl и d2.
На втором конце 22 второй части 14 нанесена остроугольная насечка 28, имеющая зубцы 30. Остроугольная насечка наносится на второй части 14 в направлении по окружности. Число зубцов на дюйм, в предпочтительном варианте, может составлять от 15 до 24. На фиг.1а палец 10 шарового шарнира показан без остроугольной насечки 28, а на фиг.16 палец 10 шарового шарнира показан с насечкой 28.
На фиг.1в показан инструмент 29, имеющий ролик 31, называемый накатным роликом, и держатель 33. Ролик 31 прокатывают вдоль второй части 14 конусной секции 18 пальца 10 шарового шарнира там, где должна быть нанесена остроугольная насечка 28. Роликом 31 прорезаются зубцы 30 в части конусной секции 18. В предпочтительном варианте, остроугольная насечка 28 занимает менее 50%, желательно, менее 25% продольной протяженности конусной секции 18.
На фиг.2 показан шаровой шарнир 32, у которого палец 10 шарового шарнира установлен между компонентом 34 и сопряженной деталью 36. Компонент 34 имеет первое посадочное место 38, образующее гнездо для шарообразной первой части 12 пальца 10 шарового шарнира. Первое посадочное место 38 также называется сферическим гнездом и удерживает шарообразную первую часть 12 (см. фиг.1a, 1b) пальца 10 шарового шарнира. Сопряженная деталь 36 образует второе посадочное место 40, формируемое кольцевой внутренней стенкой 42 сквозного отверстия или проходного отверстия 44. Внутренняя стенка 42 суживается, имея, в предпочтительном варианте, такую же конусность, что и конусная секция 18 пальца 10 шарового шарнира. На резьбу приемной части 16 устанавливается контрящаяся гайка 48, прикрепляющая палец 10 шарового шарнира к сопряженной детали 36 благодаря силе трения. В фиксированном положении, зубцы 30 остроугольной насечки 28 врезаются в материал внутренней стенки 42 сопряженной детали 36. В предпочтительном варианте, материал сопряженной детали 36, которая, например, выполнена из литого металла, мягче материала пальца 10 шарового шарнира, который выполняется из закаленной стали.
На фиг.3, 4 и 5 более подробно показано соединение между сопряженной деталью 36 и пальцем 10 шарового шарнира. На фиг.3 показан палец 10 шарового шарнира и сопряженной детали 36 в начале процесса соединения. На фиг.4 показано законченное соединение с фиксацией положения пальца 10 во втором посадочном месте 40 сопряженной детали 36. На фиг.5 показан в увеличенном виде стык между остроугольной насечкой 28 и внутренней стенкой 42 второго посадочного места 40 в состоянии законченного соединения, представленного на фиг.4. В начале процесса соединения, как показано на фиг.3, первая часть 12 пальца 10 шарового шарнира, имеющая шарообразную форму, вставлена в первое посадочное место 38 компонента 34 (фиг.2), а вторая часть 14 с приемной частью 16 вставлена во второе посадочное место 40 сопряженной детали 36. Длина приемной части 16 и резьбы на ней выбирается так, чтобы контрящаяся гайка 48 могла коснуться верхней поверхности 54 посадочного места 40 до того, как начнется фрикционное стопорение контрящейся гайки 48. Зубцы 30 остроугольной насечки 28 входят в контакт с внутренней стенкой 42 сопряженной детали 36. Между внутренней стенкой 42 конусного посадочного места 40 и наружной стенкой 46 конусной секции 18 пальца 10 шарового шарнира предусмотрен небольшой зазор 56. Величина зазора 56 может составлять, например, от нескольких десятков до нескольких сотен микрон, в зависимости от наружного диаметра остроугольной насечки 28. Верхняя поверхность 52 верхнего конца 22 конусной секции 18 и верхняя поверхность 54 посадочного места 40 разделены промежутком 50.
Соединение достигается поворотом контрящейся гайки 48 в направлении ее затягивания. Когда остроугольная насечка упирается во внутреннюю стенку 42 посадочного места, предотвращается нежелательное вращение пальца 10 шарового шарнира в посадочном месте 40. Напротив, при закручивании контрящейся гайки 48, палец 10 шарового шарнира втягивается в конусное посадочное место 40 сопряженной детали 36, и остроугольная насечка 28 врезается в посадочное место 40, создавая жесткую фиксацию положения пальца 10 шарового шарнира. На фиг.4 и 5 показано законченное соединение после того, как была зафиксирована контрящаяся гайка 48 и зубцы 30 остроугольной насечки 28 врезались в материал сопряженной детали 36. В этом состоянии практически исчезает зазор 56 между внутренней стенкой 42 посадочного места 40 и наружной стенкой 25 пальца 10 шарового шарнира. Наружная стенка 25 пальца 10 шарового шарнира теперь упирается во внутреннюю стенку 42 посадочного места 40, обеспечивая практически полным отсутствием зазора силу трения пальца 10 шарового шарнира. Промежуток 50 между верхней поверхностью 52 остроугольной насечки 28 и верхней поверхностью 54 посадочного места 40 становится меньше. Например, в одном варианте, расстояние может составлять примерно 70 мм перед стопорением контрящейся гайки 48, и примерно 40 мм после того, как контрящаяся гайка застопорена. Конкретные цифры зависят, естественно, от размеров компонента 34, сопряженной детали 36 и пальца 10 шарового шарнира, и в других вариантах осуществления могут быть другими. Теперь палец 10 шарового шарнира неподвижно зафиксирован относительно сопряженной детали 36.
На чертеже фиг.5 подробно показано это положение неподвижной фиксации пальца 10 шарового шарнира во втором посадочном месте 40, представленной на фиг.4. Видно, что диаметр 62 наружной окружности остроугольной насечки 28 больше диаметра 60 части конусной секции 18, примыкающей к остроугольной насечке 28. Стрелка показывает, как зубцы 30 остроугольной насечки 28 упираются в материал второго посадочного места 40 и входят в материал второго посадочного места 40. В этом положении трение между контрящейся гайкой 48 и приемной частью 40 достаточно велико для того, чтобы удерживать неподвижно палец 10 шарового шарнира относительно сопряженной детали 36.
В предпочтительном варианте осуществления, шаровой шарнир 32 (см. фиг.3) целесообразно использовать в транспортном средстве (не показано), в котором палец 10 шарового шарнира установлен между компонентом 34 и сопряженной деталью 36. В предпочтительном варианте, компонент 34 может представлять собой промежуточный рычаг реактивной тяги и/или поперечную рулевую тягу.
Использование остроугольной насечки 28 и контрящейся гайки 48 совместно с конусной секцией 18 пальца 10 шарового шарнира обеспечивает более простое и быстрое соединение сопряженной детали 36 и компонента 34, по сравнению с существующими техническими решениями.