РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ШАРНИР ДЛЯ ГУСЕНИЧНОЙ ЦЕПИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
RUBBER-METAL HINGE FOR THE TRACK CHAIN OF A VEHICLE

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к тракторостроению, и может быть использовано для гусеничных цепей.
Известен резинометаллический шарнир преимущественно для гусеничной цепи транспортного средства, содержащий резиновые кольца, запрессованные на пальце шарнира, устанавливаемого в отверстия проушин звеньев гусеничной цепи (см. авторское свидетельство СССР №78594, кл. 63d, 23; 1949 г.).
Недостатком резинометаллического шарнира является низкая долговечность при эксплуатации, так как резиновые кольца работают на скручивание и одновременно нагружены в радиальном направлении, и в результате сложного нагружения подвержены большим нагрузкам, вследствие чего быстро выходят из строя.
Известен резинометаллический шарнир для гусеничной цепи транспортного средства, содержащий резиновые кольца, запрессованные на пальце шарнира, и металлические элементы, являющиеся ограничителями радиальной деформации резиновых колец, толщина которых меньше толщины резиновых колец на величину допускаемого упругого эксцентриситета шарнира, напрессованные на палец шарнира в промежутках между резиновыми кольцами. Металлические элементы выполнены в виде втулок. Металлический палец в сборе с резиновыми кольцами и металлическими элементами устанавливается в отверстия проушин звеньев гусеничной цепи (см. авторское свидетельство СССР №101389, кл. 63d, 23; 1955 г.).
Недостатком описанного резинометаллического шарнира является пониженная долговечность при эксплуатации, так как с момента достижения эксцентриситета резиновых колец величины радиального зазора между поверхностью металлической втулки и поверхностью отверстия проушины металлическая втулка контактирует с поверхностью отверстия проушины, что приводит к повышенному износу контактирующих внешней поверхности металлической втулки и внутренней поверхности проушины, причем интенсивность износа зависит от контактного давления, величина которого в свою очередь зависит от разности диаметров металлической втулки и отверстия проушины, а износ металлической втулки и внутренней поверхности проушины приводит к увеличению указанного радиального зазора, в результате чего резиновые кольца подвергаются большей деформации и интенсивно разрушаются.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, принятым за прототип, является (см. патент РФ №2428346 С1 МПК B62D 55/21, 2011 г.) резинометаллический шарнир для гусеничной цепи транспортного средства, содержащий резиновые кольца, запрессованные на пальце шарнира, и металлические элементы, являющиеся ограничителями радиальной деформации резиновых колец, толщина которых меньше толщины резиновых колец на величину допускаемого упругого эксцентриситета шарнира, напрессованные на палец шарнира в промежутках между резиновыми кольцами, причем металлические элементы выполнены из двух напрессованных на палец шарнира втулок, на которые установлено свободно вращающееся относительно втулок кольцо с выступом на внутренней поверхности, при этом выступ расположен между втулками и направлен в сторону пальца для ограничения осевого перемещения кольца относительно втулок, а осевое сечение втулок и выступа выполнено прямоугольным.
Такой резинометаллический шарнир имеет низкую надежность и долговечность, так как в процессе работы трактора постоянно приходится совершать повороты, под края гусениц попадают различные твердые предметы, в результате чего резиновые элементы шарнира неравномерно деформируются гораздо в большей степени, чем это имеет место в режиме прямолинейного движения, что приводит к резкому снижению их упругих свойств, необратимым деформациям и разрушению, при этом линейный контакт между внутренней поверхностью проушины и вращающимся относительно втулок кольцом нарушается, что приводит к повышенным деформациям ее краев, их быстрому износу и повреждениям совместно с внутренней поверхностью проушины.
Задача, которую решает изобретение, заключается в повышении надежности и долговечности работы резинометаллического шарнира.
Поставленная задача решается с помощью резинометаллического шарнира для гусеничной цепи транспортного средства, содержащего резиновые кольца, закрепленные на пальце шарнира, и металлические элементы, являющиеся ограничителями радиальной деформации резиновых колец, толщина которых меньше толщины резиновых колец на величину допускаемого упругого эксцентриситета шарнира, напрессованные на палец шарнира в промежутках между резиновыми кольцами, причем металлические элементы выполнены из двух напрессованных на палец шарнира втулок, на которые установлено на одинаковом расстоянии от резиновых колец свободно вращающееся относительно втулок кольцо с выступом на внутренней поверхности, расположенным между втулками и направленным в сторону пальца, для ограничения осевого перемещения кольца относительно втулок, причем осевое сечение втулок и выступа выполнено прямоугольным, где наружная поверхность металлического кольца выполнена в виде наружной боковой поверхности круговой бочки, образованной вращением вокруг оси симметрии пальца расположенной выпуклостью наружу от этой оси в проходящей через нее плоскости и симметрично плоскости перпендикулярной оси симметрии пальца дуги окружности радиусом:
2
R=L/(4(D-d))+(D-d)/4,
где D - внутренний диаметр отверстия проушины,
d - наружный диаметр пальца,
L - длина проушины.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен резинометаллический шарнир в разрезе; на фиг. 2 представлена расчетная схема для расчета кривизны наружной поверхности металлического кольца в виде наружной боковой поверхности круговой бочки.
Резинометаллический шарнир для гусеничной цепи транспортного средства содержит резиновые кольца 1, закрепленные, например, с помощью клея, на металлическом пальце 2 шарнира, и металлические элементы, являющиеся ограничителями радиальной деформации резиновых колец 1, напрессованные на палец 2 в промежутках между резиновыми кольцами 1. Резиновые кольца 1 одновременно являются уплотнениями. Металлические элементы выполнены из двух напрессованных на палец 2 металлических втулок 3 и 4, на которые установлено свободно вращающееся относительно втулок металлическое кольцо 5, то есть между внутренней поверхностью металлического кольца 5 и внешней поверхностью металлических втулок 3 и 4 существует зазор. Металлическое кольцо 5 выполнено с выступом 6 на внутренней поверхности, расположенным между металлическими втулками 3 и 4 и направленным в сторону пальца 2, для ограничения осевого перемещения кольца относительно втулок, а осевое сечение металлических втулок 3, 4 и выступа 6 выполнено прямоугольным.
Металлический палец 2 в сборе с резиновыми кольцами 1 и металлическими элементами устанавливается в отверстия проушины 7 звеньев гусеничной цепи. Внешний радиус металлического кольца 5 меньше радиуса отверстия проушины 7 на величину допускаемого упругого эксцентриситета шарнира. Таким образом, толщина металлического элемента, а именно, толщина установленных рядом с образованием одной поверхности металлических втулок 3 и 4 и толщина металлического кольца 5, размещенного на этих втулках, меньше толщины резиновых колец 1 на величину допускаемого упругого эксцентриситета шарнира.
Сборка резинометаллического шарнира осуществляется в следующем порядке: вначале на палец 2 напрессовывается металлическая втулка 4, затем устанавливается кольцо 5 и в завершении на палец 2 напрессовывается металлическая втулка 3. Между внутренней поверхностью металлического кольца 5 и поверхностью, образованной металлическими втулками 3 и 4, вводится либо жидкая - минеральные и синтетические масла, - либо пластичная, например, на основе литиевого мыла и кальция сульфоната, либо твердая, например, графит или дисульфид молибдена, смазка.
Наружная поверхность металлического кольца 5 выполнена в виде наружной боковой поверхности круговой бочки, образованной вращением вокруг оси симметрии пальца 2 расположенной выпуклостью наружу от этой оси в проходящей через нее плоскости и симметрично плоскости перпендикулярной оси симметрии пальца 2 дуги окружности (см. Бернштейн И.Н. и Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТЗов, М., Знание, 1980, с. 178) радиусом (фиг. 2):
2
R=L/(4(D-d))+(D-d)/4,
где D - внутренний диаметр отверстия проушины 7,
d - наружный диаметр пальца 2,
L - длина проушины 7.
На фиг. 2 представлена расчетная схема, в которой рассмотрены максимально возможные деформации резинометаллического шарнира в поперечной плоскости.
При контакте внутренней поверхности проушины 7 с наружной поверхностью металлического кольца 5 по дуге окружности захватывающей края возможного контакта по радиусу R обеспечивается оптимальный контакт между этими поверхностями без образования повышенных местных напряжений и деформаций между ними.
Т.к. согласно теореме Пифагора
2
2
2
(ОС)=(OA)+(АС)
OB=OC=R; OA=OB - АВ; AB=D/2-d/2; OA=R-(D-d)/2;
2
2
2
R=(L/2)+[R - (D-d)/2];
Откуда
2
R=L/(4(D-d))+(D-d)/4.
Резинометаллический шарнир для гусеничной цепи транспортного средства работает следующим образом.
Когда деформация резиновых колец 1 меньше величины допускаемого упругого эксцентриситета шарнира, то в работу включена резиновая часть шарнира. Металлические элементы включаются в действие с того момента, когда упругий эксцентриситет резиновых колец 1 превышает величину радиального зазора между поверхностью проушины 7 и металлическим кольцом 5. В результате, в момент контакта поверхности проушины 7 с поверхностью металлического кольца 5, происходит вращение только металлического кольца 5 относительно металлических втулок 3 и 4. Таким образом, сохраняется поверхность проушины 7 и уменьшается износ металлических элементов, являющихся ограничителями радиальной деформации резиновых колец 1.
При повороте трактора или наезде краев гусеницы на твердые предметы, резиновые кольца 1 подвергаются дополнительной деформации, в несколько раз превышающей их деформацию при прямолинейном движении. Но при этом, за счет перекатывания внутренней цилиндрической поверхности проушины 7 по бочкообразной поверхности металлического кольца 5, характер контакта между внутренней поверхностью проушины 7 и вращающимся относительно металлических втулок 3 и 4 металлическим кольцом 5 сохраняется штатным и оптимальным, что способствует долговечности деталей с участвующими в нем наружной поверхностью металлического кольца 5 и внутренней поверхностью проушины 7.