ШАРОВОЙ ШАРНИР И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
BALL-AND-SOCKET HINGE AND PROCEDURE FOR ITS FABRICATION

Изобретение относится к способу изготовления шарового шарнира. Также оно относится к изготовленному этим способом шаровому шарниру с особым выполнением, в частности, вкладыша шарового шарнира, т.е. шаровой опоры.
Шаровые шарниры передают и воспринимают усилия, действующие с нескольких направлений. Они используются, например, в автомобилестроении для рулевого управления или поперечной рулевой тяги. Подобные опоры по существу состоят из шарового пальца, на одном конце которого выполнен шар, вкладыша, в который помещается шар пальца, и корпуса для размещения вкладыша и частей шарового пальца. Шар пальца с предварительным натягом скользит с постоянно действующей смазкой во вкладыше, который защищен корпусом от воздействия влаги и грязи. Корпус шарнира со своей открытой для размещения пальца стороны дополнительно защищен от грязи и вытекания смазки посредством уплотнительного чехла. Кроме того, часто предусматриваемое отверстие на обратной стороне корпуса шарнира закрыто заглушкой. Обычно названные компоненты изготавливают по отдельности, а затем в процессе монтажа из них собирают шарнир. Однако это является недостатком с точки зрения затрат на сборку.
Поэтому в DE 19513714 С1 был предложен способ, при осуществлении которого вкладыш шарнира надевается на шар пальца и вокруг полученной сборки заливают расплавленный материал для фиксации компонентов и формирования корпуса шарнира. Однако при осуществлении этого способа возникает опасность того, что из-за давления, создаваемого при впрыскивании расплавленного материала корпуса, вкладыш будет поджиматься корпусом к шару таким образом, что он будет полностью прилегать к шару. Слишком большая поверхность соприкосновения приводит к нежелательному возрастанию вращающего и опрокидывающего моментов.
В основу изобретения была положена задача создания способа, который обеспечивал бы простоту изготовления полностью собранного шарового шарнира с получением надежного в эксплуатации шарового шарнира, имеющего низкий момент трения, а также низкие вращающий и опрокидывающий моменты, и в котором гарантировалась бы достаточная смазка поверхностей скольжения шарового шарнира (шаровой опоры) и его вкладыша. Кроме того, задачей изобретения является создание изготавливаемого этим способом шарового шарнира.
Эта задача решается в предлагаемом в изобретении способе изготовления шарового шарнира и самом шаровом шарнире, охарактеризованных в соответствующих независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в соответствующих зависимых пунктах.
Как предлагаемый способ, так и изготовленный этим способом шаровой шарнир относятся к принципиально известной конструктивной схеме шарового шарнира. Такой шаровой шарнир состоит из пальца с выполненным на одном его конце шаром, открытого с одной стороны корпуса, в котором размещен шар, по существу сферического вкладыша, расположенного между шаром и корпусом и имеющего постоянно действующую смазку, и уплотнительного чехла, закрывающего открытую сторону корпуса в области перехода между шаром и выступающим из корпуса стержнем пальца. При этом корпус соответствующего шарового шарнира изготавливают впрыскиванием (инжекцией) или литьем (например, литьем под давлением), окружая шар с надетым на него вкладышем металлическим или полимерным материалом. Изобретение же предусматривает некоторое видоизменение известной принципиально сферической формы вкладыша. Для этого вкладыш по меньшей мере на одном участке выполняют с возвышением, которое упруго воспринимает давление, действующее в процессе впрыскивания или литья, а по завершении процесса впрыскивания или литья выдается наружу относительно в остальном сферической формы вкладыша. Этим достигается то, что по завершении процесса впрыскивания или литья вкладыш прилегает к шару не всей поверхностью. Для изготовления шарового шарнира выполненный описанным выше образом вкладыш надевают на шар пальца и окружают их в сборе впрыскиваемым материалом. В рамках сборочной операции, следующей за процессом впрыскивания или литья, уплотнительную систему шарнира дополняют уплотнительным чехлом.
За счет предотвращения контакта на всей поверхности между вкладышем и шаром при использовании шарового шарнира ограничивают момент трения между вкладышем и шаровым шарниром, а также вращающий и опрокидывающий моменты. В результате гарантируются хорошие ходовые свойства шарового шарнира и высокая стойкость его компонентов. В случае шарового шарнира с металлическим корпусом при выполнении впрыскивания или литья предпочтительно создавать металлическое перекрытие между шаром и корпусом. При этом корпус выполнен так, что он проходит почти до перехода между шаром и стержнем пальца, причем диаметр корпуса в области его отверстия, через которое проходит палец, меньше диаметра шара. Благодаря образованному за счет этого металлическому перекрытию предпочтительным образом повышается сопротивление пальца вырыванию.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения в процессе впрыскивания или литья корпуса его снабжают хвостовиком, заполняя впрыскиваемым материалом пространство вокруг трубки или стержня соответствующей формы. Другая возможность состоит в том, что на корпусе выполняют в виде прилива кончик хвостовика, который по завершении процесса впрыскивания или литья соединяют с трубкой или стержнем посредством холодной или горячей запрессовки.
В предлагаемом в изобретении шаровом шарнире на вкладыше в области полюса шара выполнено выпуклое наружу возвышение. При этом вкладыш шарнира состоит из полимерного материала, способного упруго деформироваться по меньшей мере в области этой выпуклости. При формировании корпуса впрыскиванием или литьем упруго деформируемая выпуклость предварительно надетого на шар вкладыша прижимается к поверхности шара. За счет особой формы и выбора соответствующего упругого материала, например полиоксиметилена, полиамида, полифениленсульфида или полифталамида, упомянутое возвышение по завершении процесса впрыскивания или литья, по меньшей мере частично, снова выгибается наружу. За счет этого по меньшей мере в области возвышения между внутренним контуром вкладыша и шаром остается зазор. Таким образом, предотвращается контакт по всей поверхности между вкладышем и шаром, в результате чего достигается уменьшение момента трения, а также крутящего и опрокидывающего моментов. Кроме того, предлагаемый в изобретении вкладыш имеет в области выпуклого наружу возвышения на своей внутренней поверхности оребрение. Это оребрение предусмотрено на случай, если вдруг из-за отклонения давления, действующего в процессе впрыскивания или литья, или состава материала и формы вкладыша от номинала выпуклость вкладыша по завершении процесса впрыскивания или литья не отпружинит обратно. В таком случае оребрение предотвращает прилегание вкладыша к шару всей поверхностью.
Упомянутое оребрение в геометрическом отношении может быть выполнено по-разному. Согласно одной возможности на внутренней поверхности выдающегося наружу участка по существу сферического вкладыша от его полюса лучеобразно расходятся несколько ребер, а поперек этих ребер проходят несколько ребер, параллельных друг другу и экватору шара. В другом варианте вкладыш имеет на своей внутренней поверхности в области выпуклого наружу возвышения несколько ребер, которые при проецировании сферической поверхности на плоскость пересекаются под прямым углом.
Кроме того, на обращенной от шара наружной поверхности вкладыша предпочтительно выполнить несколько проходящих в продольном направлении реберных участков для фиксации от проворачивания. Это препятствует проворачиванию вкладыша в корпусе.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения в зоне отверстия корпуса между ним и вкладышем вложено кольцо, участок которого, выступающий из отверстия корпуса, образует посадочное место для уплотнительного чехла. В случае металлического корпуса это дает выгодное дополнительное повышение металлического перекрытия между корпусом и шаром.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на нескольких примерах его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - первый вариант шарового шарнира с трубчатым хвостовиком,
на фиг.2 - сопоставимый с вариантом на фиг.1 шаровой шарнир, корпус которого соединен со стержнем,
на фиг.3 - другой вариант с трубчатым хвостовиком,
на фиг.4 - вариант с шайбой, вложенной в зоне отверстия корпуса между вкладышем и корпусом,
на фиг.5 - варианты выполнения вкладыша.
На фиг.1 изображен возможный вариант предлагаемого в изобретении шарового шарнира. Он состоит известным образом из шарового пальца 3, 4, шар 4 которого размещен в корпусе 7. Между корпусом 7 и шаром 4 расположен вкладыш 1, 1' с постоянно действующей смазкой. В изображенном на фиг.1 варианте шарнир изготовлен надеванием вкладыша 1, 1' на шар 4 и последующим формированием корпуса 7 путем заполнения впрыскиваемым или заливаемым материалом пространства вокруг вкладыша 1, 1' и корпуса 7. На последующей монтажной операции уплотнительная система дополнена уплотнительным чехлом 8.
Чтобы исключить прилегание вкладыша 1, 1' всей поверхностью к шару 4 после впрыскивания материала корпуса, вкладыш 1, 1' в соответствии с основной идеей изобретения выполнен особым образом. Он имеет в области полюса 5 шара 4 выдающееся наружу возвышение 1'. Дополнительно в области этого возвышения 1' на внутренней поверхности вкладыша 1, 1' выполнено оребрение 2. Эти касающиеся формы вкладыша 1, 1' меры предотвращают его прилегание всей поверхностью к шару 4. Хотя в процессе впрыскивания или литья вкладыш 1, 1' прижимается к поверхности шара 4, по завершении процесса впрыскивания или литья выполненное на вкладыше 1, 1' возвышение 1' по меньшей мере частично выгибается обратно. Если в исключительных случаях этот желаемый результат не достигается, то по меньшей мере выполненное на внутреннем контуре оребрение 2 гарантирует ограничение момента трения. В шаровом шарнире, показанном на фиг.1, предназначенный для соединения с другими элементами хвостовик 12 выполнен за одно целое с корпусом 7. Для этого при изготовлении корпуса впрыскиваемым материалом также заполняют пространство вокруг металлической трубки 13.
На фиг.2 изображен принципиально сопоставимый с фиг.1 вариант предлагаемого в изобретении шарового шарнира. Однако здесь для формирования хвостовика 12 в отличие от описанного выше варианта вместо трубки 13 в литьевую форму помещен стержень 13'. Как и в шаровом шарнире на фиг.1, шаровой палец выполнен с пояском в форме многогранника 14. За счет этого повышается удобство эксплуатации. Чтобы компенсировать возникшее в результате этого уменьшение поверхности прилегания, под многогранником 14 на шаровой палец 3, 4 или его стержень также напрессована шайба 15.
На фиг.3 изображен еще один вариант, также принципиально сопоставимый с описанными выше вариантами. Однако здесь для формирования хвостовика на корпусе 7 в виде прилива выполнен лишь кончик 12' хвостовика, соединенный с трубой 13, например, посредством холодной запрессовки.
На фиг.4 изображено усовершенствование предлагаемого в изобретении шарового шарнира, в котором между вкладышем 1, 1' и корпусом 7 в области его отверстия вложено дополнительное кольцо 11, по меньшей мере частично заделанное в корпус при впрыскивании материала корпуса. За счет этого предпочтительным образом увеличивается перекрытие (в случае металлического корпуса 7 говорят о металлическом перекрытии) между корпусом 7 и шаром 4, что дополнительно повышает сопротивление пальца вырыванию. Как и во всех описанных выше вариантах, шаровой шарнир посредством установленного после процесса впрыскивания или литья уплотнительного чехла 8 герметично защищен от грязи и вытекания смазки.
На фиг.5 изображены возможные варианты вкладыша 1, 1' предлагаемого в изобретении шарового шарнира. Вкладыш 1, 1' имеет в соответствии с изобретением в области его полюса 5' слегка выдающееся выпуклое возвышение 1'. Его внутренняя поверхность в области этого возвышения снабжена оребрением 2. Примеры выполнения этого оребрения 2 обозначены на фиг.5 видами а) и б). В случае оребрения 2 в примере а) от полюса 5' лучеобразно расходятся несколько ребер 2'. Поперек них параллельно друг другу и экватору шара проходят ребра 2''. В примере б) ребра 2''' пересекаются под прямым углом при проецировании сферической поверхности вкладыша 1, 1' на плоскость. Ребристые структуры изображены как пример и только для лучшего пояснения отдельно от внешней формы вкладыша 1, 1'. Однако они в любом случае выполнены за одно целое с вкладышем 1, 1'. Кроме того, вкладыш имеет на своей наружной поверхности несколько ребер 10, которые служат в качестве стопора от проворачивания и препятствуют проворачиванию вкладыша 1, 1' в корпусе 7.